CN1902761A - 有机薄膜晶体管 - Google Patents
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Abstract
公开了一种有机薄膜晶体管，其中在基材上形成至少三个端子，即栅电极、源电极和漏电极、绝缘层和有机半导体层，并且在源电极和漏电极之间的电流通过将电压施加到栅电极来控制。所述有机半导体层包含含氮的杂环化合物，其中五元含氮环与五元或者六元环在稠合部分中稠合。该有机薄膜具有高响应速度和大的开关比。
Description
技术领域
本发明涉及有机薄膜晶体管，其具有有机半导体层。特别地，本发明涉及有机薄膜晶体管，其包含具有高电子迁移率的化合物并且能够高速操作。
背景技术
薄膜晶体管(TFT)被广泛地用作开关元件，用于显示设备例如液晶显示器等等。典型的普通TFT的横截面结构示于图8中。如图8所示，TFT在基材上依次包含栅电极和绝缘层，此外包含在绝缘层之上形成的源电极和漏电极，在它们之间具有预定距离。在电极之间暴露的绝缘层之上，形成具有每个电极的部分表面的半导体层。在具有这类结构的TFT中，半导体层形成沟道区，并且在源电极和漏电极之间流动的电流通过施加到栅电极的电压控制，从而导致开关操作。具有上述操作的类型的晶体管通称为场效应晶体管(FET)。关于FET，已知有两种类型FET，即n-型FET和p-型FET，这是根据电流流动是由电子引起还是空穴引起区分的。以上两种FET经常成对使用，这被称为互补金属氧化物半导体(CMOS)，因为使用CMOS可以使电路在低能耗下工作，FET技术变得必要，其在目前的集成电路中是不能缺少的。
通常，TFTs使用非晶硅或者多晶硅制备，然而其中存在这样的问题：使用TFTs制造显示设备中的大的屏幕将使生产成本显著地提高，因为用于使用硅制备TFTs的化学气相淀积(CVD)设备是非常昂贵的。此外，因为非晶硅或者多晶硅的成膜工艺是在极高的温度下进行的，因此对可用作TFT的基材的材料的种类有限制，存在的问题是轻便的聚合物薄膜基材等是不能被使用的。
为了克服这类问题，提出了利用有机物质代替非晶硅或者多晶硅的TFT。关于使用有机物质制备TFT的成膜工艺，真空气相淀积工艺或者涂覆工艺是众所周知的。这些成膜工艺不仅能在抑制生产成本上升的前提下使显示设备的屏幕扩大，而且能够相对地降低成膜需要的工艺温度。因此，高度希望实际利用使用有机物质的TFT，因为具有在选择基材材料方面限制小的优点，因此出现了大量的关于使用有机物质的TFT的报道。报道的例子包括如下这些：F.Ebisawa等，应用物理学杂志(Journal of Applied Physics)，第54卷，p3255，1983；A.Assadi等，应用物理学通讯(Applied Physics Letter)，第53卷，p195，1988；G.Guillaud等，化学物理通讯(Chemical Physics Letter)，第167卷，p503，1990；X.Peng等，应用物理学通讯，第57卷，p2013，1990；G.Horowitz等，合成金属(Synthetic Metals)，第41-43卷，p1127，1991；S.Miyauchi等，合成金属，第41-43卷，1991；H.Fuchigami等，应用物理学通讯，第63卷，p1372，1993；H.Koezuka等，应用物理学通讯，第62卷，p1794，1993；F.Garnier等，科学，第265卷，p1684，1994；A.R.Brown等，合成金属，第68卷，p65，1994；A.Dodabalapur等，科学，第2568卷，p270，1995；T.Sumimoto等，合成金属，第86卷，p2259，1997；K.Kudo等，薄固态膜(Thin Solid Films)，第331卷，p51，1998；K.Kudo等，合成金属，第102卷，p900，1999；K.Kudo等，合成金属，第111-112卷，p11，2000；等等。
此外，关于可用于TFT的有机化合物层中的有机物质，可以单独地或者作为与其他化合物的混合物使用：多聚体，例如共轭聚合物或者噻吩(公开于日本未经审查的专利申请公开待审号平8-228034、平8-228035、平9-232589、平10-125924、平10-190001等等)、金属酞青化合物(公开于日本未经审查的专利申请公开待审号2000-174277等等)或者稠合芳烃例如并五苯(公开于日本未经审查的专利申请公开待审号平5-55568、2001-94107等等)。然而，几乎所有的用于TFT的有机物质是p-型FET材料，并且n-型FET的材料是极其有限的，至于迁移率和表达性能的范围是小的。例如，关于n-型FET的材料，日本未经审查的专利申请公开待审号平10-135481仅仅公开了1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)、11，11，12，12-四氰基萘-2，6-醌二methan(TCNNQD)、1，4，5，8-萘四羧酸二酰亚胺(NTCDI)等等；并且日本未经审查的专利申请公开待审号平11-251601仅仅公开了酞菁氟化物。
另一方面，作为类似地使用电子导电的装置，存在有机场致发光(EL)装置。然而，有机EL装置通常必须通过在100纳米或者更薄的超薄薄膜的厚度方向上施加106V/cm或者更大的强电场来供给电荷，而对于有机TFT，必须在105V/cm或者更小的电场下、在高速下、在几微米或者更长距离供给电荷，因此有机物质本身必须具有提高的电导率。
除了上述情形外，n-型有机TFT中的普通化合物作为晶体管在快速响应方面存在问题，因为其移动电子的能力较低，因为电子的场-效应迁移率是小的，而且因为响应速度是慢的。此外，开关比也是小的。上述开关比被定义为当施加(开)某种栅极电压时源电极和漏电极之间流动的电流量除以当不施加(关)栅极电压时流动的电流量得到的值。词语“开电流”通常指当提高漏电压时在源电极和漏电极之间的电流饱和时的(饱和)电流量。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的目的是提供有机薄膜晶体管，其具有快速响应速度(驱动速度)，并且具有大的开关比。
经过本发明人为了达到上述目的而进行的深入探索和研究，发现在有机薄膜晶体管中，使用具有特定结构的包含氮原子的杂环化合物作为有机半导体层的材料，能够提高响应速度(驱动速度)，从而完成了本发明。
即，本发明提供了薄膜晶体管，其在基材上包含至少三个端子，它们由栅电极、源电极和漏电极组成；绝缘层和有机半导体层，其通过在栅电极上施加电压来控制源电极和漏电极之间流动的电流，其中所述有机半导体层包含含氮原子的杂环化合物，该杂环化合物通过五元环之间的稠合形成，所述五元环各自在其稠合位置具有氮原子，或者通过五元环和六元环之间的稠合形成，所述五元环和六元环各自在其稠合位置具有氮原子。
附图说明
图1是举例说明本发明有机薄膜晶体管的元件结构的一个实施方案的附图；
图2是举例说明本发明有机薄膜晶体管的元件结构的另一个实施方案的附图；
图3是举例说明本发明有机薄膜晶体管的元件结构的另一个实施方案的附图；
图4是举例说明本发明有机薄膜晶体管的元件结构的另一个实施方案的附图；
图5是举例说明本发明有机薄膜晶体管的元件结构的另一个实施方案的附图；
图6是举例说明本发明有机薄膜晶体管的元件结构的另一个实施方案的附图；
图7是举例说明本发明实施例1中的有机薄膜晶体管的元件结构和使用所述晶体管的电路结构的附图；和
图8是举例说明典型的普通晶体管的元件结构的一个实施方案的附图。
实施本发明的优选实施方案
本发明提供了薄膜晶体管，其在基材上包含至少三个端子，它们由栅电极、源电极和漏电极组成；绝缘层和有机半导体层，其通过在栅电极上施加电压来控制源电极和漏电极之间流动的电流，其中所述有机半导体层包含含氮原子的杂环化合物，该杂环化合物通过五元环之间的稠合形成，所述五元环各自在其稠合位置具有氮原子，或者通过五元环和六元环之间的稠合形成，所述五元环和六元环各自在其稠合位置具有氮原子。
优选上述含氮原子的杂环化合物通过以下通式(I)到(VII)的任何一个表示。
其中，R11、R12和R13各自独立地表示氢原子或者取代基；并且Z1表示形成五元环或者六元环的原子团。
其中，R21和R22各自独立地表示氢原子或者取代基；并且Z2表示形成五元环或者六元环的原子团。
其中，R31和R32各自独立地表示氢原子或者取代基；并且Z3表示形成五元环或者六元环的原子团。
其中，R41和R42各自独立地表示氢原子或者取代基；并且Z4表示形成五元环或者六元环的原子团。
其中，R51表示氢原子或者取代基；并且Z5表示形成五元环或者六元环的原子团。
其中，R61表示氢原子或者取代基；并且Z6表示形成五元环或者六元环的原子团。
其中，R71表示氢原子或者取代基；并且Z7表示形成五元环或者六元环的原子团。
虽然通式(I)到(VII)表达了典型的通式，所述化合物可以是其互变异构体。
在通式(I)到(VII)中，由R11、R12、R13、R21、R22、R31、R41、R42、R51、R61和R71表示的取代基的实例各自独立地包括：优选具有1到80个碳原子、更优选具有1到40个碳原子和进一步优选1到12个碳原子的烷基基团，例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正辛基、正癸基、正十六烷基、环丙基、环戊基、环己基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到12个碳原子和进一步优选具有2到8个碳原子的烯基基团，例如乙烯基、芳基、2-丁烯基、3-戊烯基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到12个碳原子和进一步优选具有2到8个碳原子的炔基基团，例如炔丙基、3-戊炔基等等；优选具有6到80个碳原子、更优选具有6到40个碳原子和进一步优选具有6到12个碳原子的芳基基团，例如苯基、对甲基苯基、萘基等等；优选具有0到40个碳原子、更优选具有0到20个碳原子和进一步优选具有0到6个碳原子的氨基基团，例如氨基、甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、二苄基氨基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到12个碳原子和进一步优选具有1到8个碳原子的烷氧基基团，例如甲氧基、乙氧基、丁氧基等等；优选具有6到20个碳原子、更优选具有6到16个碳原子和进一步优选具有6到12个碳原子的芳氧基基团，例如苯氧基、2-萘氧基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的酰基基团，例如乙酰基、苯甲酰基、甲酰基、新戊酰基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到16个碳原子和进一步优选具有2到12个碳原子的烷氧羰基基团，例如甲氧羰基、乙氧羰基等等；优选具有7到20个碳原子、更优选具有7到16个碳原子和进一步优选具有7到10个碳原子的芳氧基羰基基团，例如苯氧基羰基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到16个碳原子和进一步优选具有2到10个碳原子的酰氧基基团，例如乙酰氧基、苯甲酰氧基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到16个碳原子和进一步优选具有2到10个碳原子的酰氨基基团，例如乙酰氨基、苯甲酰氨基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到16个碳原子和进一步优选具有2到12个碳原子的烷氧基羰基氨基基团，例如甲氧基羰基氨基等等；优选具有7到20个碳原子、更优选具有7到16个碳原子和进一步优选具有7到12个碳原子的芳氧基羰基氨基基团，例如苯氧基羰基氨基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的磺酰基氨基基团，例如甲磺酰基氨基、苯磺酰基氨基等等；优选具有0到20个碳原子、更优选具有0到16个碳原子和进一步优选具有0到12个碳原子的氨磺酰基基团，例如氨磺酰基、甲基氨磺酰基、二甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的氨基甲酰基基团，例如氨基甲酰基、甲基氨基甲酰基、二乙基氨基甲酰基、苯基氨基甲酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的烷硫基基团，例如甲硫基、乙硫基等等；优选具有6到20个碳原子、更优选具有6到16个碳原子和进一步优选具有6到12个碳原子的芳硫基基团，例如苯硫基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的磺酰基基团，例如甲磺酰基、甲苯磺酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的亚硫酰基基团，例如甲亚硫酰基、苯亚硫酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的酰脲基团，例如酰脲、甲基酰脲、苯基酰脲等等；具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的磷酰胺基团，例如二乙基磷酰胺、苯基磷酰胺等等；羟基基团；巯基基团；卤素原子，例如氟原子、氯原子、溴原子和碘原子；氰基基团；磺基基团；羧基基团；硝基基团；异羟肟酸基团；surufino基团；肼基基团；亚氨基基团；和优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到12个碳原子的杂环基团；其杂原子包括例如氮原子、氧原子和硫原子；特定的实例包括咪唑基、吡啶基、喹啉基、呋喃基、哌啶基、吗啉代、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基等等。这些取代基可以进一步被取代。此外，当存在两个或多个取代基时，所述取代基可以是彼此相同的或者彼此不同的。此外，在可能的情况下，它们可以连接形成环。
取代基的优选的实例包括：烷基基团、烯基基团、芳烷基基团、芳基基团、酰基基团、烷氧基基团、芳氧基基团、酰氧基基团、烷氧羰基基团、芳氧基羰基基团、羰基氨基基团、磺酰基氨基基团、氨磺酰基基团、氨基甲酰基基团、氰基基团、卤素原子、羟基基团和杂环基团；取代基的更优选的实例包括烷基基团、烯基基团、芳烷基基团、芳基基团、酰基基团、烷氧羰基基团、羰基氨基基团、磺酰基氨基基团、氰基基团、卤素原子和芳族杂环基团；并且取代基的进一步更优选的实例包括烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族吡咯基团。
在通式(I)中，形成由Z1表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、吡唑、咪唑、三唑、噻唑、噻二唑、唑、二唑、三嗪、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选咪唑、三唑、三嗪和嘧啶；更优选咪唑、三唑和三嗪；进一步更优选三唑。
在通式(II)中，形成由Z2表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、吡唑、咪唑、三唑、噻唑、噻二唑、唑、二唑、三嗪、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选包括咪唑、三唑、三嗪和嘧啶；更优选咪唑、三唑和三嗪；进一步更优选咪唑和三唑。
在通式(III)中，形成由Z3表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、吡唑、咪唑、三唑、噻唑、噻二唑、唑、二唑、三嗪、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选吡咯、吡唑、咪唑和三唑；更优选吡咯、吡唑和三唑；进一步更优选吡咯和吡唑。
在通式(IV)中，形成由Z4表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、吡唑、咪唑、三唑、噻唑、噻二唑、唑、二唑、三嗪、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选吡咯、吡唑、咪唑和三唑；更优选吡咯、吡唑、三唑、三嗪、嘧啶、吡啶、吡嗪和哒嗪；进一步更优选吡啶、吡咯、吡嗪和吡唑。
在通式(V)中，形成由Z5表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、吡唑、咪唑、噻唑、唑、三嗪、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选吡咯、吡唑、咪唑、嘧啶、吡嗪和哒嗪；更优选吡咯、吡唑、嘧啶和哒嗪；进一步更优选吡咯和吡唑。
在通式(VI)中，形成由Z6表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、咪唑、噻唑、唑、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选吡咯、咪唑、嘧啶、吡嗪和哒嗪；更优选吡咯、嘧啶、吡嗪和哒嗪；进一步更优选吡咯和嘧啶。
在通式(VII)中，形成由Z7表示的五元环或者六元环的原子团的实例包括：吡咯、咪唑、噻唑、唑、嘧啶、吡啶、吡嗪、哒嗪等等；优选吡咯、咪唑、嘧啶、吡嗪和哒嗪；更优选吡咯、嘧啶、吡嗪和哒嗪；进一步更优选吡咯和嘧啶。
Z1到Z7形成的五元环或者六元环可以具有取代基，并且取代基的实例与关于上述R11、R12、R13、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R61和R71解释的相同；包括取代基的优选实例。
优选由本发明通式(I)表示的化合物由以下通式(I-a)到(I-f)表示，并且更优选由通式(I-a)到(I-c)表示。
在通式(I-a)到(I-f)中，R11、R12和R13与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(I-a)到(I-f)中，R1a1、R1a2、R1b1、R1b2、R1c1、R1c2、R1c3、R1d1、R1d2、R1d3、R1e1、R1e2、R1e3、R1f1和R1f2各自独立地表示氢原子或者取代基。
由上述R1a1、R1b1、R1c1、R1c2、R1d1、R1d2、R1e1和R1e2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I)中的R11、R12和R13解释的相同，包括优选的实例。
由上述R1a2、R1b2、R1c3、R1d3、R1e3、R1f1和R1f2表示的取代基的实例各自独立地包括：具有1到20个碳原子、更优选具有1到12个碳原子和进一步优选具有1到8个碳原子的烷基基团，例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正辛基、正癸基、正十六烷基、环丙基、环戊基、环己基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到12个碳原子和进一步优选具有2到8个碳原子的烯基基团，例如乙烯基、芳基、2-丁烯基、3-戊烯基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到12个碳原子和进一步优选具有2到8个碳原子的炔基基团，例如炔丙基、3-戊炔基等等；优选具有6到30个碳原子、更优选具有6到20个碳原子和进一步优选具有6到12个碳原子的芳基基团，例如苯基、对甲基苯基、萘基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的酰基基团，例如乙酰基、苯甲酰基、甲酰基、新戊酰基等等；优选具有2到20个碳原子、更优选具有2到16个碳原子和进一步优选具有2到12个碳原子的烷氧羰基基团，例如甲氧羰基、乙氧羰基等等；优选具有7到20个碳原子、更优选具有7到16个碳原子和进一步优选具有7到10个碳原子的芳氧基羰基基团，例如苯氧基羰基等等；优选具有0到20个碳原子、更优选具有0到16个碳原子和进一步优选具有0到12个碳原子的氨磺酰基基团，例如氨磺酰基、甲基氨磺酰基、二甲基氨磺酰基、苯基氨磺酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的氨基甲酰基基团，例如氨基甲酰基、甲基氨基甲酰基、二乙基氨基甲酰基、苯基氨基甲酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的磺酰基基团，例如甲磺酰基、甲苯磺酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到16个碳原子和进一步优选具有1到12个碳原子的亚硫酰基基团，例如甲亚硫酰基、苯亚硫酰基等等；优选具有1到20个碳原子、更优选具有1到12个碳原子的杂环基团；其杂原子包括例如氮原子、氧原子和硫原子；特定的实例包括咪唑基、吡啶基、喹啉基、呋喃基、哌啶基、吗啉代、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基等等。这些当中，烷基基团、烯基基团、芳烷基基团、芳基基团、酰基基团和杂环基团是优选的，并且烷基基团、芳基基团和芳族杂环基团是更优选的。
上述R1a1、R1b1、R1c1、R1c2、R1d1、R1d2、R1e1和R1e2优选是氢原子、烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族杂环基团。
上述R1a2、R1b2、R1c3、R1d3、R1e3、R1f1和R1f2优选是氢原子、烷基基团、芳基基团和芳族杂环基团。
优选地，由通式(II)表示的化合物由以下通式(II-a)到(II-f)的任何一个表示，并且更优选由通式(II-a)到(II-c)的任何一个表示。
在通式(II-a)到(II-f)中，R21和R22与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(II-a)到(II-f)中，R2a1、R2a2、R2b1、R2b2、R2c1、R2c2、R2c3、R2d1、R2d2、R2d3、R2e1、R2e2、R2e3、R2f1和R2f2各自独立地表示氢原子或者取代基。
由上述R2a1、R2b1、R2c1、R2c2、R2d1、R2d2、R2e1和R2e2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例。
由上述R2a2、R2b2、R2c3、R2d3、R2e3、R2f1和R2f2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I-a)中R1a2解释的相同，包括优选的实例。
上述R2a1、R2b1、R2c1、R2c2、R2d1、R2d2、R2e1和R2e2优选是氢原子、烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族杂环基团。
上述R2a2、R2b2、R2c3、R2d3、R2e3、R2f1和R2f2优选是氢原子、烷基基团、芳基基团和芳族杂环基团。
更优选的是由通式(III)表示的化合物由以下通式(III-a)到(III-c)表示。
在通式(III-a)中，R31和R32与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(III-a)中，R3a1、R3a2和R3a3各自独立地表示氢原子或者取代基。
由上述R3a1、R3a2和R3a3表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例。
上述R3a1、R3a2和R3a3优选是氢原子、烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族杂环基团。
在通式(III-b)中，R31和R32与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(III-b)中，R3b1到R3a4各自独立地表示氢原子或者取代基。取代基的实例包括：烷基基团、环烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、环烯基基团、炔基基团、羟基基团、巯基基团、烷氧基基团、烷硫基基团、芳基醚基团、芳硫基醚基团、芳基基团、杂环基团、卤素原子、卤代烷残基、卤代烯残基、卤代炔残基、氰基基团、醛基团、羰基基团、羧基基团、酯基团、氨基甲酰基基团、氨基基团、硝基基团、甲硅烷基基团、硅氧烷基基团等等；所有这些可以与其邻近的取代基形成环结构。
此外，优选的是，通式(III-b)由以下通式(III-c)表示。
在通式(III-c)中，R31和R3b1到R3b4与上述的相同。
在通式(III-c)中，R3c1到R3c5各自独立地表示氢原子或者取代基。取代基的实例包括烷基基团、环烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、环烯基基团、炔基基团、羟基基团、巯基基团、烷氧基基团、烷硫基基团、芳基醚基团、芳硫基醚基团、芳基基团、杂环基团、卤素原子、卤代烷残基、卤代烯残基、卤代炔残基、氰基基团、醛基团、羰基基团、羧基基团、酯基团、氨基甲酰基基团、氨基基团、硝基基团、甲硅烷基基团、硅氧烷基基团等等；所有这些可以与其邻近的取代基形成环结构。
优选，由本发明通式(IV)表示的化合物由以下通式(IV-a)到(IV-g)表示，并且更优选由通式(IV-a)或者(IV-b)表示。
在通式(IV-a)到(IV-e)中，R41和R42与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(IV-a)到(IV-e)中，R4a1、R4b1、R4b2、R4b3、R4c1、R4c2、R4e3、R4d1、R4d2、R4d3、R4e1和R4e2各自独立地表示氢原子或者取代基。
由上述R4a1、R4b1、R4c1、R4c2、R4d1和R4d2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例。
由上述R4b3、R4c3、R4d3、R4e1和R4e2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I-a)中的R1a2解释的相同，包括优选的实例。
上述R4a1、R4b1、R4c1、R4c2、R4d1和R4d2优选是氢原子、烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族杂环基团。
上述R4b3、R4c3、R4d3、R4e1和R4e2优选是氢原子、烷基基团、芳基基团和芳族杂环基团。
在通式(IV-a)中，X4a由CR4a2(R4a3)或者NR4a4表示，其中R4a2和R4a3各自独立地表示氢原子或者取代基；并且每个取代基独立地与关于通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例；R4a4表示氢原子或者取代基，并且取代基与关于通式(I-a)中的R1a2解释的相同，包括优选的实例。
在通式(IV-f)中，R41和R42与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(IV-f)中，R4f1到R4f4各自独立地表示氢原子或者取代基；取代基的实例包括烷基基团、环烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、环烯基基团、炔基基团、羟基基团、巯基基团、烷氧基基团、烷硫基基团、芳基醚基团、芳硫基醚基团、芳基基团、杂环基团、卤素原子、卤代烷残基、卤代烯残基、卤代炔残基、氰基基团、醛基团、羰基基团、羧基基团、酯基团、氨基甲酰基基团、氨基基团、硝基基团、甲硅烷基基团、硅氧烷基基团等等；所有这些可以与其邻近的取代基形成环结构。
此外，优选的是，通式(IV-f)由以下通式(IV-g)表示。
在通式(IV-g)中，R41、R4f1到R4f4与上述的相同。
在通式(IV-g)中，R4g1到R4g5各自独立地表示氢原子或者取代基；取代基的实例包括烷基基团、环烷基基团、芳烷基基团、烯基基团、环烯基基团、炔基基团、羟基基团、巯基基团、烷氧基基团、烷硫基基团、芳基醚基团、芳硫基醚基团、芳基基团、杂环基团、卤素原子、卤代烷残基、卤代烯残基、卤代炔残基、氰基基团、醛基团、羰基基团、羧基基团、酯基团、氨基甲酰基基团、氨基基团、硝基基团、甲硅烷基基团、硅氧烷基基团等等；所有这些可以与其邻近的取代基形成环结构。
优选，由通式(V)表示的化合物由以下通式(V-a)到(V-e)的任何一个表示，并且更优选由通式(V-a)或者(V-b)表示。
在通式(V-a)中，R51与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(V-a)到(V-e)中，R5a1、R5b1、R5b2、R5b3、R5c1、R5c2、R5c3、R5d1、R5d2、R5d3、R5e1和R5e2各自独立地表示氢原子或者取代基。
由R5a1、R5b1、R5b2、R5c1、R5c2、R5d1和R5d2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例。
由R5b3、R5c3、R5d3、R5e1和R5e2表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I-a)中的R1a2解释的相同，包括优选的实例。
上述R5a1、R5b1、R5b2、R5c1、R5c2、R5d1和R5d2优选是氢原子、烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族杂环基团。
上述R5b3、R5c3、R5d3、R5e1和R5e2优选是氢原子、烷基基团、芳基基团和芳族杂环基团。
在通式(IV-a)中，X5a由CR5a2(R5a3)或者NR5a4表示，其中R5a2和R5a3各自独立地表示氢原子或者取代基；并且每个取代基独立地与关于通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例；R5a4表示氢原子或者取代基，并且取代基与关于通式(I-a)中的R1a2解释的相同，包括优选的实例。
更优选的是，由通式(VI)表示的化合物由以下通式(VI-a)表示。
在通式(VI-a)中，R61与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(VI-a)中，R6a1、R6a2、R6a3和R6a4各自独立地表示氢原子或者取代基；并且每个取代基独立地与关于通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例.
优选，由通式(VII)表示的化合物由以下通式(VII-a)到(VII-d)的任何一个表示。
在通式(VII-a)中，R71与上述的相同，包括特定的实例和优选的实例。
在通式(VII-a)到(VII-d)中，R7a1、R7b1、R7b2、R7c1、R7c2、R7c3、R7d1、R7d2和R7d3各自独立地表示氢原子或者取代基。
由上述R7a1、R7b1、R7b2、R7c1、R7c2、R7d1、R7d2和R7d3表示的取代基的实例各自独立地与关于上述通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例。
由上述R7c3表示的取代基的实例与关于上述通式(I-a)中的R1a2解释的相同，包括优选的实例。
上述R7a1、R7b1、R7b2、R7c1、R7c2、R7c3、R7d1、R7d2和R7d3优选是氢原子、烷基基团、烯基基团、芳基基团、烷氧羰基基团、氰基基团和芳族杂环基团。
上述R7c3优选是、烷基基团、芳基基团和芳族杂环基团。
在通式(VII-a)中，X7a和X7b各自由CR7a2(R7a3)或者NR7a4表示，其中R7a2和R7a3各自独立地表示氢原子或者取代基；并且每个取代基独立地与关于通式(I)中的R11解释的相同，包括优选的实例；R7a4表示氢原子或者取代基，并且取代基与关于通式(I-a)中的R1a2解释的相同，包括优选的实例。
本发明的杂环化合物可以是低分子量化合物，可以是其部分连接到聚合物主链的高分子量化合物(具有的重均分子量优选为1000-5000000、更优选5000-2000000、并且进一步更优选10000-1000000)，或者可以是在主链中具有本发明化合物的高分子量化合物(具有的重均分子量优选为1000-5000000，更优选5000-2000000，并且进一步更优选10000-1000000)。在其中所述杂环化合物是高分子量化合物的情况下，其可以是均聚物或者可以是与其他单体的共聚物。用于本发明的优选的化合物是低分子量化合物。
本发明的化合物可以通过各种合成工艺合成。即可以考虑参考以下描述来合成：例如，“COMPREHENSIVE HETEROCYCLICCHEMISTRY”，ALANR.KATRITZKY和CHARLESW.REES(PERGAMONPRESS)著述，日本未经审查的专利申请公开待审号平4-174204和平5-313，等等。
用于本发明的含氮原子的杂环化合物的特定实例如下，然而本发明不局限于这些典型的化合物。
(重均分子量大约15,000；聚苯乙烯转化)
(重均分子量大约12,000；聚苯乙烯转化)
以下是关于本发明有机薄膜晶体管的元件结构的描述。
上述元件结构不特别地是薄膜晶体管，该薄膜晶体管在基材上包含至少三个端子，所述至少三个端子由栅电极、源电极和漏电极组成；绝缘层和有机半导体层，该薄膜晶体管通过在栅电极施加电压控制其在源电极和漏电极之间流动的电流。可以使用已知的元件结构。
这些当中，有机薄膜晶体管的典型的元件结构在图1到4中作为元件A、B、C和D得到举例说明。如以上描述，关于电极的定位、层的层合顺序等等，有大量已知的结构。本发明的有机薄膜晶体管具有场效应晶体管(FET)结构。有机薄膜晶体管包含有机半导体层(有机化合物层)，以预定间隔彼此相对形成的源电极和漏电极，和以与源电极和漏电极成预定距离形成的栅电极；并且其具有这样的结构，其通过在栅电极施加电压来控制源电极和漏电极之间流动的电流。在这样的情况下，源电极和漏电极之间的距离由本发明中有机薄膜晶体管的使用目的决定，通常为0.1微米到1毫米，优选1微米到100微米，并且更优选5微米到100微米。
元件A、B、C和D当中，以下将详细描述图1中元件A的实施方案。具有作为元件A举例说明的元件结构的有机薄膜晶体管在基材上依次包括栅电极(层)和绝缘体层，还包括在绝缘体层上彼此以预定距离形成的一对源电极和漏电极，和在它们之上形成的有机半导体层。半导体层形成沟道区，并且在源电极和漏电极之间流动的电流通过施加到栅电极的电压控制，从而导致开关操作。
除了以上本发明元件A、B、C和D中的元件结构外，关于有机薄膜晶体管提出了各种结构。即，元件结构不局限于以上元件A、B、C和D，只要其具有显现以下效果的机理：源电极和漏电极之间流动的电流通过施加到栅电极的电压控制，从而导致开关操作或者放大。元件结构的实例可以包括：顶部和底部接触类型有机薄膜晶体管(参考图5)，其由Yoshida等(国家先进工业科学技术学院(National Institute ofAdvanced Industrial Science and Technology))在日本应用物理学协会第49届春季会议(2002年3月)的会议论文集中提出(27a-M-3)，或者垂直型有机薄膜晶体管(参考图6)，其由千叶大学的Kudo等在IEEJ学报118-A(1998)，第1440页上提出。
本发明的有机薄膜晶体管中的基材起到支承有机薄膜晶体管结构的作用，并且来源于玻璃、无机化合物例如金属氧化物或者金属氮化物、塑料(PET、PES和PC)或者金属基材，这些复合材料和层压材料可以作为基材的材料。此外，当薄膜晶体管的结构足以由除基材之外的构成元件支承时，基材可以被省略。
此外，硅(Si)片常常被用作基材材料。在这种情况下，Si可以本身被用作栅电极以及基材。更进一步，Si基材的表面可以被氧化以形成SiO2，其可以被用作绝缘层。在这种情况下，如果在实施方案中采用元件A，通常以如图6中所示的方式在Si基材上使用Au等等形成金属层，其作为连接引线的电极，其中所述Si基材是同时被用作基材的栅电极。
用于本发明薄膜晶体管中的栅电极、源电极和漏电极的材料的实例包括：金属和合金，例如铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、镍(Ni)、金(Au)、钯(Pd)、铟、铂(Pt)、银(Ag)、锡(Sn)、镁、镁-铟合金、镁-铝合金、铝-锂合金、铝-钪-锂合金、镁-银合金等等；氧化铟锡(ITO)合金、重掺杂硅、二氧化锡(NESA)、导电聚苯胺、导电聚吡咯、导电polythiazyl和导电聚合物等等；以及这些材料的任何混合物。这些材料降低了接触电阻和提高了薄膜晶体管的电气性能。优选，栅电极、源电极和漏电极的厚度分别在30到500纳米范围内。通常，它们通过例如气相沉积、溅射、化学蒸气沉积、电沉积、无电镀、旋涂、印刷或者涂布形成。
用于本发明薄膜晶体管中的绝缘体层的材料的实例包括氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化钡、氧化锶、氧化锆、氧化铅、氧化镧、氟氧化物、氧化镁、氧化铋、氧化钽、氧化铌等等；并且特定的实例包括二氧化硅、钛酸钡锶、锆酸钛酸钡、锆酸钛酸铅、钛酸铅镧、钛酸锶、钛酸钡、氟化钡镁、钛酸铋、钛酸锶铋、五氧化二钽、钽酸锶铋、钽酸铌酸铋、二氧化钛、三氧化钇等等；以及这些材料的任何混合物。此外，氮化硅基化合物例如Si3N4、SixNy(x，y＞0)、SiONx作为用于绝缘体层的材料是优选的。
此外，绝缘体层可以使用前体形成，所述前体包括金属醇盐。例如，将通过溶解所述前体制备的溶液施加在基材上，然后进行化学溶液处理或者热处理，以形成绝缘体层。
上述金属醇盐中的金属选自过渡金属、镧系元素或者主族元素，并且特定的实例包括钡(Ba)、锶(Sr)、钛(Ti)、铋(Bi)、钽(Ta)、锆(Zr)、铁(Fe)、镍(Ni)、锰(Mn)、铅(Pb)、镧(La)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、铌(Nb)、铊(Tl)、汞(Hg)、铜(Cu)、钴(Co)、铑(Rh)、钪(Sc)、钇(Y)等等。
此外，上述金属醇盐中的醇盐衍生自：醇，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇等等；或者烷氧基醇，包括甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、戊氧基乙醇、庚氧基乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、丙氧基丙醇、丁氧基丙醇、戊氧基丙醇、庚氧基丙醇等等。
在本发明中，将以上材料用于绝缘体层能更容易地在绝缘体层当中产生空腔层，并且因此能够降低晶体管操作的阈电压。特别地，将以上材料当中的氮化硅例如Si3N4、SixNy(x，y＞0)、SiONx等等用于绝缘体层，更易于在绝缘体层当中产生空腔层，并且因此能够进一步降低晶体管操作的阈电压。此外，绝缘体层的厚度优选在10到150纳米范围内，并且绝缘体层通常按照例如真空气相淀积工艺、溅射工艺、热化学蒸气沉积(CVD)工艺、热氧化工艺、阳极氧化工艺等等形成。
虽然在本发明的有机薄膜晶体管中的有机半导体层的膜厚度不被特别地限制，其通常在几纳米到1微米范围内，并且优选在10纳米到250纳米范围内。此外，虽然用于形成有机半导体层的工艺不被特别地限制，但是各种众所周知的工艺，例如分子束蒸发工艺(MBE工艺)；真空气相沉积工艺；化学气相沉积工艺；将在溶剂中溶解材料而制备的溶液印刷或者涂覆的工艺，例如浸渍工艺、旋涂工艺、流延工艺、棒涂工艺、辊涂工艺等等；烘焙工艺；电引发聚合工艺；分子束粘合工艺；从溶液自组装的工艺；是可以单独地或者与使用以上用于有机半导体层的材料结合地使用的。
虽然用于形成本发明的有机薄膜晶体管的方法可以按照任何众所周知的方法，而没有特别的限制，但是优选的是制备所述元件的一系列顺序的步骤，包括放置基材，形成栅电极，形成绝缘体层，形成有机半导体层，形成源电极和形成漏电极，所有这些都在完全不与空气接触的条件下进行，因为能够防止由接触的空气当中的水分或者氧气所引起的对元件性能的干扰。在以上步骤中的任何一个不能避免与空气接触的情况下，所希望的是形成有机半导体层的步骤和所有接下来的步骤不与空气接触，而且所述有机半导体层应该在要在其上层压所述有机半导体层的表面被净化和活化之后层压，例如在上述元件A的情况下要在其上部分地层压源电极和漏电极的表面，所述净化和活化可以刚好在形成有机半导体层之前借助于紫外线照射、紫外线/臭氧照射、氧等离子体、氩等离子体等等来进行。
实施例
以下将参考实施例更详细地解释本发明，但是本发明决不受以下实施例限制。
实施例1
按照以下步骤制备有机薄膜晶体管。首先，按照热氧化工艺将Si基材(p-型；电阻率：1Ωcm；与栅电极共用)表面氧化，在基材上形成厚度为400纳米的热氧化膜，从而提供绝缘体层。此外，借助于干刻蚀将在基材的另一个表面上形成的SiO2膜完全除去之后，按照溅射工艺形成厚度为20纳米的铬膜，并且进一步按照溅射工艺形成厚度为100纳米的金(Au)膜，这样取所述膜作为电极。随后，通过金属掩模形成厚度为150纳米的金膜而在绝缘体膜上提供彼此不接触、彼此之间分开100微米的距离(沟道长度：L)的源电极和漏电极。形成源电极和漏电极两者的宽度(沟道宽度W)，使得分别为4毫米。随后，按照真空气相沉积工艺，通过另一个金属掩模，使上述化合物(1)形成膜厚度为150纳米的有机半导体层，因此制备了有机薄膜晶体管(参考图7)。
使用以上有机薄膜晶体管提供如图7所示的电路结构，施加+40V的栅极电压VG，同时在源电极和漏电极之间施加电压Vd，从而提供电流。在这种情况下，在有机半导体层的沟道区(源电极和漏电极之间)内诱导电子，并且所述薄膜晶体管作为n-型晶体管工作。结果，在电流饱和区内，源电极和漏电极之间的电流的开关比是1.2×108。此外，通过下列方程式计算了电子的场效应迁移率μ，结果其为6.3×10-2cm2/Vs。
ID＝(W/2L)·Cμ(VG-VT)2 (A)
在公式(A)中，ID表示源电极和漏电极之间的电流，W表示沟道宽度，L表示沟道长度，C表示栅绝缘体层的每单位面积的电容，VT表示栅阀值电压，和VG表示栅极电压。
实施例2到89
以与实施例1相似的方式制备有机薄膜晶体管，除了使用表1中描述的化合物代替化合物(1)。关于制备的有机薄膜晶体管，在+40V的栅极电压VG下，以与实施例1相同的方法，测量了源电极和漏电极之间的电流的开关比，同时计算电子的场效应迁移率μ。结果示于表1中。
表1
| 实施例 | 化合物编号 | 电子的场效应迁移率μ(cm2/Vs) | 开关比 |
| 2 | 5 | 6.3×10-2 | 1.2×108 |
| 3 | 10 | 7.5×10-2 | 8.5×107 |
| 4 | 11 | 9.8×10-3 | 1.8×108 |
| 5 | 14 | 9.5×10-3 | 9.8×106 |
| 6 | 16 | 1.7×10-2 | 3.7×107 |
| 7 | 21 | 8.5×10-2 | 3.5×107 |
| 8 | 31 | 9.4×10-3 | 2.5×107 |
| 9 | 40 | 9.8×10-3 | 5.8×108 |
| 10 | 46 | 2.3×10-2 | 7.6×106 |
| 11 | 51 | 8.3×10-2 | 6.6×106 |
| 12 | 59 | 3.9×10-3 | 3.2×108 |
| 13 | 67 | 9.8×10-3 | 2.5×107 |
| 14 | 76 | 7.2×10-2 | 1.9×109 |
| 15 | 83 | 8.0×10-2 | 9.8×106 |
| 16 | 97 | 5.8×10-3 | 3.7×106 |
| 17 | 106 | 4.5×10-3 | 1.2×107 |
| 18 | 107 | 4.2×10-2 | 2.5×107 |
| 19 | 111 | 8.3×10-2 | 1.8×108 |
| 20 | 112 | 9.4×10-3 | 7.2×106 |
| 21 | 113 | 9.9×10-3 | 3.8×107 |
| 22 | 114 | 2.4×10-2 | 2.7×107 |
| 23 | 115 | 8.0×10-2 | 2.6×107 |
| 24 | 116 | 2.7×10-3 | 6.8×107 |
| 25 | 117 | 5.8×10-3 | 9.5×106 |
| 26 | 118 | 3.5×10-2 | 8.7×106 |
| 27 | 119 | 8.3×10-2 | 3.4×108 |
| 28 | 120 | 7.8×10-3 | 2.6×107 |
| 29 | 121 | 7.9×10-3 | 1.0×108 |
| 30 | 122 | 1.7×10-2 | 6.8×106 |
| 31 | 123 | 4.5×10-2 | 6.5×106 |
| 32 | 124 | 4.9×10-3 | 7.8×106 |
| 33 | 125 | 9.5×10-3 | 2.5×107 |
| 34 | 126 | 5.6×10-2 | 5.8×107 |
| 35 | 127 | 8.3×10-2 | 3.5×106 |
| 36 | 136 | 7.6×10-3 | 4.7×106 |
| 37 | 145 | 6.6×10-3 | 1.2×108 |
| 38 | 148 | 8.7×10-2 | 3.6×107 |
| 39 | 149 | 8.3×10-2 | 1.4×108 |
| 40 | 151 | 6.4×10-3 | 3.8×107 |
| 41 | 152 | 6.8×10-3 | 8.5×106 |
| 42 | 165 | 1.2×10-2 | 4.8×106 |
| 43 | 167 | 8.3×10-2 | 2.5×107 |
| 44 | 170 | 6.1×10-3 | 8.5×106 |
| 45 | 171 | 9.8×10-3 | 3.7×107 |
| 46 | 172 | 4.6×10-2 | 3.2×107 |
| 47 | 183 | 8.3×10-2 | 5.5×107 |
| 48 | 188 | 2.8×10-3 | 5.6×107 |
| 49 | 193 | 6.8×10-3 | 9.8×106 |
| 50 | 198 | 5.2×10-2 | 3.7×107 |
| 51 | 208 | 8.0×10-2 | 6.5×107 |
| 52 | 212 | 1.0×10-3 | 6.5×107 |
| 53 | 215 | 9.8×10-3 | 5.6×108 |
| 54 | 216 | 5.0×10-2 | 6.6×106 |
| 55 | 217 | 8.5×10-2 | 6.6×106 |
| 56 | 218 | 1.9×10-3 | 3.7×107 |
| 57 | 228 | 9.8×10-3 | 1.5×107 |
| 58 | 229 | 1.7×10-2 | 1.4×108 |
| 59 | 230 | 8.5×10-2 | 9.4×107 |
| 60 | 232 | 4.8×10-3 | 5.6×106 |
| 61 | 233 | 9.8×10-3 | 7.6×107 |
| 62 | 234 | 1.2×10-2 | 2.5×107 |
| 63 | 236 | 8.4×10-2 | 1.6×108 |
| 64 | 237 | 1.7×10-3 | 6.1×106 |
| 65 | 238 | 9.9×10-3 | 3.7×107 |
| 66 | 245 | 6.7×10-2 | 6.5×107 |
| 67 | 248 | 8.0×10-2 | 2.6×107 |
| 68 | 253 | 7.7×10-3 | 4.4×107 |
| 69 | 255 | 5.8×10-3 | 8.2×106 |
| 70 | 265 | 2.9×10-2 | 5.7×106 |
| 71 | 267 | 6.3×10-2 | 2.2×108 |
| 72 | 268 | 4.8×10-3 | 2.4×107 |
| 73 | 272 | 6.8×10-3 | 1.1×108 |
| 74 | 273 | 6.2×10-2 | 6.1×106 |
| 75 | 277 | 7.5×10-2 | 5.5×106 |
| 76 | 281 | 6.8×10-3 | 7.8×106 |
| 77 | 298 | 5.8×10-3 | 5.5×107 |
| 78 | 299 | 5.2×10-2 | 5.4×107 |
| 79 | 300 | 4.5×10-2 | 9.5×106 |
| 80 | 308 | 3.5×10-3 | 9.7×106 |
| 81 | 309 | 9.4×10-3 | 2.6×108 |
| 82 | 315 | 1.3×10-2 | 3.7×107 |
| 83 | 323 | 8.6×10-2 | 1.7×108 |
| 84 | 318 | 9.8×10-3 | 3.9×107 |
| 85 | 326 | 9.8×10-3 | 8.5×106 |
| 86 | 327 | 6.2×10-2 | 8.8×106 |
| 87 | 328 | 6.5×10-2 | 2.8×107 |
| 88 | 329 | 5.8×10-3 | 9.5×106 |
| 89 | 331 | 8.8×10-3 | 3.8×107 |
实施例90
按照真空气相沉积工艺，在厚度为1毫米的玻璃基材上形成厚度为100纳米的铬膜，并且该膜被称为栅电极。随后，按照溅射工艺，在栅电极上形成膜厚度为300纳米的SiO2的绝缘体层。随后，通过金属掩模形成厚度为150纳米的金(Au)膜而在绝缘体膜上提供源电极和漏电极，所述源电极和漏电极彼此之间的距离(沟道长度：L)为100微米，彼此不接触，并且具有4毫米的宽度(沟道宽度：W)。随后，按照真空气相沉积工艺，通过另一个金属掩模，使上述化合物(77)形成膜厚度为150纳米的有机半导体层，因此制备了有机薄膜晶体管(参考图1)。
使用以上有机薄膜晶体管提供了与实施例1中的相同的电路结构，施加+40V的栅极电压VG，同时在源电极和漏电极之间施加电压Vd，从而提供电流。结果，在电流饱和区内，源电极和漏电极之间的电流的开关比是3.1×108。此外，计算了电子的场效应迁移率μ，并且其为6.9×10-3cm2/Vs。
实施例91
通过金属掩模形成厚度为150纳米的金(Au)膜而在玻璃基材上提供源电极和漏电极，所述源电极和漏电极彼此之间的距离(沟道长度：L)为100微米，彼此不接触，并且具有4毫米的宽度(沟道宽度：W)。随后，按照真空气相沉积工艺，通过另一个金属掩模，使上述化合物(149)形成膜厚度为150纳米的有机半导体层，然后按照溅射工艺，在半导体层上形成膜厚度为200纳米的氧化铝(Al2O3)的绝缘体层。最后，通过另一个掩模溅射栅电极(Al)，制备有机薄膜晶体管(参考图3)。
使用以上有机薄膜晶体管提供了与实施例1中的相同的电路结构，施加+40V的栅极电压VG，同时在源电极和漏电极之间施加电压Vd，从而提供电流。结果，在电流饱和区内，源电极和漏电极之间的电流的开关比是3.8×108。此外，计算了电子的场效应迁移率μ，并且其为2.1×10-2cm2/Vs。
实施例92
将厚度为200微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜用作基材。将3％重量的上述化合物(309)溶解到甲苯中，按照旋涂工艺将得到的溶液在基材上形成薄膜，然后在120℃的温度下、在氮气气氛下干燥。随后，使用真空气相沉积装置，通过金属掩模形成厚度为150纳米的金(Au)薄膜而在以上薄膜上提供源电极和漏电极，所述源电极和漏电极彼此之间分离的距离(沟道长度：L)为100微米，彼此不接触，并且宽度(沟道宽度：W)为4毫米。此外，按照真空气相沉积工艺将聚乙烯气相沉积形成绝缘体层。在该绝缘体层上将铝真空气相沉积形成栅电极(参考图4)。
使用以上有机薄膜晶体管提供了与实施例1中的相同的电路结构，施加+40V的栅极电压VG，同时在源电极和漏电极之间施加电压Vd，从而提供电流。结果，在电流饱和区内，源电极和漏电极之间的电流的开关比是4.3×106。此外，计算了电子的场效应迁移率μ，并且其为8.6×10-4cm2/Vs。
对比实施例1
以与实施例1一样的方式制备有机薄膜晶体管，除了使用十六氟酞菁铜(F16PcCu)代替化合物(1)(参考图7)。
使用以上有机薄膜晶体管提供了与实施例1中的相同的电路结构，施加+40V的栅极电压VG，同时在源电极和漏电极之间施加电压Vd，从而提供电流。结果，在电流饱和区内，源电极和漏电极之间的电流的开关比是1.2×103。此外，计算了电子的场效应迁移率μ，并且其为1.3×10-3cm2/Vs。
工业实用性
使用具有特定结构的含氮原子的杂环化合物作为有机半导体层的材料，本发明的有机薄膜晶体管具有快速响应速度(驱动速度)，此外获得了大的开关比，提高了晶体管的性能。
Claims (8)
1.一种薄膜晶体管，其在基材上包含：至少三个端子，它们由栅电极、源电极和漏电极组成；绝缘层和有机半导体层，其通过在栅电极上施加电压来控制源电极和漏电极之间流动的电流，其中所述有机半导体层包含含氮原子的杂环化合物，该杂环化合物通过五元环之间的稠合形成，所述五元环各自在其稠合位置具有氮原子，或者通过五元环和六元环之间的稠合形成，所述五元环和六元环各自在其稠合位置具有氮原子。
2.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(I)表示的化合物：
其中，R11、R12和R13各自独立地表示氢原子或者取代基；并且
Z1表示形成五元环或者六元环的原子团。
3.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(II)表示的化合物：
其中，R21和R22各自独立地表示氢原子或者取代基；并且
Z2表示形成五元环或者六元环的原子团。
4.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(III)表示的化合物：
其中，R31和R32各自独立地表示氢原子或者取代基；并且
Z3表示形成五元环或者六元环的原子团。
5.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(IV)表示的化合物：
其中，R41和R42各自独立地表示氢原子或者取代基；并且
Z4表示形成5元环或者6元环的原子团。
6.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(V)表示的化合物：
其中，R51表示氢原子或者取代基；并且
Z5表示形成五元环或者六元环的原子团。
7.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(VI)表示的化合物：
其中，R61表示氢原子或者取代基；并且
Z6表示形成五元环或者六元环的原子团。
8.权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述含氮原子的杂环化合物是由以下通式(VII)表示的化合物：
其中，R71表示氢原子或者取代基；并且
Z7表示形成五元环或者六元环的原子团。
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