JP2006040934A - Organic thin film transistor material, organic thin film transistor, field effect transistor and switching element - Google Patents

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利恵 片倉
Katsura Hirai
桂 平井
Tatsuo Tanaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic TFT having both high carrier mobility and high durability by molecule designing the organic TFT material useful for a thin film transistor application and using the obtained organic TFT material and to further provide a field effect transistor using the organic TFT and a switching element having the organic TFT or the field effect transistor. <P>SOLUTION: The organic thin film transistor material contains a compound having substitute groups in the fourth place and the fifth place and having thiophene rings at both ends and combining with a conjugate system containing a composite aromatic ring at the second place. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は有機薄膜トランジスタ材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子に関する。   The present invention relates to an organic thin film transistor material, an organic thin film transistor, a field effect transistor, and a switching element.

情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、更に情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。   With the widespread use of information terminals, there is an increasing need for flat panel displays as computer displays. In addition, with the progress of computerization, information that has been provided on paper media in the past has become more and more electronically provided. As a mobile display medium that is thin, light, and easy to carry, electronic paper or There is a growing need for digital paper.

一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機EL、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子(TFT素子)を用いる技術が主流になっている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらTFT素子を形成し、液晶、有機EL素子等が封止されている。   In general, in a flat display device, a display medium is formed using an element utilizing liquid crystal, organic EL, electrophoresis, or the like. In such display media, a technique using an active drive element (TFT element) as an image drive element has become mainstream in order to ensure uniformity of screen brightness, screen rewrite speed, and the like. For example, in a normal computer display, these TFT elements are formed on a glass substrate, and liquid crystal, organic EL elements, etc. are sealed.

ここでTFT素子には主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体を用いることができ、これらのSi半導体(必要に応じて金属膜も)を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことでTFT素子が製造される。こうしたTFT素子の製造には、通常スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。   Here, semiconductors such as a-Si (amorphous silicon) and p-Si (polysilicon) can be mainly used for the TFT element, and these Si semiconductors (and metal films as necessary) are formed into a multilayer structure. The TFT element is manufactured by sequentially forming the drain and gate electrodes on the substrate. The manufacture of such TFT elements usually requires sputtering or other vacuum manufacturing processes.

しかしながら、このようなTFT素子の製造では、真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例えば、TFT素子では、通常それぞれの層の形成のために真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要となる半導体部分に関してもp型、n型等、複数種類の半導体層を積層している。こうした従来のSi半導体による製造方法ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされるなど、設備の変更が容易ではない。   However, in the manufacture of such a TFT element, the vacuum system manufacturing process including the vacuum chamber must be repeated many times to form each layer, and the apparatus cost and running cost have become enormous. . For example, in a TFT element, it is usually necessary to repeat processes such as vacuum deposition, dope, photolithography, development, etc. many times to form each layer, and the element is formed on a substrate through tens of steps. Yes. A plurality of types of semiconductor layers, such as p-type and n-type, are also stacked on the semiconductor portion that is the key to the switching operation. In such a conventional manufacturing method using a Si semiconductor, it is not easy to change the equipment, for example, a design change of a manufacturing apparatus such as a vacuum chamber is required in response to the need for a large display screen.

また、このような従来からのSi材料を用いたTFT素子の形成には高い温度の工程が含まれるため、基板材料には工程温度に耐える材料であるという制限が加わることになる。このため実際上はガラスを用いざるをえず、先に述べた電子ペーパーあるいはデジタルペーパーといった薄型ディスプレイを、こうした従来知られたTFT素子を利用して構成した場合、そのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。ガラス基板上にTFT素子を形成することに起因するこれらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイへのニーズを満たすにあたり望ましくないものである。   In addition, since the formation of such a conventional TFT element using a Si material includes a process at a high temperature, the substrate material is restricted to be a material that can withstand the process temperature. Therefore, in practice, glass must be used, and when the above-described thin display such as electronic paper or digital paper is configured using such a conventionally known TFT element, the display is heavy and flexible. Products that may break due to chipping or dropping impact. These characteristics resulting from the formation of TFT elements on a glass substrate are undesirable in satisfying the need for an easy-to-carry-type thin display accompanying the progress of computerization.

一方、近年において高い電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料の研究が精力的に進められている。これらの化合物は有機EL素子用の電荷輸送性材料のほか、例えば、非特許文献1等において論じられているような有機レーザー発振素子や、例えば非特許文献2等、多数の論文にて報告されている有機薄膜トランジスタへの応用が期待されている。これら有機半導体デバイスを実現できれば、比較的低い温度での真空ないし低圧蒸着による製造プロセスの簡易化や、更にはその分子構造を適切に改良することによって、溶液化できる半導体を得る可能性があると考えられ、有機半導体溶液をインク化することによりインクジェット方式を含む印刷法による製造も考えられる。これらの低温プロセスによる製造は、従来のSi系半導体材料については不可能と考えられてきたが、有機半導体を用いたデバイスにはその可能性があり、従って前述の基板耐熱性に関する制限が緩和され、透明樹脂基板上にも、例えば、TFT素子を形成できる可能性がある。透明樹脂基板上にTFT素子を形成し、そのTFT素子により表示材料を駆動させることができれば、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない(もしくは非常に割れにくい)ディスプレイとすることができるであろう。   On the other hand, in recent years, organic semiconductor materials have been energetically studied as organic compounds having high charge transport properties. These compounds are reported in numerous papers such as organic laser oscillation elements as discussed in Non-Patent Document 1, etc., and Non-Patent Document 2, for example, in addition to charge transport materials for organic EL elements. Application to organic thin-film transistors is expected. If these organic semiconductor devices can be realized, there is a possibility of obtaining a semiconductor that can be made into a solution by simplifying the manufacturing process by vacuum or low-pressure deposition at a relatively low temperature and further improving the molecular structure appropriately. It is conceivable that the organic semiconductor solution is made into an ink and manufactured by a printing method including an ink jet method. Manufacturing by these low-temperature processes has been considered impossible for conventional Si-based semiconductor materials, but there is a possibility for devices using organic semiconductors, so the above-mentioned restrictions on substrate heat resistance are relaxed. For example, a TFT element may be formed on the transparent resin substrate. If a TFT element is formed on a transparent resin substrate and the display material can be driven by the TFT element, the display is lighter and more flexible than conventional ones, and will not crack even if dropped (or very difficult to break) It could be a display.

しかしながら、こうしたTFT素子を実現するための有機半導体としてこれまでに検討されてきたのは、ペンタセンやテトラセンといったアセン類(例えば、特許文献1参照。)、鉛フタロシアニンを含むフタロシアニン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物(例えば、特許文献2参照。)や、α−チエニールもしくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン6量体を代表例とする芳香族オリゴマー(例えば、特許文献3参照。)、ナフタレン、アントラセンに5員の複素芳香環が対称に縮合した化合物(例えば、特許文献4参照。)、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン(例えば、特許文献5参照。)、更にはポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−p−フェニレンビニレンといった共役高分子など限られた種類の化合物(例えば、非特許文献1、2及び3参照。)でしかなく、高いキャリア移動度を示す新規な電荷輸送性材料を用いた半導体性組成物の開発が待望されていた。   However, organic semiconductors for realizing such TFT elements have been studied so far as acenes such as pentacene and tetracene (for example, see Patent Document 1), phthalocyanines including lead phthalocyanine, perylene and its tetra. Low molecular weight compounds such as carboxylic acid derivatives (for example, see Patent Document 2), aromatic oligomers typically represented by thiophene hexamers called α-thienyl or sexithiophene (for example, see Patent Document 3), naphthalene, Compounds in which a 5-membered heteroaromatic ring is condensed symmetrically on anthracene (for example, see Patent Document 4), mono, oligo and polydithienopyridines (for example, see Patent Document 5), polythiophene, polythienylene vinylene, poly -Conjugated polymers such as p-phenylene vinylene The development of a semiconducting composition using a novel charge transporting material that exhibits high carrier mobility, and is limited to only a limited number of types of compounds (for example, see Non-Patent Documents 1, 2, and 3). It was.

また、特開2003−292588号公報、米国特許出願公開第2003/136958号明細書、同2003/160230号明細書、同2003/164495号明細書では「マイクロエレクトロニクス用の集積回路論理素子にポリマーTFTを用いると、その機械的耐久性が大きく向上し、その使用可能寿命が長くなる。しかし半導体ポリチオフェン類の多くは、周囲の酸素によって酸化的にドープされ、導電率が増大してしまうため空気に触れると安定ではないと考えられる。この結果、これらの材料から製造したデバイスのオフ電流は大きくなり、そのため電流オン/オフ比は小さくなる。従ってこれらの材料の多くは、材料加工とデバイス製造の間に環境酸素を排除して酸化的ドーピングを起こさない、あるいは最小とするよう厳重に注意しなければならない。この予防措置は製造コストを押し上げるため、特に大面積デバイスのための、アモルファスシリコン技術に代わる経済的な技術としてのある種のポリマーTFTの魅力が削がれてしまう。これら及びその他の欠点は、本発明の実施の形態において回避され、あるいは最小となる。   In addition, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-292588, US Patent Application Publication Nos. 2003/136958, 2003/160230, and 2003/164495, “integrated circuit logic element for microelectronics and polymer TFT However, many of the semiconductor polythiophenes are oxidatively doped with ambient oxygen, which increases the conductivity, and thus increases the electrical conductivity. As a result, devices made from these materials have higher off-currents, and therefore lower current on / off ratios, so many of these materials are used in material processing and device manufacturing. To eliminate or minimize oxidative doping by eliminating environmental oxygen in between This precautionary measure raises the cost of manufacturing, and the appeal of certain polymer TFTs as an economical alternative to amorphous silicon technology, especially for large area devices, is diminished. These and other disadvantages are avoided or minimized in embodiments of the present invention.

従って、酸素に対して強い対抗性を有し、比較的高い電流オン/オフ比を示すエレクトロニックデバイスが望まれている」との記載があり、その解決手段が種々提案されている(例えば、特許文献6、7、8及び9参照。)が、改善のレベルは満足できるものではなく、更なる改良が望まれている。
特開平5−55568号公報 特開平5−190877号公報 特開平8−264805号公報 特開平11−195790号公報 特開2003−155289号公報 特開2002−100782号公報 特開2003−261655号公報 特開2003−264327号公報 特開2003−268083号公報 『サイエンス』(Science)誌289巻、599ページ(2000) 『ネイチャー』(Nature)誌403巻、521ページ(2000) 『アドバンスド・マテリアル』(Advanced Material)誌、2002年、第2号、99ページ
Therefore, an electronic device having a strong resistance against oxygen and a relatively high current on / off ratio is desired ", and various solutions have been proposed (for example, patents). (Refs. 6, 7, 8, and 9)), but the level of improvement is not satisfactory, and further improvements are desired.
JP-A-5-55568 Japanese Patent Laid-Open No. 5-190877 JP-A-8-264805 JP-A-11-195790 JP 2003-155289 A JP 2002-1000078 A JP 2003-261655 A JP 2003-264327 A JP 2003-268083 A “Science” 289, 599 (2000) “Nature” 403, 521 (2000) Advanced Material, 2002, No. 2, page 99

本発明の目的は、薄膜トランジスタ用途に有用な有機TFT材料(有機薄膜トランジスタ材料)を分子設計し、得られた有機TFT材料を用いて、キャリア移動度が高く、且つ高耐久性を併せ持つ有機TFT(有機薄膜トランジスタ)を提供することであり、更には該有機TFTを用いた電界効果トランジスタ、該有機TFTまたは該電界効果トランジスタを有するスイッチング素子を提供することである。   An object of the present invention is to design an organic TFT material (organic thin film transistor material) useful for thin film transistor applications, and to use the obtained organic TFT material to provide an organic TFT (organic) with high carrier mobility and high durability. A thin film transistor), a field effect transistor using the organic TFT, and a switching element having the organic TFT or the field effect transistor.

本発明の上記目的は、下記構成により達成された。   The above object of the present invention has been achieved by the following constitution.

(請求項1)
4位及び5位に置換基を有するチオフェン環を両末端に有し、それぞれがその2位で複素芳香環を含む共役系をもって結合する化合物を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ材料。
(Claim 1)
An organic thin film transistor material comprising a compound having a thiophene ring having substituents at the 4-position and 5-position at both ends, each bonded with a conjugated system containing a heteroaromatic ring at the 2-position.

(請求項2)
前記複素芳香環がチオフェン環であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
(Claim 2)
The organic thin film transistor material according to claim 1, wherein the heteroaromatic ring is a thiophene ring.

(請求項3)
前記チオフェン環の数が8以上20以下であることを特徴とする請求項2に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
(Claim 3)
The organic thin film transistor material according to claim 2, wherein the number of the thiophene rings is 8 or more and 20 or less.

(請求項4)
請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料をチャネル層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
(Claim 4)
The organic thin-film transistor material of any one of Claims 1-3 is used for a channel layer, The organic thin-film transistor characterized by the above-mentioned.

(請求項5)
有機電荷輸送性材料と、該有機電荷輸送性材料に直接または間接に接するゲート電極から構成され、該ゲート電極及び前記有機電荷輸送性材料の間に電荷を印加することで、前記有機電荷輸送性材料中の電流を制御する電界効果トランジスタにおいて、該有機電荷輸送性材料が請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
(Claim 5)
An organic charge transporting material and a gate electrode directly or indirectly in contact with the organic charge transporting material, and by applying a charge between the gate electrode and the organic charge transporting material, the organic charge transporting property The field effect transistor which controls the electric current in material, This organic charge transport material is the organic thin-film transistor material of any one of Claims 1-3, The field effect transistor characterized by the above-mentioned.

(請求項6)
請求項4に記載の有機薄膜トランジスタまたは請求項5に記載の電界効果トランジスタを用いることを特徴とするスイッチング素子。
(Claim 6)
A switching element comprising the organic thin film transistor according to claim 4 or the field effect transistor according to claim 5.

本発明によって、薄膜トランジスタ用途に有用な有機TFT材料が設計でき、得られた有機TFT材料を用いて、キャリア移動度が高く、且つ高耐久性を併せ持つ有機TFTを提供することができ、更には該有機TFTを用いた電界効果トランジスタ、該有機TFTまたは該電界効果トランジスタを有するスイッチング素子を提供することができた。   According to the present invention, an organic TFT material useful for a thin film transistor application can be designed, and an organic TFT having high carrier mobility and high durability can be provided by using the obtained organic TFT material. A field effect transistor using an organic TFT, a switching element having the organic TFT or the field effect transistor could be provided.

有機半導体材料としてはペンタセンがよく知られて入るが、ペンタセンは不溶性のため従来は蒸着によってしか膜を形成できず、塗布膜を作製することは難しい。無置換6Tに代表されるような置換基を持たないチオフェンオリゴマーは分子間でπスタックを形成しやすいが、不溶性であり、ペンタセンのように蒸着によってしか膜を形成できない問題点があった。また、末端チオフェンの5位の活性が高いため、材料及び塗膜の経時安定性に問題があった。   Pentacene is well known as an organic semiconductor material, but since pentacene is insoluble, a film can be conventionally formed only by vapor deposition, and it is difficult to produce a coating film. A thiophene oligomer having no substituent as represented by unsubstituted 6T easily forms a π stack between molecules, but is insoluble, and has a problem that a film can be formed only by vapor deposition like pentacene. Further, since the activity at the 5-position of the terminal thiophene is high, there was a problem in the temporal stability of the material and the coating film.

一方で、PHTに代表されるチオフェンポリマーのような塗布可能な材料が提案されているが、分子量分布を持つポリマーでは塗布膜を形成した場合πスタックの形成が部分的であり、分子配列が乱れている部分が多く、満足できるTFT性能を得るには不充分であった。   On the other hand, materials that can be applied such as thiophene polymers represented by PHT have been proposed. However, in the case of polymers having a molecular weight distribution, the formation of a coating film causes partial formation of π stacks, which disrupts molecular alignment. There were many portions that were insufficient to obtain satisfactory TFT performance.

本発明に係る4位及び5位に置換基を有するチオフェン環を両末端に有し、それぞれがその2位で複素芳香環を含む共役系をもって結合する化合物を使用すると、以下の点で改良ができ、理想的なTFT特性を有する有機TFT材料の提供が可能となる。   When a compound having a thiophene ring having substituents at the 4-position and 5-position according to the present invention at both ends and bonded with a conjugated system each containing a heteroaromatic ring at the 2-position is improved in the following points: Therefore, it is possible to provide an organic TFT material having ideal TFT characteristics.

1)置換基を導入することにより、溶解性が向上する。   1) The solubility is improved by introducing a substituent.

2)活性な末端チオフェン環の5位を置換基でキャッピングすることにより不活性化し、材料及び塗布膜の経時安定性が向上する。   2) Inactivation by capping the 5-position of the active terminal thiophene ring with a substituent improves the temporal stability of the material and the coating film.

本発明に係る4位及び5位に置換基を有するチオフェン環を両末端に有し、それぞれがその2位で複素芳香環を含む共役系をもって結合する化合物について説明する。ここで4位及び5位の置換基としては、例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、芳香族複素環基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジル基、ピリミジル基、ピラジル基、トリアジル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、キナゾリル基、フタラジル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシル基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシル基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)等が挙げられる。   The compound which has a thiophene ring having substituents at the 4-position and 5-position at both ends according to the present invention and is bonded with a conjugated system each containing a heteroaromatic ring at the 2-position will be described. Here, examples of the substituent at the 4-position and 5-position include an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group). Group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), cycloalkyl group (eg, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), alkenyl group (eg, vinyl group, allyl group, etc.), alkynyl group (eg, ethynyl group, propargyl group, etc.), Aryl group (for example, phenyl group, p-chlorophenyl group, mesityl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group, azulenyl group, acenaphthenyl group, fluorenyl group, phenanthryl group, indenyl group, pyrenyl group, biphenylyl group, etc.) , Aromatic heterocyclic group (for example, furyl group, thienyl group) Pyridyl group, pyridazyl group, pyrimidyl group, pyrazyl group, triazyl group, imidazolyl group, pyrazolyl group, thiazolyl group, benzoimidazolyl group, benzoxazolyl group, quinazolyl group, phthalazyl group, etc.), heterocyclic group (for example, pyrrolidyl group, Imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.), alkoxyl group (for example, methoxy group, ethoxy group, propyloxy group, pentyloxy group, hexyloxy group, octyloxy group, dodecyloxy group, etc.), cycloalkoxyl group (for example, Cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, etc.), aryloxy group (eg, phenoxy group, naphthyloxy group, etc.), alkylthio group (eg, methylthio group, ethylthio group, propylthio group, pentylthio group, hexylthio group, octyl) Thio group, dodecylthio group etc.), cycloalkylthio group (eg cyclopentylthio group, cyclohexylthio group etc.), arylthio group (eg phenylthio group, naphthylthio group etc.), alkoxycarbonyl group (eg methyloxycarbonyl group, ethyloxy) Carbonyl group, butyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl group (eg, phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group, etc.), sulfamoyl group (eg, aminosulfonyl group, methylamino) Sulfonyl, dimethylaminosulfonyl, butylaminosulfonyl, hexylaminosulfonyl, cyclohexylaminosulfonyl, octylaminosulfonyl, dodecylaminosulfonyl Phonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylaminosulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group, cyclohexylcarbonyl group, octylcarbonyl group, 2 -Ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group, etc.), acyloxy group (for example, acetyloxy group, ethylcarbonyloxy group, butylcarbonyloxy group, octylcarbonyloxy group, dodecylcarbonyloxy group) Group, phenylcarbonyloxy group, etc.), amide group (for example, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, dimethylcarbonylamino group, propylcarbonyl) Amino group, pentylcarbonylamino group, cyclohexylcarbonylamino group, 2-ethylhexylcarbonylamino group, octylcarbonylamino group, dodecylcarbonylamino group, phenylcarbonylamino group, naphthylcarbonylamino group, etc.), carbamoyl group (for example, aminocarbonyl group) , Methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentylaminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, naphthylamino Carbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), ureido group (for example, methylureido group, ethylureido group, pentyl) Raid group, cyclohexylureido group, octylureido group, dodecylureido group, phenylureido group, naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), sulfinyl group (for example, methylsulfinyl group, ethylsulfinyl group, butylsulfinyl group, cyclohexylsulfinyl group) Group, 2-ethylhexylsulfinyl group, dodecylsulfinyl group, phenylsulfinyl group, naphthylsulfinyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkylsulfonyl group (for example, methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, 2-ethylhexylsulfonyl group, dodecylsulfonyl group, etc.), arylsulfonyl group (for example, phenylsulfonyl group, naphthylsulfonyl group, 2-pyridyl group) Diylsulfonyl group, etc.), amino group (for example, amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group, anilino group, naphthylamino group, 2-pyridylamino group) Group), halogen atom (eg fluorine atom, chlorine atom, bromine atom etc.), fluorinated hydrocarbon group (eg fluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, pentafluorophenyl group etc.), cyano Group, silyl group (for example, trimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, triphenylsilyl group, phenyldiethylsilyl group, etc.).

これらの置換基は上記の置換基によって更に置換されていても、複数が互いに結合して環を形成していてもよい。中でも好ましい置換基はアルキル基であり、更に好ましくは炭素原子数が2〜20のアルキル基であり、特に好ましくは炭素原子数6〜12のアルキル基である。   These substituents may be further substituted with the above substituents, or a plurality thereof may be bonded to each other to form a ring. Among them, a preferable substituent is an alkyl group, more preferably an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, and particularly preferably an alkyl group having 6 to 12 carbon atoms.

また共役系とは多重結合と単結合が交互に結合したものであり、本発明においてはチオフェン環、フラン環等の複素芳香環がその共役系が含まれる。該複素芳香環は上記4、5位の置換基として説明した置換基で置換されていてもよい。本発明においては、複素芳香環としてはチオフェン環が好ましく、更にはチオフェン環の数が8以上20以下であることがより好ましい。   The conjugated system is one in which multiple bonds and single bonds are alternately bonded. In the present invention, a conjugated system includes a heteroaromatic ring such as a thiophene ring or a furan ring. The heteroaromatic ring may be substituted with the substituent described as the substituent at the 4- and 5-positions. In the present invention, the heteroaromatic ring is preferably a thiophene ring, and more preferably 8 or more and 20 or less.

以下、本発明に係る4位及び5位に置換基を有するチオフェン環を両末端に有し、それぞれがその2位で複素芳香環を含む共役系をもって結合する化合物の具体例を示すが、本発明これらに限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the compound according to the present invention having a thiophene ring having substituents at the 4-position and 5-position at both ends, each bonded with a conjugated system containing a heteroaromatic ring at the 2-position will be shown. The invention is not limited to these.

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《有機TFT、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子》
本発明の有機TFT、電界効果トランジスタ及びそれらを用いるスイッチング素子について説明する。ここで、スイッチング素子は、その使用形態により、有機TFT素子といわれることもあり、また、電界効果トランジスタ素子と呼ばれることがある。
<< Organic TFT, field effect transistor and switching element >>
The organic TFT, the field effect transistor and the switching element using them according to the present invention will be described. Here, the switching element is sometimes referred to as an organic TFT element depending on its usage, and is sometimes referred to as a field effect transistor element.

本発明の有機TFT材料は、有機TFTや電界効果トランジスタのチャネル層に用いられることにより、良好に駆動するスイッチング素子(トランジスタ装置ともいう)を提供することができる。有機TFTは、支持体上にチャネルとして有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。   The organic TFT material of the present invention can be used for a channel layer of an organic TFT or a field effect transistor, thereby providing a switching element (also referred to as a transistor device) that is driven satisfactorily. The organic TFT has a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel as a channel on a support, a top gate type having a gate electrode through a gate insulating layer thereon, and a gate on the support first. A bottom-gate type having an electrode and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel through a gate insulating layer.

本発明に係る4位及び5位に置換基を有するチオフェン環を両末端に有し、それぞれがその2位で複素芳香環を含む共役系をもって結合する化合物を有機TFTまたは電界効果トランジスタを用いたスイッチング素子のチャネル(チャネル層ともいう)に設置するには、真空蒸着により基板上に設置することもできるが、適切な溶剤に溶解し必要に応じ添加剤を加えて調製した溶液をキャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法、アブレーション法等によって基板上に設置するのが好ましい。   An organic TFT or a field effect transistor was used as a compound according to the present invention having a thiophene ring having substituents at the 4-position and 5-position at both ends, and binding each with a conjugated system containing a heteroaromatic ring at the 2-position. To install in the channel of the switching element (also referred to as channel layer), it can be installed on the substrate by vacuum deposition, but it is cast-coated with a solution prepared by dissolving in an appropriate solvent and adding additives as necessary. It is preferable to install on the substrate by spin coating, printing, inkjet method, ablation method or the like.

この場合、本発明の有機TFT材料を溶解する溶剤は、該有機TFT材料を溶解して適切な濃度の溶液が調製できるものであれば格別の制限はないが、具体的にはジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフランやジオキサンなどの環状エーテル系溶媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、m−クレゾール等の芳香族系溶媒、N−メチルピロリドン、2硫化炭素、シクロヘキサン等のシクロアルカン系溶媒等を挙げることができる。   In this case, the solvent for dissolving the organic TFT material of the present invention is not particularly limited as long as the organic TFT material can be dissolved to prepare a solution having an appropriate concentration. Specifically, diethyl ether or diisopropyl is used. Chain ether solvents such as ether, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, alkyl halide solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, toluene, o-dichlorobenzene, Aromatic solvents such as nitrobenzene and m-cresol, cycloalkane solvents such as N-methylpyrrolidone, carbon disulfide, and cyclohexane can be used.

本発明において、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられるが、特に白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITOおよび炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。   In the present invention, the material for forming the source electrode, the drain electrode and the gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium , Palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon Paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesi Copper / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, lithium / aluminum mixture, etc., but especially platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO And carbon are preferred. Alternatively, known conductive polymers whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, and the like are also preferably used. Among them, those having low electrical resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable.

電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。   As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, using a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, a metal foil such as aluminum or copper There is a method of etching using a resist by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。   Various insulating films can be used as the gate insulating layer, and an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.

上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。   Examples of the method for forming the film include a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, and a spray process. Wet processes such as coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, casting methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, and other wet processes such as printing and ink jet patterning methods, etc. Can be used depending on the material.

ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。   The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used. Among these, the atmospheric pressure plasma method and the sol-gel method are preferable.

大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平11−61406号公報、同11−133205号公報、特開2000−121804号公報、同2000−147209号公報、同2000−185362号公報等に記載されている(以下、大気圧プラズマ法とも称する)。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。   The method for forming an insulating film by plasma film formation under atmospheric pressure is a process in which a reactive gas is discharged under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure to excite reactive gas to form a thin film on a substrate. The method is described in JP-A-11-61406, JP-A-11-133205, JP-A-2000-121804, JP-A-2000-147209, JP-A-2000-185362 (hereinafter referred to as atmospheric pressure). Also called plasma method). Accordingly, a highly functional thin film can be formed with high productivity.

また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは100nm〜1μmである。   In addition, as the organic compound film, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization type, photo cation polymerization type photo curable resin, or a copolymer containing an acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resin, Also, cyanoethyl pullulan or the like can be used. As the method for forming the organic compound film, the wet process is preferable. An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.

また、支持体はガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。   Moreover, a support body is comprised with glass or a flexible resin-made sheet | seat, for example, a plastic film can be used as a sheet | seat. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC). And a film made of cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), or the like. Thus, by using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.

以下に、本発明の有機TFT材料を用いて形成された有機薄膜を用いた有機TFT(電界効果トランジスタも同様である)について説明する。   Hereinafter, an organic TFT using an organic thin film formed using the organic TFT material of the present invention (the same applies to a field effect transistor) will be described.

図1は、本発明に係る有機TFTの構成例を示す図である。同図(a)は、支持体6上に金属箔等によりソース電極2、ドレイン電極3を形成し、両電極間に本発明の有機薄膜トランジスタ材料からなる有機半導体層1を形成し、その上に絶縁層5を形成し、更にその上にゲート電極4を形成して電界効果トランジスタを形成したものである。同図(b)は、有機半導体層1を、(a)では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極及び支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。(c)は、支持体6上に先ずコート法等を用いて、有機半導体層1を形成し、その後ソース電極2、ドレイン電極3、絶縁層5、ゲート電極4を形成したものを表す。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an organic TFT according to the present invention. In FIG. 2A, a source electrode 2 and a drain electrode 3 are formed on a support 6 by a metal foil or the like, an organic semiconductor layer 1 made of the organic thin film transistor material of the present invention is formed between the two electrodes, and on that, An insulating layer 5 is formed, and a gate electrode 4 is further formed thereon to form a field effect transistor. FIG. 2B shows the organic semiconductor layer 1 formed between the electrodes in FIG. 1A so as to cover the entire surface of the electrode and the support using a coating method or the like. (C) shows that the organic semiconductor layer 1 is first formed on the support 6 by using a coating method or the like, and then the source electrode 2, the drain electrode 3, the insulating layer 5, and the gate electrode 4 are formed.

同図(d)は、支持体6上にゲート電極4を金属箔等で形成した後、絶縁層5を形成し、その上に金属箔等で、ソース電極2及びドレイン電極3を形成し、該電極間に本発明の有機薄膜トランジスタ材料により形成された有機半導体層1を形成する。その他同図(e)、(f)に示すような構成を取ることもできる。   In FIG. 4D, after forming the gate electrode 4 on the support 6 with a metal foil or the like, the insulating layer 5 is formed, and the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed on the metal foil or the like on the insulating layer 5. An organic semiconductor layer 1 made of the organic thin film transistor material of the present invention is formed between the electrodes. In addition, the configuration as shown in FIGS.

図2は、有機TFTシートの概略等価回路図の1例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic equivalent circuit diagram of an organic TFT sheet.

有機TFTシート10はマトリクス配置された多数の有機TFT11を有する。7は各TFT11のゲートバスラインであり、8は各TFT11のソースバスラインである。各TFT11のソース電極には、出力素子12が接続され、この出力12は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。13は蓄積コンデンサ、14は垂直駆動回路、15は水平駆動回路である。   The organic TFT sheet 10 has a large number of organic TFTs 11 arranged in a matrix. 7 is a gate bus line of each TFT 11, and 8 is a source bus line of each TFT 11. An output element 12 is connected to the source electrode of each TFT 11, and this output 12 is, for example, a liquid crystal, an electrophoretic element or the like, and constitutes a pixel in the display device. The pixel electrode may be used as an input electrode of the photosensor. In the illustrated example, a liquid crystal as an output element is shown by an equivalent circuit composed of a resistor and a capacitor. 13 is a storage capacitor, 14 is a vertical drive circuit, and 15 is a horizontal drive circuit.

以下実施例により本発明を説明するが、本発明の実施態様についてはこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. However, embodiments of the present invention are not limited to these examples.

実施例1
(例示化合物1の合成)
Example 1
(Synthesis of Exemplified Compound 1)

Figure 2006040934
Figure 2006040934

(中間体1の合成)窒素雰囲気下、ジエチルエーテル100mlに2,3−ジブロモチオフェン30g、ジクロロ[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケル(II)1.3gを加え攪拌し、ヘキシルマグネシウムブロミド(2Mヘキサン溶液)150mlを滴下した。2時間還流した後、反応混合物を水、飽和食塩水で洗い、硫酸マグネシウムを通して乾燥させた。溶媒を留去した後、カラムクロマトグラフィーにより中間体1を20g得た(収率65%)。   (Synthesis of Intermediate 1) Under a nitrogen atmosphere, 30 g of 2,3-dibromothiophene and 1.3 g of dichloro [1,3-bis (diphenylphosphino) propane] nickel (II) were added to 100 ml of diethyl ether and stirred to hexyl. 150 ml of magnesium bromide (2M hexane solution) was added dropwise. After refluxing for 2 hours, the reaction mixture was washed with water and saturated brine, and dried over magnesium sulfate. After the solvent was distilled off, 20 g of Intermediate 1 was obtained by column chromatography (yield 65%).

(中間体2の合成)得られた中間体1、20gをジクロロエタン100mlと酢酸100mlの混合溶媒に溶解させ、氷冷下ブロモスクシンイミド15.5gを分割して加えた。1時間攪拌後、更に室温で2時間攪拌し、得られた反応混合物を5%水酸化カリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗った。溶媒を留去した後、カラムクロマトグラフィーにて目的物を単離し、中間体2を21.2g得た(収率81%)。   (Synthesis of Intermediate 2) 20 g of the obtained Intermediate 1 was dissolved in a mixed solvent of 100 ml of dichloroethane and 100 ml of acetic acid, and 15.5 g of bromosuccinimide was added in portions while cooling with ice. After stirring for 1 hour, the mixture was further stirred at room temperature for 2 hours, and the resulting reaction mixture was washed with 5% aqueous potassium hydroxide solution, water and saturated brine. After the solvent was distilled off, the target product was isolated by column chromatography to obtain 21.2 g of Intermediate 2 (yield 81%).

(中間体3の合成)窒素雰囲気下、中間体2、21.2gをTHF60mlに溶解させ、得られた溶液をマグネシウム5.4gを懸濁させたTHF100ml中にゆっくりと滴下した。滴下終了後、室温で2.5時間攪拌した後、更に50℃で1時間攪拌した。得られた反応混合物を、5,5′−ジブロモ−2,2′−ビチオフェン22.8g、ジクロロ[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]ニッケル(II)0.7gを懸濁させた200mlのTHF溶液中にゆっくりと滴下した。滴下終了後、還流下で18時間攪拌した。得られた反応混合物を水、5%塩酸、飽和食塩水で洗った後、硫酸マグネシウムに通して乾燥した。溶媒を留去した後、カラムクロマトグラフィーにて中間体3を13.6g得た(収率43%)。   (Synthesis of Intermediate 3) Under a nitrogen atmosphere, 21.2 g of Intermediate 2 was dissolved in 60 ml of THF, and the obtained solution was slowly dropped into 100 ml of THF in which 5.4 g of magnesium was suspended. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 2.5 hours, and further stirred at 50 ° C. for 1 hour. The obtained reaction mixture was suspended in 22.8 g of 5,5′-dibromo-2,2′-bithiophene and 0.7 g of dichloro [1,3-bis (diphenylphosphino) propane] nickel (II). The solution was slowly added dropwise to 200 ml of THF solution. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred for 18 hours under reflux. The obtained reaction mixture was washed with water, 5% hydrochloric acid and saturated brine, and then dried over magnesium sulfate. After the solvent was distilled off, 13.6 g of Intermediate 3 was obtained by column chromatography (43% yield).

(中間体4の合成)窒素雰囲気下、中間体3、13.6gをTHF250mlに溶解させ−78℃まで冷却した。冷却下、1.6Mのn−リチウムブロミド/ヘキサン溶液を19mlゆっくりと滴下し、更に2時間攪拌した。次にトリメトキシボロン6.6gを混合物中に滴下し、1時間攪拌した後、更に室温で2時間攪拌した。得られた反応混合物を5%塩酸に加え室温で1時間攪拌した後、水、飽和食塩水で洗った。溶媒を留去し、中間体4を得た。   (Synthesis of Intermediate 4) Under a nitrogen atmosphere, 13.6 g of Intermediate 3 was dissolved in 250 ml of THF and cooled to -78 ° C. Under cooling, 19 ml of 1.6M n-lithium bromide / hexane solution was slowly added dropwise, and the mixture was further stirred for 2 hours. Next, 6.6 g of trimethoxyboron was dropped into the mixture and stirred for 1 hour, and further stirred at room temperature for 2 hours. The obtained reaction mixture was added to 5% hydrochloric acid and stirred at room temperature for 1 hour, and then washed with water and saturated brine. The solvent was distilled off to obtain Intermediate 4.

(例示化合物1の合成)窒素雰囲気下、THF150ml中に上記で得られた中間体4、5,5′−ジブロモ−2,2′−ビチオフェン8.5g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)1.6g、20%炭酸カリウム水溶液30mlを加え、還流下24時間攪拌した。得られた反応混合物を水、飽和食塩水で洗った後、溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィーにより化合物1を7.2g得た(収率28%)。得られた化合物1の純度はHPLCの測定結果より、99%以上であることを確認した。   (Synthesis of Exemplified Compound 1) In a nitrogen atmosphere, 8.5 g of intermediate 4,5,5′-dibromo-2,2′-bithiophene obtained above in 150 ml of THF, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) 1.6 g, 20% aqueous potassium carbonate solution 30 ml was added, and the mixture was stirred under reflux for 24 hours. The obtained reaction mixture was washed with water and saturated brine, and then the solvent was distilled off. Thus, 7.2 g of Compound 1 was obtained by column chromatography (yield 28%). From the HPLC measurement result, it was confirmed that the purity of the obtained compound 1 was 99% or more.

実施例2
ゲート電極としての抵抗率0.01Ω・cmのSiウェハーに、厚さ2000Åの熱酸化膜を形成してゲート絶縁層とした後、オクタデシルトリクロロシランによる表面処理を行った。比較化合物(1)(ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(regioregular、アルドリッチ社製、平均分子量89000、PHT))のクロロホルム溶液をアプリケーターを用いて塗布し、自然乾燥することによりキャスト膜(厚さ50nm)を形成して、窒素雰囲気下で50℃、30分間の熱処理を施した。更に、この膜の表面にマスクを用いて金を蒸着してソースおよびドレイン電極を形成した。ソースおよびドレイン電極は幅100μm、厚さ200nmで、チャネル幅W=3mm、チャネル長L=20μmの有機薄膜トランジスタ素子1を作製した。
Example 2
A silicon oxide having a resistivity of 0.01 Ω · cm as a gate electrode was formed with a thermal oxide film having a thickness of 2000 mm to form a gate insulating layer, and then surface treatment with octadecyltrichlorosilane was performed. A chloroform solution of the comparative compound (1) (poly (3-hexylthiophene) (regioregular, Aldrich, average molecular weight 89000, PHT)) was applied using an applicator and dried naturally to give a cast film (thickness 50 nm) And was heat-treated at 50 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Furthermore, gold was deposited on the surface of this film using a mask to form source and drain electrodes. An organic thin film transistor element 1 having a width of 100 μm, a thickness of 200 nm, a channel width W = 3 mm, and a channel length L = 20 μm was prepared.

比較化合物(1)を比較化合物(2)(ペンタセン、アルドリッチ社製市販試薬を昇華精製して用いた)に代えた他は、有機薄膜トランジスタ素子1と同様の方法で、有機薄膜トランジスタ素子2を作製した。   An organic thin film transistor element 2 was produced in the same manner as the organic thin film transistor element 1, except that the comparative compound (1) was replaced with the comparative compound (2) (pentacene, a commercially available reagent manufactured by Aldrich). .

更に、比較化合物(1)を表1に示した本発明に係る例示化合物に代えた他は、有機薄膜トランジスタ素子1と同様の方法で、有機薄膜トランジスタ素子3〜8を作製した。   Further, organic thin film transistor elements 3 to 8 were produced in the same manner as the organic thin film transistor element 1 except that the comparative compound (1) was replaced with the exemplary compounds according to the present invention shown in Table 1.

Figure 2006040934
Figure 2006040934

以上のように作製した有機薄膜トランジスタ素子1〜8は、pチャネルのエンハンスメント型FETの良好な動作特性を示した。更に、有機薄膜トランジスタ素子1〜8について、I−V特性の飽和領域からキャリア移動度を求め、更にON/OFF比(ドレインバイアス−50Vとし、ゲートバイアス−50Vおよび0Vにしたときのドレイン電流値の比率)を求めた。また得られた素子を大気中で1ヶ月放置し、再度キャリア移動度とON/OFF比を求めた。結果を表1に示す。   The organic thin film transistor elements 1 to 8 produced as described above showed good operating characteristics of a p-channel enhancement type FET. Further, for the organic thin film transistor elements 1 to 8, the carrier mobility is obtained from the saturation region of the IV characteristics, and further the ON / OFF ratio (the drain bias is −50V and the drain current value when the gate bias is −50V and 0V). Ratio). The obtained element was left in the atmosphere for one month, and the carrier mobility and the ON / OFF ratio were obtained again. The results are shown in Table 1.

Figure 2006040934
Figure 2006040934

表1の結果より本発明の有機薄膜トランジスタは、トランジスタとしての特性が良好であり、更に経時劣化が抑えられていることが分かった。   From the results shown in Table 1, it was found that the organic thin film transistor of the present invention had good characteristics as a transistor and further suppressed deterioration over time.

本発明の有機TFTの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the organic TFT of this invention. 本発明の有機TFTの概略等価回路図の1例である。It is an example of the schematic equivalent circuit schematic of the organic TFT of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 有機半導体層
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 絶縁層
6 支持体
7 ゲートバスライン
8 ソースバスライン
10 有機TFTシート
11 有機TFT
12 出力素子
13 蓄積コンデンサ
14 垂直駆動回路
15 水平駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic-semiconductor layer 2 Source electrode 3 Drain electrode 4 Gate electrode 5 Insulating layer 6 Support body 7 Gate bus line 8 Source bus line 10 Organic TFT sheet 11 Organic TFT
12 Output element 13 Storage capacitor 14 Vertical drive circuit 15 Horizontal drive circuit

Claims (6)

4位及び5位に置換基を有するチオフェン環を両末端に有し、それぞれがその2位で複素芳香環を含む共役系をもって結合する化合物を含有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ材料。 An organic thin film transistor material comprising a compound having a thiophene ring having substituents at the 4-position and 5-position at both ends, each bonded with a conjugated system containing a heteroaromatic ring at the 2-position. 前記複素芳香環がチオフェン環であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ材料。 The organic thin film transistor material according to claim 1, wherein the heteroaromatic ring is a thiophene ring. 前記チオフェン環の数が8以上20以下であることを特徴とする請求項2に記載の有機薄膜トランジスタ材料。 The organic thin film transistor material according to claim 2, wherein the number of the thiophene rings is 8 or more and 20 or less. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料をチャネル層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。 The organic thin-film transistor material of any one of Claims 1-3 is used for a channel layer, The organic thin-film transistor characterized by the above-mentioned. 有機電荷輸送性材料と、該有機電荷輸送性材料に直接または間接に接するゲート電極から構成され、該ゲート電極及び前記有機電荷輸送性材料の間に電荷を印加することで、前記有機電荷輸送性材料中の電流を制御する電界効果トランジスタにおいて、該有機電荷輸送性材料が請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 An organic charge transporting material and a gate electrode directly or indirectly in contact with the organic charge transporting material, and by applying a charge between the gate electrode and the organic charge transporting material, the organic charge transporting property The field effect transistor which controls the electric current in material, This organic charge transport material is the organic thin-film transistor material of any one of Claims 1-3, The field effect transistor characterized by the above-mentioned. 請求項4に記載の有機薄膜トランジスタまたは請求項5に記載の電界効果トランジスタを用いることを特徴とするスイッチング素子。 A switching element comprising the organic thin film transistor according to claim 4 or the field effect transistor according to claim 5.
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