JP2006114701A - Organic semiconductor material and electronic device using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、FET特性を有する有機半導体材料およびこれを用いた電子デバイスに関するものであり、特に主鎖にチオフェンとケイ素原子とを含む繰り返し単位からなるポリマーまたはオリゴマーからなる有機半導体材料およびこれを用いた電子デバイスに関するものである。 The present invention relates to an organic semiconductor material having FET characteristics and an electronic device using the same, and in particular, an organic semiconductor material composed of a polymer or oligomer composed of a repeating unit containing thiophene and a silicon atom in the main chain, and the use thereof The electronic device.
従来から、電界効果トランジスタ(FET:field-effect transistor)は、半導体層としてシリコン(Si)などの無機半導体材料を用いたものが広く用いられているが、近年有機半導体材料を用いる電界効果トランジスタが盛んに研究されている。 Conventionally, field-effect transistors (FETs) using an inorganic semiconductor material such as silicon (Si) as a semiconductor layer have been widely used. Recently, however, field-effect transistors using organic semiconductor materials have been used. It has been actively studied.
電界効果トランジスタの半導体層として有機半導体材料を用いることの利点は、無機半導体材料を用いる場合と比較して、低温でのプロセスが可能であることから、基板としてプラスチック基板を用いることができ、軽量で柔軟性を有するデバイスの提供が可能になることである。また、液相での半導体膜の形成が可能な有機半導体材料を用いれば、半導体層の形成のために、蒸着やCVD等、真空下での複雑なプロセスを必要としないので、電界効果トランジスタの製造コストを抑えることができる。さらに、塗布や印刷法を用いる工程は大面積デバイスの製造に適している。 The advantage of using an organic semiconductor material as a semiconductor layer of a field effect transistor is that a process can be performed at a low temperature compared to the case of using an inorganic semiconductor material. It is possible to provide a device having flexibility. In addition, if an organic semiconductor material capable of forming a semiconductor film in a liquid phase is used, a complicated process under vacuum such as vapor deposition or CVD is not required for forming a semiconductor layer. Manufacturing cost can be reduced. Furthermore, the process using coating or printing is suitable for manufacturing a large area device.
かかる有機半導体材料としては、例えばポリ(3−アルキルチオフェン)が、比較的高いキャリア移動度(μ)を有し、かつ溶媒に対し溶解性を有するものとして報告されている(例えば、非特許文献1参照。)
一方、本発明者らは、チオフェンと、ケイ素原子とを主鎖に含むケイ素系高分子の合成法を開発して、光導電性、EL素子中でのホール輸送性について報告している。(例えば、非特許文献2、特許文献1、2参照。)。
On the other hand, the present inventors have developed a method for synthesizing a silicon-based polymer containing thiophene and a silicon atom in the main chain, and have reported on photoconductivity and hole transportability in an EL device. (For example, refer
しかしながら、チオフェンとケイ素原子とを主鎖に含むケイ素系高分子についてのこれまでの検討は、光伝導性に限られ、電界効果トランジスタへの応用の検討はなされていない。主鎖にチオフェンとケイ素原子とを含むケイ素系高分子は、主鎖にケイ素原子を含むことにより、合成が容易になり、また溶媒に対する溶解性が向上する。さらにケイ素原子がπ電子系と相互作用することにより、ホール輸送性を向上させることが予想される。したがってケイ素系高分子を、電界効果トランジスタのような電子デバイスに応用することができれば、非常に有用な有機半導体材料となる。 However, studies on silicon polymers containing thiophene and silicon atoms in the main chain have been limited to photoconductivity, and application to field effect transistors has not been studied. A silicon-based polymer containing a thiophene and a silicon atom in the main chain can be easily synthesized and improved in solubility in a solvent by containing a silicon atom in the main chain. Furthermore, it is expected that the hole transportability is improved by the interaction of silicon atoms with the π-electron system. Therefore, if a silicon-based polymer can be applied to an electronic device such as a field effect transistor, it becomes a very useful organic semiconductor material.
また、有機半導体材料は無機半導体材料にはない上述したような利点を有している。しかし、上述したような有機半導体材料の利点が十分に生かされるためには、液相からの半導体層(半導体膜)の形成が可能であるように溶媒への溶解性を有し、かつ、高いキャリア移動度とオンオフ比とを示す有機半導体材料が望まれる。しかし、比較的高いキャリア移動度とオンオフ比を示す有機半導体材料は、真空蒸着を必要とするものが多く、比較的よいFET特性を示し、且つ、液相からの半導体層の形成が可能な有機半導体材料は限られている。 In addition, the organic semiconductor material has the advantages described above that are not found in the inorganic semiconductor material. However, in order to make full use of the advantages of the organic semiconductor material as described above, the semiconductor layer (semiconductor film) from the liquid phase has solubility in a solvent so that it can be formed, and is high. An organic semiconductor material exhibiting carrier mobility and on / off ratio is desired. However, many organic semiconductor materials that exhibit relatively high carrier mobility and on / off ratio require vacuum deposition, exhibit relatively good FET characteristics, and are capable of forming a semiconductor layer from a liquid phase. Semiconductor materials are limited.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、主鎖にチオフェンとケイ素原子とを含むポリマーまたはオリゴマーであって、液相での半導体層の形成が可能であるように溶媒への溶解性を有し、かつ、比較的高いキャリア移動度とオンオフ比とを示すポリマーまたはオリゴマーからなる有機半導体材料およびこれを用いた電子デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a polymer or oligomer containing thiophene and silicon atoms in the main chain, which can form a semiconductor layer in a liquid phase. Thus, an organic semiconductor material composed of a polymer or an oligomer having solubility in a solvent and having a relatively high carrier mobility and on / off ratio, and an electronic device using the same are provided.
本発明者らは、以上のような課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、主鎖にチオフェンとケイ素原子とを有する特定のポリマーまたはオリゴマーがFET特性を示すとともに、ケイ素原子やチオフェンの置換基を工夫することによって、溶媒に対する溶解性もよく、有機半導体材料として有用であることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a specific polymer or oligomer having thiophene and silicon atoms in the main chain exhibits FET characteristics, and substitution of silicon atoms or thiophenes. By devising the group, it has been found that it has good solubility in a solvent and is useful as an organic semiconductor material, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明に係る有機半導体材料は、上記課題を解決するために、一般式(1)または(2) That is, the organic semiconductor material according to the present invention has the general formula (1) or (2) to solve the above problems.
((1)および(2)中、R1およびR2はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示し、R3、R4、R5およびR6はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示し、nは2以上の整数を示し、Xは5以上の整数を示す。)で表される構造を有するポリマーまたはオリゴマーからなることを特徴としている。また、本発明にかかる有機半導体材料は、上記ポリマーまたはオリゴマーのキャリア移動度(μ)が、1×10-6cm2/Vs以上であり、且つ、オンオフ比が10以上であることが好ましい。 (In (1) and (2), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group, and R 3 , R 4 , R 5 and R 6 independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group, n represents an integer of 2 or more, and X represents an integer of 5 or more. It is characterized by comprising a polymer or oligomer having a structure. In the organic semiconductor material according to the present invention, the polymer or oligomer preferably has a carrier mobility (μ) of 1 × 10 −6 cm 2 / Vs or more and an on / off ratio of 10 or more.
上記の構成によれば、上記有機半導体材料は電界効果トランジスタに応用することが可能であり、有機半導体材料の利点を生かした電界効果トランジスタを提供することができる。 According to said structure, the said organic-semiconductor material can be applied to a field effect transistor, and the field-effect transistor which utilized the advantage of organic-semiconductor material can be provided.
本発明に係る電界効果トランジスタ用の有機半導体材料では、上記Xが10〜14であることが好ましい。 In the organic semiconductor material for a field effect transistor according to the present invention, X is preferably 10-14.
上記Xが10〜14であることにより、上記有機半導体材料はさらに高いFET特性を示すという効果を奏する。また、チオフェンユニットをX=14よりさらに長くすることによるFET特性向上の効果は小さくなるため、チオフェンユニットをさらに長くする必要がなくなり、モノマーの合成を簡単且つ迅速に行なうことができる。 When X is 10 to 14, the organic semiconductor material has an effect of exhibiting higher FET characteristics. Further, since the effect of improving the FET characteristics by making the thiophene unit longer than X = 14 becomes small, it is not necessary to make the thiophene unit longer, and the monomer can be synthesized easily and quickly.
本発明に係る電界効果トランジスタ用の有機半導体材料では、上記一般式(1)および(2)中、R3、R4、R5およびR6は、それぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシル基、炭素数1〜8のアルケニル基、炭素数1〜8のアルキニル基、または炭素数6〜10のアリール基であることが好ましい。 In the organic semiconductor material for a field effect transistor according to the present invention, in the general formulas (1) and (2), R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each independently an alkyl having 1 to 8 carbon atoms. It is preferably a group, an alkoxyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkynyl group having 1 to 8 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms.
上記の構成によれば、上記有機半導体は有機溶媒に対する溶解性を有するため、電界効果トランジスタへの応用にあたり、例えばスピンコート、溶液キャスティング等の液相での工程が可能となる。 According to said structure, since the said organic semiconductor has the solubility with respect to an organic solvent, when applying to a field effect transistor, the process in liquid phases, such as a spin coat and a solution casting, becomes possible.
本発明に係る電界効果トランジスタ用の有機半導体材料では、上記有機半導体は、上記一般式(1)および(2)中、nが2〜1000であることが好ましい。 In the organic semiconductor material for a field effect transistor according to the present invention, the organic semiconductor preferably has n of 2 to 1000 in the general formulas (1) and (2).
上記の構成によれば、上記有機半導体はFET特性を示すという効果を奏する。 According to said structure, there exists an effect that the said organic semiconductor shows FET characteristic.
本発明にかかる電子デバイスは、半導体層と2以上の電極とを有する電子デバイスにおいて、該半導体層が、上記の有機半導体材料を含むことを特徴としている。また、上記電子デバイスは、スイッチング素子であることが好ましく、電界効果トランジスタであることがより好ましい。 An electronic device according to the present invention is an electronic device having a semiconductor layer and two or more electrodes, wherein the semiconductor layer includes the organic semiconductor material described above. The electronic device is preferably a switching element, and more preferably a field effect transistor.
また、本発明にかかる電界効果トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間に配置されるチャネルと、該チャネルに直接または間接に接するゲート電極とから構成され、該ゲート電極に印加する電圧を変化させることによってソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を制御する電界効果トランジスタにおいて、該チャネルを構成する半導体層が上記の有機半導体材料を含むことを特徴としている。 A field effect transistor according to the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a channel disposed between the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode directly or indirectly in contact with the channel. In a field effect transistor that controls a current flowing between a source electrode and a drain electrode by changing a voltage applied to the gate electrode, a semiconductor layer constituting the channel includes the organic semiconductor material described above. Yes.
上記の構成によれば、本発明にかかる電子デバイス、好ましくはスイッチング素子、さらに好ましくは電界効果トランジスタは、柔軟性、プラスチックとの適合性、製造コストの抑制等有機半導体材料を用いることによる利点を有することが可能となる。 According to said structure, the electronic device concerning this invention, Preferably a switching element, More preferably, a field effect transistor has the advantage by using organic-semiconductor material, such as flexibility, compatibility with a plastics, suppression of manufacturing cost. It becomes possible to have.
本発明にかかる有機半導体材料は、以上のように、一般式(1)または(2)で表される構造を有するポリマーまたはオリゴマーである構成を備えているので、FET特性を有し、電解効果トランジスタのような電子デバイスに用いることができる。 As described above, the organic semiconductor material according to the present invention has a configuration that is a polymer or an oligomer having a structure represented by the general formula (1) or (2), and thus has FET characteristics and an electrolytic effect. It can be used for an electronic device such as a transistor.
また、本発明にかかる電子デバイスは、半導体層と2以上の電極とを有する電子デバイスにおいて、該半導体層が、上記の有機半導体材料を含む構成を備えているので、軽量で柔軟性を有し、衝撃にも強い電子デバイスの提供、液相での半導体層の形成による製造コストの抑制・大面積デバイスへの適用等有機半導体材料の利点を生かしたデバイスを提供することが可能となる。 In addition, an electronic device according to the present invention is an electronic device having a semiconductor layer and two or more electrodes, and since the semiconductor layer has a configuration including the organic semiconductor material described above, it is lightweight and flexible. In addition, it is possible to provide a device that takes advantage of organic semiconductor materials such as provision of an electronic device that is resistant to impact, suppression of manufacturing cost by forming a semiconductor layer in a liquid phase, and application to a large area device.
本発明の一実施形態について図1ないし図2に基づいて説明すると以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
(I)本発明にかかる有機半導体材料
本発明にかかる有機半導体材料は、一般式(1)または(2)
(I) Organic semiconductor material according to the present invention The organic semiconductor material according to the present invention has a general formula (1) or (2)
で表される構造を有するポリマーまたはオリゴマーであれば特に限定されるものではない。 If it is a polymer or an oligomer which has a structure represented by this, it will not specifically limit.
一般式(1)および(2)中、R1およびR2はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示す。すなわち、チエニレン基の3位と4位とは無置換であってもよいし、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基で置換されていてもよい。また、チエニレン基がX個結合したチエニレン鎖において、個々のチエニレン基のR1およびR2は、チエニレン基毎に異なっていてもよい。また、置換されている水素原子の割合は特に限定されるものではない。例えば、チエニレン基の3位と4位の水素原子は、チエニレン基0.5個〜10個につき1個の水素原子の割合で置換されていることが好ましく、チエニレン基2〜6個につき1個の割合で置換されていることがより好ましい。また、オリゴチエニレン鎖の中で、水素原子が置換されている位置についても特に限定されるものではないが、均等な間隔で置換されていることが好ましい。 In general formulas (1) and (2), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group. That is, the 3-position and 4-position of the thienylene group may be unsubstituted or substituted with an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group. In the thienylene chain in which X thienylene groups are bonded, R 1 and R 2 of each thienylene group may be different for each thienylene group. Moreover, the ratio of the substituted hydrogen atom is not particularly limited. For example, the 3-position and 4-position hydrogen atoms of the thienylene group are preferably substituted at a rate of one hydrogen atom per 0.5 to 10 thienylene groups, one per 2 to 6 thienylene groups. More preferably, it is substituted at a ratio of Further, the position where the hydrogen atom is substituted in the oligothienylene chain is not particularly limited, but is preferably substituted at an equal interval.
ここで、上記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基は、炭素数が1〜8の直鎖状または枝分かれ状であることが好ましい。また、上記アルコキシル基は、炭素数が1〜8の直鎖状または枝分かれ状であることが好ましく、上記アリール基は炭素数が6〜10であることが好ましい。これにより、溶媒に対する溶解性を向上することができるとともに、ホール輸送性を向上することができる。 Here, the alkyl group, alkenyl group, and alkynyl group are preferably linear or branched having 1 to 8 carbon atoms. The alkoxyl group is preferably linear or branched having 1 to 8 carbon atoms, and the aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms. Thereby, while being able to improve the solubility with respect to a solvent, hole transport property can be improved.
なお、炭素数1〜8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等を挙げることができるが、炭素数1〜8のアルキル基はもちろんこれらに限定されるものではない。また、炭素数1〜8のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基等を挙げることができるが、炭素数1〜8のアルケニル基はもちろんこれらに限定されるものではない。また、炭素数1〜8のアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基、ヘプチニル基、オクチニル基等を挙げることができるが、炭素数1〜8のアルキニル基はもちろんこれらに限定されるものではない。また、炭素数1〜8のアルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等を挙げることができるが、炭素数1〜8のアルコキシ基はもちろんこれらに限定されるものではない。また、炭素数6〜10のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等を挙げることができるが炭素数6〜10のアリール基はもちろんこれに限定されるものではない。 Examples of the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group and heptyl. Group, octyl group and the like can be mentioned, but the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is of course not limited thereto. Examples of the alkenyl group having 1 to 8 carbon atoms include vinyl group, allyl group, isopropenyl group, butenyl group, pentenyl group, hexenyl group, heptenyl group, octenyl group, etc. Of course, the alkenyl groups of -8 are not limited thereto. Examples of the alkynyl group having 1 to 8 carbon atoms include an ethynyl group, propynyl, butynyl group, pentynyl group, hexynyl group, heptynyl group, octynyl group, etc., and an alkynyl group having 1 to 8 carbon atoms. Of course, it is not limited to these. Examples of the alkoxyl group having 1 to 8 carbon atoms include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, an isobutoxy group, a sec-butoxy group, a tert-butoxy group, a pentyloxy group, and a hexyloxy group. Group, heptyloxy group, octyloxy group and the like can be mentioned. Of course, the alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms is not limited to these. Examples of the aryl group having 6 to 10 carbon atoms include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, and a naphthyl group. Of course, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms is not limited thereto. Absent.
また、一般式(1)中、R3及びR4はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示す。R3及びR4がともに水素原子であっても、上記ポリマーまたはオリゴマーはFET特性を示すが、R3及びR4の少なくとも1つの水素原子が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基であることが好ましい。これにより、一般式(1)で表されるポリマーまたはオリゴマーの溶媒に対する溶解性を向上させることができる。ここで、上記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基は直鎖状であっても、枝分かれ状であってもよく、炭素数が1〜8であることが好ましく、2−8であることがより好ましく、2〜6であることがさらに好ましい。炭素数が8以下であることにより、置換基が大きいために一般式(1)で表されるポリマーまたはオリゴマーのFET特性が低下することを防ぐことができる。また、炭素数は少なすぎると一般式(1)で表されるポリマーまたはオリゴマーの溶媒への溶解性が悪くなるので、2以上であることが好ましいが、周りの置換基の影響を受け、例えばR3及びR4がともに置換されている場合の他方の炭素数が4以上である場合や、置換されているR1、R2の炭素数が大きい場合には、炭素数は1であっても溶媒への溶解性を示す。上記アリール基は、炭素数が6〜10であることが好ましい。炭素数が10以下であることにより、置換基が大きいために一般式(1)で表されるポリマーまたはオリゴマーのFET特性が低下することを防ぐことができる。また、R3及びR4は、直鎖状アルキル基または直鎖状アルコキシル基であることがより好ましく、その炭素数は1〜8であることが好ましく、2〜8であることがより好ましく、2〜6であることがさらに好ましい。 In general formula (1), R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group. Even if R 3 and R 4 are both hydrogen atoms, the polymer or oligomer exhibits FET characteristics, but at least one hydrogen atom of R 3 and R 4 is an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, Or it is preferably an aryl group. Thereby, the solubility with respect to the solvent of the polymer or oligomer represented by General formula (1) can be improved. Here, the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxyl group may be linear or branched, and preferably has 1 to 8 carbon atoms, and 2-8. Is more preferable, and it is further more preferable that it is 2-6. When the number of carbon atoms is 8 or less, it is possible to prevent the FET characteristics of the polymer or oligomer represented by the general formula (1) from being deteriorated because the substituent is large. Moreover, since the solubility to the solvent of the polymer or oligomer represented by General formula (1) will worsen when there are too few carbon numbers, it is preferable that it is 2 or more, but it receives to the influence of the surrounding substituent, for example, When R 3 and R 4 are both substituted, the other carbon number is 4 or more, or when the substituted R 1 and R 2 have a large number of carbon atoms, the carbon number is 1. Also shows solubility in solvents. The aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms. When the number of carbon atoms is 10 or less, it is possible to prevent the FET characteristics of the polymer or oligomer represented by the general formula (1) from being deteriorated because the substituent is large. R 3 and R 4 are more preferably a linear alkyl group or a linear alkoxyl group, preferably having 1 to 8 carbon atoms, more preferably 2 to 8 carbon atoms, More preferably, it is 2-6.
また、一般式(2)中、R3、R4、R5及びR6はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示す。R3、R4、R5及びR6がすべて水素原子であっても、上記ポリマーまたはオリゴマーはFET特性を示すが、各ケイ素原子につき少なくとも1つのケイ素原子結合基が、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基であることが好ましい。これにより、一般式(2)で表されるポリマーまたはオリゴマーの溶媒に対する溶解性を向上させることができる。ここで、上記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基は直鎖状であっても、枝分かれ状であってもよく、炭素数が1〜8であることが好ましく、2−8であることがより好ましく、2〜6であることがさらに好ましい。炭素数が8以下であることにより、置換基が大きいために一般式(2)で表されるポリマーまたはオリゴマーのFET特性が低下することを防ぐことができる。また、炭素数は少なすぎると一般式(2)で表されるポリマーまたはオリゴマーの溶媒への溶解性が悪くなるので、2以上であることが好ましいが、周りの置換基の影響を受け、例えばR3、R4、R5及びR6のうちの複数が置換されている場合の他の炭素数が4以上である場合や、置換されているR1、R2の炭素数が大きい場合には、炭素数は1であっても溶媒への溶解性を示す。上記アリール基は、炭素数が6〜10であることが好ましい。炭素数が10以下であることにより、置換基が大きいために一般式(2)で表されるポリマーまたはオリゴマーのFET特性が低下することを防ぐことができる。また、R3、R4、R5及びR6は、直鎖状アルキル基または直鎖状アルコキシル基であることがより好ましく、その炭素数は1〜8であることが好ましく、2〜8であることがより好ましく、2〜6であることがさらに好ましい。 In the general formula (2), R 3 , R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group or an aryl group. Even though R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are all hydrogen atoms, the polymer or oligomer exhibits FET characteristics, but at least one silicon atom bonding group for each silicon atom is an alkyl group, an alkenyl group, An alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group is preferable. Thereby, the solubility with respect to the solvent of the polymer or oligomer represented by General formula (2) can be improved. Here, the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxyl group may be linear or branched, and preferably has 1 to 8 carbon atoms, and 2-8. Is more preferable, and it is further more preferable that it is 2-6. When the number of carbon atoms is 8 or less, it is possible to prevent the FET characteristics of the polymer or oligomer represented by the general formula (2) from being deteriorated due to a large substituent. Moreover, since the solubility to the solvent of the polymer or oligomer represented by General formula (2) will worsen when there are too few carbon numbers, it is preferable that it is 2 or more, but it receives to the influence of the surrounding substituent, for example, When the carbon number of R 3 , R 4 , R 5, and R 6 is substituted is 4 or more, or when R 1 and R 2 that are substituted have a large number of carbon atoms Shows solubility in a solvent even if the number of carbon atoms is one. The aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms. When the number of carbon atoms is 10 or less, it is possible to prevent the FET characteristics of the polymer or oligomer represented by the general formula (2) from being deteriorated because the substituent is large. R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are more preferably a linear alkyl group or a linear alkoxyl group, and the carbon number is preferably 1 to 8, preferably 2 to 8. More preferably, it is more preferably 2-6.
一般式(1)および(2)中、Xの値は5〜20であることが好ましい。上記ポリマーまたはオリゴマーはこの範囲で良好なFET特性を示す。中でもXは10〜14であることがより好ましく、12〜14であることがさらに好ましい。上記Xが10〜14であることにより、上記有機半導体材料はより高いFET特性を示し、上記Xが12〜14であることにより、上記有機半導体材料はさらに高いFET特性を示すという効果を奏する。また、チオフェン鎖をX=14よりさらに長くすることによるFET特性向上の効果は小さくなるため、チオフェン鎖をさらに長くする必要がなくなり、モノマーの合成を簡単且つ迅速に行なうことができる。 In general formulas (1) and (2), the value of X is preferably 5-20. The polymer or oligomer exhibits good FET characteristics in this range. Among these, X is more preferably 10-14, and further preferably 12-14. When the X is 10 to 14, the organic semiconductor material exhibits higher FET characteristics, and when the X is 12 to 14, the organic semiconductor material exhibits further higher FET characteristics. Further, since the effect of improving the FET characteristics by making the thiophene chain longer than X = 14 is reduced, it is not necessary to make the thiophene chain longer, and the monomer can be synthesized easily and quickly.
以上のように一般式(1)または(2)で表される構造を有するポリマーまたはオリゴマーは、FET特性を有するものである。ここで「FET特性を有する」とは、有意のオンオフ比が測定できることをいう。FET特性は、主に、半導体層のキャリア移動度(μ)と、オンオフ比により決まり、キャリア移動度やオンオフ比が大きいほど、FET特性はよいといえる。上記ポリマーまたはオリゴマーは、キャリア移動度が1×10−6cm2/Vs以上であることが好ましく、1×10−5cm2/Vs以上であることがより好ましい。また、オンオフ比が10以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましく、1000以上であることがさらに好ましい。かかるポリマーまたはオリゴマーからなる有機半導体材料を用いることにより、有機半導体材料の持つ種々の利点を備えた電子デバイスを提供することが可能となる。 As described above, the polymer or oligomer having the structure represented by the general formula (1) or (2) has FET characteristics. Here, “having FET characteristics” means that a significant on / off ratio can be measured. The FET characteristics are mainly determined by the carrier mobility (μ) of the semiconductor layer and the on / off ratio. The larger the carrier mobility and the on / off ratio, the better the FET characteristics. The polymer or oligomer preferably has a carrier mobility of 1 × 10 −6 cm 2 / Vs or more, and more preferably 1 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. The on / off ratio is preferably 10 or more, more preferably 100 or more, and further preferably 1000 or more. By using an organic semiconductor material composed of such a polymer or oligomer, it is possible to provide an electronic device having various advantages of the organic semiconductor material.
また、一般式(1)または(2)で表される構造を有する物質は、比較的分子量の小さいオリゴマーであっても、分子量の大きいポリマーであってもよく、好ましい分子量の範囲は1000〜100000である。従って一般式(1)および(2)中、nの値は、上記分子量に対応する値であればよい。このようにnの値は比較的広い範囲のものであってもよく2〜1000であることが好ましいが、2〜100であることがより好ましく、3〜10であることがさらに好ましい。 Further, the substance having the structure represented by the general formula (1) or (2) may be an oligomer having a relatively small molecular weight or a polymer having a large molecular weight, and a preferable molecular weight range is 1000 to 100,000. It is. Therefore, in the general formulas (1) and (2), the value of n may be a value corresponding to the molecular weight. Thus, the value of n may be in a relatively wide range and is preferably 2 to 1000, more preferably 2 to 100, and still more preferably 3 to 10.
(II)有機半導体材料の製造方法
上記ポリマーまたはオリゴマーからなる本発明にかかる有機半導体の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法により合成することができる。例えば一般式(1)で表される構造を有するポリマーまたはオリゴマーの製造方法としては、具体的な一例として、下記の反応式(3)に示すように、ビス(ハロゲン化チエニル)シラン化合物と、両端トリアルキルスタニルチオフェンまたは両端トリアルキルスタニルオリゴチオフェンとを、触媒の存在下で反応させることにより合成する方法を挙げることができる。
(II) Manufacturing method of organic semiconductor material The manufacturing method of the organic semiconductor concerning this invention which consists of said polymer or oligomer is not specifically limited, It is compoundable by a conventionally well-known method. For example, as a specific example of a method for producing a polymer or oligomer having a structure represented by the general formula (1), as shown in the following reaction formula (3), a bis (halogenated thienyl) silane compound, The method of synthesize | combining by making both ends trialkylstannyl thiophene or both ends trialkylstannyl oligothiophene react in presence of a catalyst can be mentioned.
上記反応式(3)中、R1、R2、R5、R6、R7およびR8はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示す。すなわち、チエニレン基の3位と4位とは無置換であってもよいし、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基で置換されていてもよい。また、置換されている水素原子の割合は特に限定されるものではない。例えば、チエニレン基の3位と4位の水素原子は、チエニレン基0.5個〜10個につき1個の水素原子の割合で置換されていることが好ましく、チエニレン基2〜6個につき1個の割合で置換されていることがより好ましい。また、オリゴチエニレン鎖の中で、水素原子が置換されている位置についても特に限定されるものではないが、均等な間隔で置換されていることが好ましい。 In the above reaction formula (3), R 1 , R 2 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group. . That is, the 3-position and 4-position of the thienylene group may be unsubstituted or substituted with an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group. Moreover, the ratio of the substituted hydrogen atom is not particularly limited. For example, the 3-position and 4-position hydrogen atoms of the thienylene group are preferably substituted at a rate of one hydrogen atom per 0.5 to 10 thienylene groups, one per 2 to 6 thienylene groups. More preferably, it is substituted at a ratio of Further, the position where the hydrogen atom is substituted in the oligothienylene chain is not particularly limited, but is preferably substituted at an equal interval.
ここで、上記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基は、炭素数が1〜8の直鎖状または枝分かれ状であることが好ましい。また、上記アルコキシル基は、炭素数が1〜8の直鎖状または枝分かれ状であることが好ましく、上記アリール基は炭素数が6〜10の直鎖状または枝分かれ状であることが好ましい。 Here, the alkyl group, alkenyl group, and alkynyl group are preferably linear or branched having 1 to 8 carbon atoms. The alkoxyl group is preferably linear or branched having 1 to 8 carbon atoms, and the aryl group is preferably linear or branched having 6 to 10 carbon atoms.
また、反応式(3)中、R3及びR4はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基を示す。R3及びR4がともに水素原子であっても、上記ポリマーまたはオリゴマーはFET特性を示すが、R3及びR4の少なくとも1つが、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、またはアリール基で置換されていることが好ましい。これにより、溶媒に対する溶解性を向上させることができる。ここで、上記アルキル基、アルコキシル基、アルケニル基、アルキニル基は直鎖状であっても、枝分かれ状であってもよく、炭素数が1〜8であることが好ましく、2−8であることがより好ましく、2〜6であることがさらに好ましい。炭素数が8以下であることにより、置換基が大きいために一般式(3)で表されるポリマーまたはオリゴマーのFET特性が低下することを防ぐことができる。また、炭素数は少なすぎると一般式(3)で表されるポリマーまたはオリゴマーの溶媒への溶解性が悪くなるので、2以上であることが好ましいが、周りの置換基の影響を受け、例えばR3及びR4がともに置換されている場合の他方の炭素数が4以上である場合や、置換されているR1、R2、R5、R6、R7及び/又はR8の炭素数が大きい場合には、炭素数は1であっても溶媒への溶解性を示す。上記アリール基は、炭素数が6〜10であることが好ましい。炭素数が10以下であることにより、置換基が大きいために一般式(3)で表されるポリマーまたはオリゴマーのFET特性が低下することを防ぐことができる。また、R3及びR4は、直鎖状アルキル基または直鎖状アルコキシル基であることがより好ましく、その炭素数は1〜8であることが好ましく、2〜8であることがより好ましく、2〜6であることがさらに好ましい。反応式(3)中、aは3〜18であることが好ましく、8〜12であることがより好ましい。 In the reaction formula (3), R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxyl group, or an aryl group. Even if R 3 and R 4 are both hydrogen atoms, the polymer or oligomer exhibits FET characteristics, but at least one of R 3 and R 4 is an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxyl group, or aryl group. It is preferably substituted with. Thereby, the solubility with respect to a solvent can be improved. Here, the alkyl group, alkoxyl group, alkenyl group, and alkynyl group may be linear or branched, and preferably have 1 to 8 carbon atoms, and 2-8. Is more preferable, and it is further more preferable that it is 2-6. When the number of carbon atoms is 8 or less, since the substituent is large, it is possible to prevent the FET characteristics of the polymer or oligomer represented by the general formula (3) from being deteriorated. Moreover, since the solubility to the solvent of the polymer or oligomer represented by the general formula (3) is deteriorated when the number of carbon atoms is too small, it is preferably 2 or more. When R 3 and R 4 are both substituted, the other carbon number is 4 or more, or the substituted R 1 , R 2, R 5 , R 6 , R 7 and / or R 8 carbons When the number is large, even if the number of carbon atoms is 1, it shows solubility in a solvent. The aryl group preferably has 6 to 10 carbon atoms. When the number of carbon atoms is 10 or less, it is possible to prevent the FET characteristics of the polymer or oligomer represented by the general formula (3) from being deteriorated because the substituent is large. R 3 and R 4 are more preferably a linear alkyl group or a linear alkoxyl group, preferably having 1 to 8 carbon atoms, more preferably 2 to 8 carbon atoms, More preferably, it is 2-6. In the reaction formula (3), a is preferably from 3 to 18, and more preferably from 8 to 12.
また反応式(3)中、Xはハロゲン原子を示し、例えば塩素、フッ素、臭素、ヨウ素を挙げることができる。この中でもXは臭素またはヨウ素であることがより好ましい。また反応式(3)中、Bは比較的活性なトリアルキルスタニル基を示す。この中でも、該トリアルキルスタニル基はアルキル基の炭素数が1〜18であることが好ましく、2〜6であることがより好ましく、試薬の入手のしやすさから、トリ(n−ブチル)スタニル基、またはトリメチルスタニル基であることが特に好ましい。 In the reaction formula (3), X represents a halogen atom, and examples thereof include chlorine, fluorine, bromine and iodine. Among these, X is more preferably bromine or iodine. In the reaction formula (3), B represents a relatively active trialkylstannyl group. Among these, the trialkylstannyl group preferably has an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably 2 to 6 carbon atoms, and tri (n-butyl) for ease of reagent availability. Particularly preferred is a stannyl group or a trimethylstannyl group.
上記両端トリアルキルスタニルチオフェンまたは両端トリアルキルスタニルオリゴチオフェンは、例えば、それぞれ両端ハロゲン化チオフェンまたは両端ハロゲン化オリゴチオフェンを2当量のアルキルリチウム試薬と反応させて両端リチオ化物とした後、2当量のトリアルキルクロロスタナンと反応させることによって得ることができる。 The double-ended trialkylstannylthiophene or double-ended trialkylstannyl oligothiophene is, for example, obtained by reacting double-ended halogenated thiophene or double-ended halogenated oligothiophene with 2 equivalents of an alkyllithium reagent to give a double-ended lithiated product. Can be obtained by reacting with trialkylchlorostannane.
上記ポリマーまたはオリゴマーは、ビス(ハロゲン化チエニル)シラン化合物と、両端トリアルキルスタニルチオフェンまたは両端トリアルキルスタニルオリゴチオフェンとを、触媒の存在下で反応させることにより合成することができる。ここで、両端トリアルキルスタニル(オリゴチオフェン)は、反応性が比較的高いため、ビス(ハロゲン化チエニル)シラン化合物との反応直前に系中で発生させることが望ましいが、別に調製して、精製後に系に加えてもよい。 The polymer or oligomer can be synthesized by reacting a bis (halogenated thienyl) silane compound with a trialkylstannylthiophene at both ends or a trialkylstannyl oligothiophene at both ends in the presence of a catalyst. Here, since both ends trialkylstannyl (oligothiophene) has a relatively high reactivity, it is desirable to generate it in the system immediately before the reaction with the bis (halogenated thienyl) silane compound. It may be added to the system after purification.
例えば、両端トリアルキルスタニル(オリゴチオフェン)を、ビス(ハロゲン化チエニル)シラン化合物との反応直前に系中で発生させる場合には、両端トリアルキルスタニル(オリゴチオフェン)を、脱気乾燥した反応容器中、不活性ガス雰囲気下、上記方法によって得る。得られた両端トリアルキルスタニル(オリゴチオフェン)は、精製せずに、1当量のビス(ハロゲン化チエニル)シラン化合物と、触媒の存在下で、加熱攪拌することによって反応させる。反応温度は、20℃〜150℃であることが好ましく、一般的には使用する溶媒の還流温度を使用することができる。また、反応時間は、例えば0.1〜200時間程度である。 For example, when trialkylstannyl (oligothiophene) at both ends is generated in the system immediately before the reaction with a bis (halogenated thienyl) silane compound, trialkylstannyl (oligothiophene) at both ends is degassed and dried. It is obtained by the above method in a reaction vessel under an inert gas atmosphere. The obtained both-end trialkylstannyl (oligothiophene) is reacted with 1 equivalent of a bis (halogenated thienyl) silane compound by heating and stirring in the presence of a catalyst without purification. The reaction temperature is preferably 20 ° C. to 150 ° C., and generally the reflux temperature of the solvent used can be used. The reaction time is, for example, about 0.1 to 200 hours.
反応終了後、反応混合液に蒸留水を加えて加水分解した後に溶媒に不溶の成分を除き、水層と油層とを分液ロートで分離し、水層は例えばクロロホルムなどの溶液で抽出し、油層に加える。得られたクロロホルム溶液を乾燥、濃縮した後、生成ポリマーを分別沈殿することによって、上記ポリマーまたはオリゴマーを得ることができる。 After completion of the reaction, the reaction mixture is hydrolyzed by adding distilled water to remove components insoluble in the solvent, the aqueous layer and the oil layer are separated with a separatory funnel, and the aqueous layer is extracted with a solution such as chloroform, Add to oil layer. The obtained polymer solution or oligomer can be obtained by drying and concentrating the obtained chloroform solution and then fractionally precipitating the produced polymer.
上記反応に用いられる溶媒としては、例えば、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)等を用いることができる。これらの中でも、ジエチルエーテル、THFをより好適に用いることができる。また、溶媒は、上記溶媒を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。また、溶媒の量は両端トリアルキルスタニル(オリゴ)チオフェンとビス(ハロゲン化チエニル)シラン化合物との合計100重量部当り、100〜100000重量部であればよい。 Examples of the solvent used in the above reaction include hydrocarbons such as hexane, pentane, benzene, and toluene; diethyl ether, dipropyl ether, tetrahydrofuran (THF), and the like. Among these, diethyl ether and THF can be used more suitably. Moreover, the said solvent may be used independently, and 2 or more types may be mixed and used for a solvent. The amount of the solvent may be 100 to 100,000 parts by weight per 100 parts by weight in total of trialkylstannyl (oligo) thiophene and bis (halogenated thienyl) silane compound at both ends.
また、上記触媒としては、例えばパラジウム触媒を好適に用いることができる。なかでも、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムを特に好適に用いることができる。なお、触媒としてはもちろんパラジウム触媒に限られるものではなく、他の触媒であっても好適に用いることができる。 Moreover, as said catalyst, a palladium catalyst can be used suitably, for example. Of these, dichlorobis (triphenylphosphine) palladium and tetrakis (triphenylphosphine) palladium can be particularly preferably used. Of course, the catalyst is not limited to the palladium catalyst, and any other catalyst can be suitably used.
(III)電子デバイス
本発明にかかる電子デバイスは、半導体層と2以上の電極とを有する電子デバイスにおいて、該半導体層が、本発明の有機半導体材料を含むものである。かかる電子デバイスとしては、例えば、抵抗器、ダイオード、トランジスタ等の増幅素子、トランジスタやインバータ、CMOS等のスイッチング素子、センサ等、またはこれらの素子を組み合わせたデバイスや集積したデバイスを挙げることができる。本発明にかかる、有機半導体材料はキャリア移動度、オンオフ比がともに高いため、これらの中でも、スイッチング素子に好適に用いることができ、電界効果トランジスタにより好適に用いることができる。
(III) Electronic Device The electronic device according to the present invention is an electronic device having a semiconductor layer and two or more electrodes, wherein the semiconductor layer contains the organic semiconductor material of the present invention. Examples of such electronic devices include resistors, diodes, amplifying elements such as transistors, transistors, inverters, switching elements such as CMOS, sensors, and the like, devices combining these elements, and integrated devices. Since the organic semiconductor material according to the present invention has both high carrier mobility and on / off ratio, among these, it can be suitably used for a switching element and can be suitably used for a field effect transistor.
以下、本発明にかかる電界効果トランジスタについて説明する。電界効果トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間に配置されるチャネルと、該チャネルに直接または間接に接するゲート電極とから構成され、該ゲート電極に印加する電圧を変化させることによってソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を制御するものである。本発明にかかる電界効果トランジスタは、上記チャネルを構成する半導体層が本発明にかかる有機半導体材料を含むものである。 The field effect transistor according to the present invention will be described below. A field effect transistor includes a source electrode, a drain electrode, a channel disposed between the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode that is in direct or indirect contact with the channel, and is applied to the gate electrode. The current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by changing the voltage. In the field effect transistor according to the present invention, the semiconductor layer constituting the channel includes the organic semiconductor material according to the present invention.
上記の構成によれば、本発明にかかる電界効果トランジスタは、柔軟性、プラスチックとの適合性、製造コストの抑制、大画面デバイスとの適合性等有機半導体材料を用いることによる利点を有することが可能となる。 According to the above configuration, the field effect transistor according to the present invention may have advantages by using an organic semiconductor material such as flexibility, compatibility with plastic, reduction of manufacturing cost, compatibility with a large screen device. It becomes possible.
本発明にかかる電界効果トランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、該ソース電極とドレイン電極との間に配置されるチャネルと、該チャネルに直接または間接に接するゲート電極とから構成されるものであればよい。その具体的な構造としては、例えば図1(a)または(b)に示すような構造を挙げることができるが、本発明にかかる電界効果トランジスタはかかる構造を有するものに限られるものではなく、図1に示す構造以外の構造を有するものであってもよい。図中1が半導体層、2が絶縁体層、3および4がそれぞれソース電極およびドレイン電極、5がゲート電極、6が基板を示す。なお、各層や電極の配置は、電子デバイスの用途により適宜選択することができる。 A field effect transistor according to the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a channel disposed between the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode that is in direct or indirect contact with the channel. I just need it. Specific examples of the structure include a structure as shown in FIG. 1 (a) or (b). However, the field effect transistor according to the present invention is not limited to the structure having such a structure. It may have a structure other than the structure shown in FIG. In the figure, 1 is a semiconductor layer, 2 is an insulator layer, 3 and 4 are a source electrode and a drain electrode, 5 is a gate electrode, and 6 is a substrate. In addition, arrangement | positioning of each layer and an electrode can be suitably selected according to the use of an electronic device.
上記ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の材料としては、導電性を有するものであればよく、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム等の金属;これらの金属を含む合金;SnO2、InO2、酸化インジウム・スズ(ITO)等の導電性の酸化物;シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素等の半導体;ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリチオフェン等の導電性高分子化合物;カーボンブラック、フラーレン、グラファイト等の炭素材料等を挙げることができる。また、導電性高分子化合物や半導体にはドーピングが行なわれていてもよい。ドーパントとしては、例えば、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;ヨウ素、臭素等のハロゲン原子;ナトリウム、カリウム等の金属原子等を挙げることができる。 The material for the gate electrode, source electrode, and drain electrode may be any material that has conductivity, such as platinum, gold, silver, aluminum, chromium, nickel, cobalt, copper, titanium, magnesium, calcium, sodium, and the like. Metals, alloys containing these metals, conductive oxides such as SnO 2 , InO 2 , indium tin oxide (ITO), semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include conductive polymer compounds such as polythiophene; carbon materials such as carbon black, fullerene, and graphite. In addition, the conductive polymer compound or the semiconductor may be doped. Examples of the dopant include Lewis acids such as PF 6 , AsF 5 and FeCl 3 ; acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; halogen atoms such as iodine and bromine; metal atoms such as sodium and potassium. .
上記電極は、蒸着、スパッタ法、ゾルゲル法、塗布法、印刷法等により作製することができる。また、パターニングの方法としては、例えばフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、凸版印刷等の印刷法、これらを組み合わせた方法等を挙げることができる。 The electrode can be produced by vapor deposition, sputtering, sol-gel method, coating method, printing method, or the like. Examples of the patterning method include a photolithography method, a printing method such as inkjet printing and letterpress printing, and a combination of these.
また、上記電極の厚みは、作製する電解効果トランジスタの種類、構造等に応じて適宜選択すればよく特に限定されるものではない。例えば、図1のような構造の電解効果トランジスタを作製する場合、一般に、電極の厚みは、0.01μm以上、10μm以下であることが好ましく、0.02μm以上、0.1μm以下であることがより好ましい。0.01μm以上であることにより、電極として機能することができ、また0.1μm以下であることにより、平滑性が維持できる。ただし、好ましい電極の厚みは種々の要素に影響されるため、これに限定されるものではない。 The thickness of the electrode is not particularly limited as long as it is appropriately selected according to the type, structure, etc. of the field effect transistor to be produced. For example, when a field effect transistor having a structure as shown in FIG. 1 is manufactured, the thickness of the electrode is generally preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less, and preferably 0.02 μm or more and 0.1 μm or less. More preferred. When it is 0.01 μm or more, it can function as an electrode, and when it is 0.1 μm or less, smoothness can be maintained. However, the preferred electrode thickness is affected by various factors and is not limited to this.
また、上記絶縁体層の材料としては、絶縁性を有する種々の材料を用いることができる。かかる材料としては、例えば、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー;これらを組合わせた共重合体;二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化タンタル等の酸化物;窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒化物;チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等の強誘電性酸化物;またはこれらの誘電の粒子を分散させたポリマー等を挙げることができる。 As the material for the insulator layer, various materials having insulating properties can be used. Examples of such materials include polystyrene, polyvinylphenol, polyimide, polyamide, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, phenol resin, and the like; Polymers; oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, tin oxide and tantalum oxide; nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride; ferroelectric oxides such as strontium titanate and barium titanate; or these Examples thereof include polymers in which dielectric particles are dispersed.
上記絶縁体層の形成方法は、用いる材料に応じて適宜選択すればよく、例えば、蒸着、スパッタ法、CVD、塗布法、印刷法等を挙げることができる。 The method for forming the insulator layer may be appropriately selected depending on the material to be used, and examples thereof include vapor deposition, sputtering, CVD, coating, and printing.
上記絶縁体層の膜厚は、ピンホールのないものであれば特に限定されるものではなく、作成プロセス、材料の種類、デバイスの構造等に応じて適宜選択すればよい。通常は10nmくらいから可能であり、0.1〜1μmのものを利用することが多いが、上記絶縁体
の膜厚はもちろんこれに限定されるものではない。
The film thickness of the insulator layer is not particularly limited as long as it does not have a pinhole, and may be appropriately selected according to the manufacturing process, the type of material, the structure of the device, and the like. Usually, the thickness can be from about 10 nm, and a thickness of 0.1 to 1 μm is often used. However, the film thickness of the insulator is not limited to this.
半導体層の膜厚は、デバイスの構造、大きさに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。通常は10nmくらいからピンホールのないものが作れる。薄いと半導体の消費量を少なくすることができる。通常は、200〜1000nmにすることが多いが、半導体層の厚さはもちろんこれに限定されるものではない。 The film thickness of the semiconductor layer may be appropriately selected according to the structure and size of the device, and is not particularly limited. Usually, you can make a pinhole-free from about 10nm. If it is thin, the amount of semiconductor consumption can be reduced. Usually, it is often 200 to 1000 nm, but the thickness of the semiconductor layer is not limited to this.
また、ソース電極とドレイン電極との距離であるチャネル長は、作成するデバイスの大きさや目的に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。 The channel length, which is the distance between the source electrode and the drain electrode, may be selected as appropriate according to the size and purpose of the device to be created, and is not particularly limited.
また、上記半導体層は、例えば、蒸着、スパッタ法、CVD、塗布法、印刷法等により形成することができる。この中でも、半導体層は、本発明にかかる有機半導体材料を溶媒に溶解し、溶液を塗布または印刷することにより形成することが好ましい。これにより、蒸着やCVD等、真空下での複雑なプロセスを必要としないので、電界効果トランジスタの製造コストを抑えることができる。さらに、塗布や印刷法を用いる工程は大面積デバイスの製造に適している。また、上記塗布法としては、例えばスピンコート、溶液キャスティング、ディップコート等を用いることができる。また、上記印刷法としては、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷等を用いることができる。ここで有機半導体材料を溶解する溶媒としては、例えば、クロロホルム、THF、トルエン、クロロベンゼン、1,1,2,2−テトラクロロエチレン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、ジオキサン等を好適に用いることができる。 The semiconductor layer can be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, CVD, coating, printing, or the like. Among these, the semiconductor layer is preferably formed by dissolving the organic semiconductor material according to the present invention in a solvent and applying or printing the solution. This eliminates the need for complicated processes under vacuum, such as vapor deposition and CVD, thereby reducing the manufacturing cost of the field effect transistor. Furthermore, the process using coating or printing is suitable for manufacturing a large area device. In addition, as the coating method, for example, spin coating, solution casting, dip coating, or the like can be used. Moreover, as said printing method, screen printing, inkjet printing, etc. can be used, for example. Examples of the solvent for dissolving the organic semiconductor material include chloroform, THF, toluene, chlorobenzene, 1,1,2,2-tetrachloroethylene, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1,1,2-trichloroethane. , Dioxane and the like can be suitably used.
さらに、半導体層は、必要に応じて、例えば、PF6、AsF5、FeCl3等のルイス酸;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;ヨウ素、臭素等のハロゲン原子;ナトリウム、カリウム等の金属原子等をドープすることにより、導電性を調整してもよい。ドープの方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。ドープは半導体層を形成した後に行ってもよいし、半導体層を形成と同時に行ってもよい。ドープの方法としては、例えば、気相ドーピング、液相ドーピング、固相ドーピング等を挙げることができるがこれらに限られるものではない。また、半導体層の形成と同時にドーピングを行う場合には、例えば、半導体材料とドーパントとを共蒸着する方法、半導体材料とドーパントとが溶解した溶液を塗布または印刷する方法等を用いることができる。 Further, the semiconductor layer may be formed as necessary, for example, Lewis acids such as PF 6 , AsF 5 and FeCl 3 ; acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; halogen atoms such as iodine and bromine; metals such as sodium and potassium The conductivity may be adjusted by doping atoms or the like. The doping method is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. Doping may be performed after the semiconductor layer is formed, or may be performed simultaneously with the formation of the semiconductor layer. Examples of the doping method include, but are not limited to, gas phase doping, liquid phase doping, solid phase doping, and the like. In addition, when doping is performed simultaneously with the formation of the semiconductor layer, for example, a method of co-evaporating a semiconductor material and a dopant, a method of applying or printing a solution in which the semiconductor material and the dopant are dissolved, and the like can be used.
上記基板の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、紙、プラスチック板、プラスチックフィルム、金属や合金等の導電性基板に絶縁層を形成したもの等、またはこれらの組み合わせを挙げることができる。本発明にかかる電界効果トランジスタにおいては、有機半導体材料を用いるため、基板として高温に耐える材料を用いる必要はなく、プラスチック板、プラスチックフィルム等のプラスチック材料を好適に用いることができる。したがって、軽量で柔軟性を有する電子デバイスの提供が可能となる。かかるプラスチック材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド等を挙げることができる。 Examples of the material of the substrate include glass, ceramics, paper, plastic plate, plastic film, a conductive substrate such as a metal or an alloy formed with an insulating layer, or a combination thereof. In the field effect transistor according to the present invention, since an organic semiconductor material is used, it is not necessary to use a material that can withstand high temperatures as a substrate, and a plastic material such as a plastic plate or a plastic film can be suitably used. Therefore, it is possible to provide a lightweight and flexible electronic device. Examples of such plastic materials include polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyimide, and the like.
また、本発明にかかる電界効果トランジスタは、上述した層以外の他の層を有していてもよい。かかる他の層としては、例えば、外気の影響を防ぐための保護層を挙げることができる。 In addition, the field effect transistor according to the present invention may have a layer other than the layers described above. Examples of such other layers include a protective layer for preventing the influence of outside air.
本発明にかかる電界効果トランジスタの製造方法は、特に限定されるものではなく、その構造に応じて上述したような材料を用いて上述した方法で各層を形成すればよい。また、本発明にかかる電界効果トランジスタの製造方法は、必要に応じて半導体層をドープする工程や、その他の層を形成する工程を含んでいてもよい。 The manufacturing method of the field effect transistor according to the present invention is not particularly limited, and each layer may be formed by the above-described method using the materials described above according to the structure. Moreover, the manufacturing method of the field effect transistor concerning this invention may include the process of doping a semiconductor layer as needed, and the process of forming another layer.
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to a following example.
〔実施例1:有機半導体材料T10の合成〕
<モノマー(4)の合成>
モノマー(4)
[Example 1: Synthesis of organic semiconductor material T10]
<Synthesis of Monomer (4)>
Monomer (4)
を以下の方法で合成した。 Was synthesized by the following method.
窒素置換した100mLの2口フラスコに1.58g(2.5mmol)のジブチルビス(5’-ブロモ-2,2’-ビチオフェン-5-イル)シランと50mLのジエチルエーテルを入れ、−78℃に冷却した。ここに、3.71mL(5mmol)のブチルリチウム/ヘキサン溶液を1時間かけて滴下した。撹拌しながらゆっくりと室温に戻したのち、再び−78℃に冷却し、2mL(5.125mmol)の塩化トリブチルスズの10mLのジエチルエーテル溶液を30分かけて滴下した。得られた混合物を12時間撹拌したのち、加水分解し、有機層を分離、水洗した。無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去した。残査をシリガゲルカラムで精製すると2.5g(収量95%)のモノマー(4)が褐色液体として得られた。 Put 1.58 g (2.5 mmol) of dibutylbis (5′-bromo-2,2′-bithiophen-5-yl) silane and 50 mL of diethyl ether into a 100 mL 2-neck flask purged with nitrogen, and cool to −78 ° C. did. Here, 3.71 mL (5 mmol) of a butyllithium / hexane solution was added dropwise over 1 hour. After slowly returning to room temperature with stirring, the mixture was cooled again to −78 ° C., and 2 mL (5.125 mmol) of tributyltin chloride in 10 mL of diethyl ether was added dropwise over 30 minutes. The resulting mixture was stirred for 12 hours and then hydrolyzed, and the organic layer was separated and washed with water. After drying over anhydrous magnesium sulfate, the solvent was distilled off. The residue was purified by a silica gel column to obtain 2.5 g (yield 95%) of monomer (4) as a brown liquid.
得られたモノマー(4)の質量スペクトル、NMRのデータを以下に示す。
TOF-MS m/z 1048.31 (M+)。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.88-0.94 (m, 24H, CH3), 1.09-1.13 (m, 16H, CH2), 1.27-1.39 (m, 16H, CH2), 1.53-1.66 (m, 16H, CH2), 7.05 (d, 2H, J = 2.7 Hz, thiophene ring protons), 7.20 (d, 2H, J = 3.4 Hz, thiophene ring protons), 7.25 (d, 2H, J = 3.4 Hz, thiophene ring protons), 7.31 (d, 2H, J = 2.7 Hz, thiophene ring protons)。
29Si NMR (δ in CDCl3) -13.2。
The mass spectrum and NMR data of the obtained monomer (4) are shown below.
TOF-MS m / z 1048.31 (M + ).
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.88-0.94 (m, 24H, CH 3 ), 1.09-1.13 (m, 16H, CH 2 ), 1.27-1.39 (m, 16H, CH 2 ), 1.53-1.66 (m , 16H, CH 2 ), 7.05 (d, 2H, J = 2.7 Hz, thiophene ring protons), 7.20 (d, 2H, J = 3.4 Hz, thiophene ring protons), 7.25 (d, 2H, J = 3.4 Hz, thiophene ring protons), 7.31 (d, 2H, J = 2.7 Hz, thiophene ring protons).
29 Si NMR (δ in CDCl 3 ) −13.2.
<モノマー(5)の合成>
モノマー(5)
<Synthesis of Monomer (5)>
Monomer (5)
を、文献と類似の反応によって合成した(Naoto Sumi, Hidetaka Nakanishi, Shinpei Ueno, Kazuo Takimiya, Yoshio Aso, and Tetsuo Otsubo, Bull. Chem. Soc. Jpn., 74, 979-988 (2001))。 Was synthesized by reactions similar to those in the literature (Naoto Sumi, Hidetaka Nakanishi, Shinpei Ueno, Kazuo Takimiya, Yoshio Aso, and Tetsuo Otsubo, Bull. Chem. Soc. Jpn., 74, 979-988 (2001)).
2-ブロモ-3-ブチルチオフェンと等モル量のマグネシウムからTHF中で調製したグリニヤール試剤を半等量の5,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェンと2モル%のジクロロ(ジフェニルフォスフィノプロパン)ニッケルの存在下で環流加熱下反応させた。得られた反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するジブチルクオータチオフェンが得られた。ジブチルクオータチオフェンに2等量のN-ブロモスクシンイミドとクロロホルム中で反応させた。反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するジブロモジブチルクオータチオフェンが得られた。得られたジブロモジブチルクオータチオフェンと2等量の2-チエニルマグネシウムブロミドと2モル%のジクロロ(ジフェニルフォスフィノプロパン)ニッケルの存在下で環流加熱下反応させた。得られた反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するジブチルセクシチオフェンが得られた。得られたジブチルセクシチオフェンを2等量のN-ブロモスクシンイミドとクロロホルム中で反応させた。反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、目的のモノマー(5)が得られた。 Grignard reagent prepared in THF from 2-bromo-3-butylthiophene and an equimolar amount of magnesium was mixed with half an equivalent of 5,5'-dibromo-2,2'-bithiophene and 2 mol% of dichloro (diphenylphosphino). Propane) was reacted under reflux heating in the presence of nickel. The obtained reaction mixture was hydrolyzed, the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment, whereby the corresponding dibutyl quarterthiophene was obtained. Dibutyl quarterthiophene was reacted with 2 equivalents of N-bromosuccinimide in chloroform. The reaction mixture was hydrolyzed and the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment to obtain the corresponding dibromodibutylquaterthiophene. The obtained dibromodibutylquaterthiophene was reacted under reflux heating in the presence of 2 equivalents of 2-thienylmagnesium bromide and 2 mol% of dichloro (diphenylphosphinopropane) nickel. The obtained reaction mixture was hydrolyzed, the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment. As a result, the corresponding dibutylsexithiophene was obtained. The obtained dibutylsecthiophene was reacted with 2 equivalents of N-bromosuccinimide in chloroform. The reaction mixture was hydrolyzed, and the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment to obtain the desired monomer (5).
得られたモノマー(5)は橙色固体で、融点は142−144℃であった。質量スペクトル、NMR、元素分析のデータを以下に示す。
TOF-MS m/z 764.92 (M+)。
1H NMR (δ in CDCl3); 0.95 (t, 6H, J = 7.6 Hz, CH3), 1.42 (sext, 4H, J = 7.6 Hz, CH2), 1.65 (qnt, 4H, J = 7.6 Hz, CH2), 2.76 (m, 4H, CH2), 6.89 (d, 2H, J = 4.5 Hz, thiophene ring protons), 6.94 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.96 (d, 2H, J = 4.5 Hz, thiophene ring protons), 7.03 (d, 2H, J = 4.5 Hz, thiophene ring protons), 7.19 (d, 2H, J = 2.7 Hz, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3); 13.95, 22.64, 22.18, 32.61, (butyl carbons), 111.00, 123.68, 124.02, 126.56, 126.88, 129.76, 130.69, 133.00 134.80, 136.86, 138.62, 140.57 (thiophene ring carbons)。
元素分析:計算値(C32H28Br2S6): C, 50.26; H, 3.69。測定値: C, 50.45; H, 3.72。
The obtained monomer (5) was an orange solid, and melting | fusing point was 142-144 degreeC. The data of mass spectrum, NMR and elemental analysis are shown below.
TOF-MS m / z 764.92 (M + ).
1 H NMR (δ in CDCl 3 ); 0.95 (t, 6H, J = 7.6 Hz, CH 3 ), 1.42 (sext, 4H, J = 7.6 Hz, CH 2 ), 1.65 (qnt, 4H, J = 7.6 Hz , CH 2 ), 2.76 (m, 4H, CH 2 ), 6.89 (d, 2H, J = 4.5 Hz, thiophene ring protons), 6.94 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.96 (d, 2H, J = 4.5 Hz, thiophene ring protons), 7.03 (d, 2H, J = 4.5 Hz, thiophene ring protons), 7.19 (d, 2H, J = 2.7 Hz, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ); 13.95, 22.64, 22.18, 32.61, (butyl carbons), 111.00, 123.68, 124.02, 126.56, 126.88, 129.76, 130.69, 133.00 134.80, 136.86, 138.62, 140.57 (thiophene ring carbons) .
Calcd (C 32 H 28 Br 2 S 6): C, 50.26; H, 3.69. Measurements: C, 50.45; H, 3.72.
<T10の合成>
T10(6)
<Synthesis of T10>
T10 (6)
を以下の方法で合成した。 Was synthesized by the following method.
窒素置換した25mLの2口フラスコに0.49g(0.64mmol) のモノマー(4)、6.00mg(0.032mmol) の CuI、37mg(0.032mmol) のPd(PPh3)4、THF5mLを入れ、0℃に冷却して、0.673g(0.64mmol) のモノマー(5)を滴下した。この混合物を3日間 80℃で撹拌したのち、溶媒を留去、得られた残査をクロロフォルム-エタノールから再沈澱すると、0.22g(32% yield)のT10が深赤色固体として得られた。融点は60−64℃であった。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析の結果求められた平均分子量は、ポリスチレン換算で、重量平均分子量Mw=3800、分散Mw/Mn=1.18であった。これより求められた重合度は3.5であった。 In a 25 mL two-neck flask purged with nitrogen, 0.49 g (0.64 mmol) of monomer (4), 6.00 mg (0.032 mmol) of CuI, 37 mg (0.032 mmol) of Pd (PPh 3 ) 4 , and 5 mL of THF were added. The mixture was cooled to 0 ° C., and 0.673 g (0.64 mmol) of monomer (5) was added dropwise. The mixture was stirred at 80 ° C. for 3 days, the solvent was distilled off, and the resulting residue was reprecipitated from chloroform-ethanol to obtain 0.22 g (32% yield) of T10 as a deep red solid. The melting point was 60-64 ° C. The average molecular weight determined as a result of gel permeation chromatography (GPC) analysis was, in terms of polystyrene, weight average molecular weight Mw = 3800 and dispersion Mw / Mn = 1.18. The degree of polymerization determined from this was 3.5.
NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.89-0.98 (m, 12H, CH3), 1.40-1.45 (m, 8H, CH2), 1.61-1.69 (m, 8H, CH2), 2.74-2.77 (m, 8H, CH2), 6.89 (d, 2H, thiophene ring protons, J = 3.6 Hz), 6.93 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.96 (d, 2H, J = 3.6 Hz, thiophene ring protons), 7.00-7.23 (m, 12H, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.69, 13.93, 14.35, 22.67, 25.83, 26.49, 29.17, 32.61(butyl carbons), 123.66, 123.97, 124.01, 124.31, 124.59, 124.73, 125.00, 126.41, 126.56, 126.69, 126.88, 127.82, 130.69, 134.78, 135.97, 136.12, 136.82, 136.89, 140.52, (thiophene ring carbons)。1つの炭素のシグナルは重なっていると思われる。
The NMR data is shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.89-0.98 (m, 12H, CH 3 ), 1.40-1.45 (m, 8H, CH 2 ), 1.61-1.69 (m, 8H, CH 2 ), 2.74-2.77 (m , 8H, CH 2 ), 6.89 (d, 2H, thiophene ring protons, J = 3.6 Hz), 6.93 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.96 (d, 2H, J = 3.6 Hz, thiophene ring protons), 7.00-7.23 (m, 12H, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.69, 13.93, 14.35, 22.67, 25.83, 26.49, 29.17, 32.61 (butyl carbons), 123.66, 123.97, 124.01, 124.31, 124.59, 124.73, 125.00, 126.41, 126.56, 126.69, 126.88 , 127.82, 130.69, 134.78, 135.97, 136.12, 136.82, 136.89, 140.52, (thiophene ring carbons). One carbon signal seems to overlap.
〔実施例2:有機半導体材料T12の合成〕
<モノマー(7)の合成>
モノマー(7)
[Example 2: Synthesis of organic semiconductor material T12]
<Synthesis of Monomer (7)>
Monomer (7)
を、文献と類似の反応によって合成した(Naoto Sumi, Hidetaka Nakanishi, Shinpei Ueno, Kazuo Takimiya, Yoshio Aso, and Tetsuo Otsubo, Bull. Chem. Soc. Jpn., 74, 979-988 (2001))。 Was synthesized by reactions similar to those in the literature (Naoto Sumi, Hidetaka Nakanishi, Shinpei Ueno, Kazuo Takimiya, Yoshio Aso, and Tetsuo Otsubo, Bull. Chem. Soc. Jpn., 74, 979-988 (2001)).
2-ブロモ-3-ブチルチオフェンと等モル量のマグネシウムからTHF中で調製したグリニヤール試剤を半等量の5,5”-ジブロモ-2,2”-ビチオフェンと2モル%のジクロロ(ジフェニルフォスフィノプロパン)ニッケルの存在下で環流加熱下反応させた。得られた反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するジブチルクオータチオフェンが得られた。ジブチルクオータチオフェンに1等量のブチルリチウムをTHF中で反応させモノリチオ化した。ここに、少過剰の塩化銅を-10℃で加えた。反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するテトラブチルオクタチオフェンが得られた。得られたテトラブチルオクタチオフェンを2等量のN-ブロモスクシンイミドとクロロホルム中で反応させた。反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、目的のモノマー(7)が得られた。 Grignard reagent prepared in THF from 2-bromo-3-butylthiophene and an equimolar amount of magnesium was mixed with half equivalent of 5,5 "-dibromo-2,2" -bithiophene and 2 mol% dichloro (diphenylphosphino). Propane) was reacted under reflux heating in the presence of nickel. The obtained reaction mixture was hydrolyzed, the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment, whereby the corresponding dibutyl quarterthiophene was obtained. Dibutylquaterthiophene was monolithiated by reacting 1 equivalent of butyllithium in THF. To this, a small excess of copper chloride was added at -10 ° C. The reaction mixture was hydrolyzed, the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment, whereby the corresponding tetrabutyloctathiophene was obtained. The obtained tetrabutyloctathiophene was reacted with 2 equivalents of N-bromosuccinimide in chloroform. The reaction mixture was hydrolyzed, and the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment to obtain the desired monomer (7).
得られたモノマー(7)は深赤色固体であった。質量スペクトル、NMR、元素分析のデータを以下に示す。
TOF-MS m/z 1041.77 (M+)。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.89-1.00 (m, 12H, CH3), 1.34-1.46 (m, 8H, CH2), 1.58-1.66 (m, 8H, CH2), 2.61-2.78 (m, 8H, CH2), 6.89 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.96 (d, 2H, J = 3.7 Hz, thiophene ring protons), 7.00-7.07 (m, 6H, thiophene ring protons ), 7.12 (d, 2H, J = 3.7 Hz, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.91, 22.50, 22.65, 28.92, 29.22, 32.66 (butyl carbons), 110.72, 116.29, 123.92, 124.13, 126.35, 126.64, 126.98, 131.74, 132.69, 134.94, 137.32, 140.45 (thiophene ring carbons)。2のブチル基炭素原子及び4のリング炭素原子のシグナルは重なっていると思われる。
元素分析:計算値(C48H48Br2S8): C, 55.37; H, 4.65。測定値: C, 55.51; H, 4.61。
The obtained monomer (7) was a deep red solid. The data of mass spectrum, NMR and elemental analysis are shown below.
TOF-MS m / z 1041.77 (M + ).
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.89-1.00 (m, 12H, CH 3), 1.34-1.46 (m, 8H, CH 2), 1.58-1.66 (m, 8H, CH 2), 2.61-2.78 (m , 8H, CH 2 ), 6.89 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.96 (d, 2H, J = 3.7 Hz, thiophene ring protons), 7.00-7.07 (m, 6H, thiophene ring protons), 7.12 (d , 2H, J = 3.7 Hz, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.91, 22.50, 22.65, 28.92, 29.22, 32.66 (butyl carbons), 110.72, 116.29, 123.92, 124.13, 126.35, 126.64, 126.98, 131.74, 132.69, 134.94, 137.32, 140.45 (thiophene ring carbons). The signals of 2 butyl group carbon atoms and 4 ring carbon atoms appear to overlap.
Calcd (C 48 H 48 Br 2 S 8): C, 55.37; H, 4.65. Measurements: C, 55.51; H, 4.61.
<T12の合成>
T12(8)
<Synthesis of T12>
T12 (8)
を、モノマー(5)の代わりにモノマー(7)を用いる以外は実施例1の<T10の合成>と同様にして合成した。T12が深赤色固体として得られた(収量40%)。融点は78−82℃であった。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析の結果求められた平均分子量は、ポリスチレン換算で、重量平均分子量Mw=8600、分散Mw/Mn=1.29であった。これより求められた重合度は5.5であった。 Was synthesized in the same manner as in <Synthesis of T10> in Example 1 except that the monomer (7) was used instead of the monomer (5). T12 was obtained as a deep red solid (yield 40%). The melting point was 78-82 ° C. The average molecular weight determined as a result of gel permeation chromatography (GPC) analysis was, in terms of polystyrene, weight average molecular weight Mw = 8600 and dispersion Mw / Mn = 1.29. The degree of polymerization determined from this was 5.5.
NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.91-0.98 (m, 18H, CH3), 1.41-1.46 (m, 12H, CH2), 1.61-1.68 (m, 12H, CH2), 2.75-2.77 (m, 12H, CH2); 7.00-7.22 (m, 24H, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.70, 13.90, 14.05, 22.67, 25.87, 26.54, 29.23, 32.62(butyl carbons), 123.75, 123.98, 124.30, 124.35, 124.38, 124.50, 124.72, 124.96, 125.00, 126.36, 126.66, 128.60, 128.76, 126.47, 132.21, 132.35, 132.44, 134.87, 135.05, 136.93, 140.54 (thiophene ring carbons)。3の炭素原子のシグナルは重なっていると思われる。
The NMR data is shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.91-0.98 (m, 18H, CH 3 ), 1.41-1.46 (m, 12H, CH 2 ), 1.61-1.68 (m, 12H, CH 2 ), 2.75-2.77 (m , 12H, CH 2); 7.00-7.22 (m, 24H, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.70, 13.90, 14.05, 22.67, 25.87, 26.54, 29.23, 32.62 (butyl carbons), 123.75, 123.98, 124.30, 124.35, 124.38, 124.50, 124.72, 124.96, 125.00, 126.36, 126.66 , 128.60, 128.76, 126.47, 132.21, 132.35, 132.44, 134.87, 135.05, 136.93, 140.54 (thiophene ring carbons). The signals of 3 carbon atoms appear to overlap.
〔実施例3:有機半導体材料T14の合成〕
<モノマー(9)の合成>
モノマー(9)
[Example 3: Synthesis of organic semiconductor material T14]
<Synthesis of Monomer (9)>
Monomer (9)
を、文献と類似の反応によって合成した(Naoto Sumi, Hidetaka Nakanishi, Shinpei Ueno, Kazuo Takimiya, Yoshio Aso, and Tetsuo Otsubo, Bull. Chem. Soc. Jpn., 74, 979-988 (2001))。 Was synthesized by reactions similar to those in the literature (Naoto Sumi, Hidetaka Nakanishi, Shinpei Ueno, Kazuo Takimiya, Yoshio Aso, and Tetsuo Otsubo, Bull. Chem. Soc. Jpn., 74, 979-988 (2001)).
2-ブロモ-3-ブチルチオフェンと等モル量のマグネシウムからTHF中で調製したグリニヤール試剤を半等量のジブロモターチオフェンと2モル%のジクロロ(ジフェニルフォスフィノプロパン)ニッケルの存在下で環流加熱下反応させた。得られた反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するジブチルキンキチオフェンが得られた。ジブチルキンキチオフェンに1等量のブチルリチウムをTHF中で反応させモノリチオ化した。ここに、少過剰の塩化銅を-10℃で加えた。反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、相当するテトラブチルデカチオフェンが得られた。得られたテトラブチルデカチオフェンを2等量のN-ブロモスクシンイミドとクロロホルム中で反応させた。反応混合物を加水分解し、有機層を乾燥濃縮した後、シリカゲルカラム処理して精製したところ、目的のモノマー(9)が得られた。 Grignard reagent prepared in THF from 2-bromo-3-butylthiophene and an equimolar amount of magnesium under reflux heating in the presence of half equivalent of dibromoterthiophene and 2 mol% dichloro (diphenylphosphinopropane) nickel. Reacted. The obtained reaction mixture was hydrolyzed, the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment. As a result, the corresponding dibutyl quinchithiophene was obtained. Dibutylquinkithiophene was monolithiated by reacting 1 equivalent of butyllithium in THF. To this, a small excess of copper chloride was added at -10 ° C. The reaction mixture was hydrolyzed, and the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment to obtain the corresponding tetrabutyldecathiophene. The obtained tetrabutyldecathiophene was reacted with 2 equivalents of N-bromosuccinimide in chloroform. The reaction mixture was hydrolyzed, the organic layer was dried and concentrated, and then purified by silica gel column treatment to obtain the desired monomer (9).
得られたモノマー(9)は深赤色固体で、融点は145−147℃であった。質量スペクトル、NMR、元素分析のデータを以下に示す。
TOF-MS m/z 1206.72 (M+)。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.90-0.97 (m, 12H, CH3), 1.35-1.44 (m, 8H, CH2), 1.54-1.66 (m, 8H, CH2), 2.68-2.75 (m, 8H, CH2), 6.88 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.94 (d, 2H, J = 3.6 Hz, thiophene ring protons), 6.98-7.11 (m, 12H, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.86, 13.99, 22.57, 22.67, 28.93, 29.25, 32.65 (butyl carbons), 110.62, 123.91, 124.07, 124.29, 124.46, 126.37, 126.66, 126.93, 131.75, 132.77, 133.93, 134.86, 135.18, 135.78, 136.11, 136.55, 137.19, 140.42, 140.55 (thiophene ring carbons)。1のブチル基炭素原子及び1のリング炭素原子のシグナルは重なっていると思われる。
元素分析:計算値(C56H52Br2S10):C, 55.80; H, 4.35。測定値: C, 55.79; H, 4.35。
The obtained monomer (9) was a deep red solid, and melting | fusing point was 145-147 degreeC. The data of mass spectrum, NMR and elemental analysis are shown below.
TOF-MS m / z 1206.72 (M + ).
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.90-0.97 (m, 12H, CH 3 ), 1.35-1.44 (m, 8H, CH 2 ), 1.54-1.66 (m, 8H, CH 2 ), 2.68-2.75 (m , 8H, CH 2 ), 6.88 (s, 2H, thiophene ring protons), 6.94 (d, 2H, J = 3.6 Hz, thiophene ring protons), 6.98-7.11 (m, 12H, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.86, 13.99, 22.57, 22.67, 28.93, 29.25, 32.65 (butyl carbons), 110.62, 123.91, 124.07, 124.29, 124.46, 126.37, 126.66, 126.93, 131.75, 132.77, 133.93, 134.86 , 135.18, 135.78, 136.11, 136.55, 137.19, 140.42, 140.55 (thiophene ring carbons). The signals for one butyl group carbon atom and one ring carbon atom appear to overlap.
Calcd (C 56 H 52 Br 2 S 10): C, 55.80; H, 4.35. Measurement: C, 55.79; H, 4.35.
<T14の合成>
T14(10)
<Synthesis of T14>
T14 (10)
を、モノマー(5)の代わりにモノマー(9)を用いる以外は実施例1の<T10の合成>と同様にして合成した。T14が深赤色固体として得られた(収量76%)。融点は78−81℃であった。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析の結果求められた平均分子量は、ポリスチレン換算で、重量平均分子量Mw=9200、分散Mw/Mn=1.38であった。これより求められた重合度は7.0であった。 Was synthesized in the same manner as in <Synthesis of T10> in Example 1 except that the monomer (9) was used instead of the monomer (5). T14 was obtained as a deep red solid (yield 76%). The melting point was 78-81 ° C. The average molecular weight determined as a result of gel permeation chromatography (GPC) analysis was, in terms of polystyrene, weight average molecular weight Mw = 9200, and dispersion Mw / Mn = 1.38. The degree of polymerization determined from this was 7.0.
NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.89-0.99 (m, 18H, CH3), 1.27-1.47 (m, 12H, CH2), 1.58-1.71 (m, 12H, CH2), 2.69-2.79 (m, 12H, CH2), 6.93-7.23 (m, 24H, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.69, 13.98, 14.36, 22.67, 25.84, 26.50, 29.25, 32.59(butyl carbons), 123.90, 124.05, 124.47, 124.59, 124.71, 125.02, 126.34, 126,41, 126.65, 126,97, 127.82, 128.44, 128.57, 129.49, 132.72, 134.86, 135.01, 135.97, 136.06, 136.12, 136.63, 136.71, 136.82, 136.89, 140.56, 143.09, 143.50 (thiophene ring carbons)。3の炭素原子のシグナルは重なっていると思われる。
The NMR data is shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.89-0.99 (m, 18H, CH 3 ), 1.27-1.47 (m, 12H, CH 2 ), 1.58-1.71 (m, 12H, CH 2 ), 2.69-2.79 (m , 12H, CH 2 ), 6.93-7.23 (m, 24H, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.69, 13.98, 14.36, 22.67, 25.84, 26.50, 29.25, 32.59 (butyl carbons), 123.90, 124.05, 124.47, 124.59, 124.71, 125.02, 126.34, 126,41, 126.65, 126 , 97, 127.82, 128.44, 128.57, 129.49, 132.72, 134.86, 135.01, 135.97, 136.06, 136.12, 136.63, 136.71, 136.82, 136.89, 140.56, 143.09, 143.50 (thiophene ring carbons). The signals of 3 carbon atoms appear to overlap.
〔実施例4:有機半導体材料T5の合成〕
<モノマー(11)の合成>
モノマー(11)(ビス(5−ブロモチエン−2−イル)エトキシ−n−プロピルシラン)
[Example 4: Synthesis of organic semiconductor material T5]
<Synthesis of Monomer (11)>
Monomer (11) (Bis (5-bromothien-2-yl) ethoxy-n-propylsilane)
を以下の方法で合成した。 Was synthesized by the following method.
200mL3ツ口フラスコにマグネシウム2.0g(82.6mmol)を加え、THF50mLを加えた。極少量(約0.03g)のジブロモエチレンを加えてマグネシウムを活性化させた後、滴下ロートより2,5−ジブロモチオフェン20.0g(82.6mmol)をゆっくり滴下した。全量を滴下後、一晩還流させてモノグリニヤール体を得た。 To a 200 mL three-necked flask, 2.0 g (82.6 mmol) of magnesium was added, and 50 mL of THF was added. A very small amount (about 0.03 g) of dibromoethylene was added to activate magnesium, and then 20.0 g (82.6 mmol) of 2,5-dibromothiophene was slowly dropped from the dropping funnel. After dropwise addition of the entire amount, the mixture was refluxed overnight to obtain a monogriniard body.
この中に、n−プロピルトリエトキシシラン8.5g(41.3mmol)を加え、室温で1時間攪拌後、終夜還流した。反応溶液に蒸留水を加え残ったグリニヤール試薬を加水分解した後、エーテル抽出した。エーテル溶液を、無水硫酸マグネシウムで脱水した後、エバポレータで濃縮した。得られた粗生成物を減圧蒸留することにより、目的のモノマー(11)を無色透明の液体として、収量31%で単離した。沸点は、110℃〜115℃/133.3224Paであった。 To this, 8.5 g (41.3 mmol) of n-propyltriethoxysilane was added and stirred at room temperature for 1 hour and then refluxed overnight. Distilled water was added to the reaction solution to hydrolyze the remaining Grignard reagent, followed by extraction with ether. The ether solution was dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and then concentrated with an evaporator. The obtained crude product was distilled under reduced pressure to isolate the target monomer (11) as a colorless transparent liquid with a yield of 31%. The boiling point was 110 ° C. to 115 ° C./133.224 Pa.
NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.98(t, H), 1.04-1.10(m, H), 1.19(t, H), 1.21-1.56(m, H), 3.77(q, 2H,-OCH2-), 7.13(4H, thienylene)。
13C NMR (δ in CDCl3) 16.4, 17.9, 18.1, 18.2, 59.8, 119.0, 131.4, 136.7, 137.2。
29Si NMR ((δ in CDCl3) -14.72。
The NMR data is shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.98 (t, H), 1.04-1.10 (m, H), 1.19 (t, H), 1.21-1.56 (m, H), 3.77 (q, 2H, —OCH 2 -), 7.13 (4H, thienylene).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 16.4, 17.9, 18.1, 18.2, 59.8, 119.0, 131.4, 136.7, 137.2.
29 Si NMR ((δ in CDCl 3 ) -14.72.
<T5の合成>
T5(12)
<Synthesis of T5>
T5 (12)
は、J. Ohshita, A. Takata, A. Kunai, M. Kakimoto, Y. Harima, Y. Kunugi, K. Yamashita, J. Organomet. Chem., 611, 537-542 (2000)に従って合成した。 Was synthesized according to J. Ohshita, A. Takata, A. Kunai, M. Kakimoto, Y. Harima, Y. Kunugi, K. Yamashita, J. Organomet. Chem., 611, 537-542 (2000).
まず、5,5”−ジブロモ−2,2’:5’2”−ターチオフェン812g(2.00mmol)をアルゴンガス雰囲気下50mLのシュレンク管に入れ、THF20mLを加えた。−80℃に冷却し、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(4.3mmol)を滴下した後、室温に戻し30分間攪拌した。 First, 812 g (2.00 mmol) of 5,5 ″ -dibromo-2,2 ′: 5′2 ″ -terthiophene was placed in a 50 mL Schlenk tube under an argon gas atmosphere, and 20 mL of THF was added. After cooling to −80 ° C. and dropwise addition of n-butyllithium hexane solution (4.3 mmol), the mixture was returned to room temperature and stirred for 30 minutes.
次に、反応液を−10℃に冷却し、塩化トリブチルスズ(n−Bu3SnCl)1.40g(4.30mmol)を滴下し、その後ゆっくり室温に戻した後、終夜攪拌した。この溶液に、モノマー(11)0.880g(2.00mmol)とテトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム(Pd(PPh3)4)0.100g(モノマーに対して約4.3mol%)を加えてよく攪拌し、40時間還流させた。 Next, the reaction solution was cooled to −10 ° C., 1.40 g (4.30 mmol) of tributyltin chloride (n-Bu 3 SnCl) was added dropwise, and after slowly returning to room temperature, the mixture was stirred overnight. To this solution, 0.880 g (2.00 mmol) of monomer (11) and 0.100 g of tetrakistriphenylphosphine palladium (Pd (PPh 3 ) 4 ) (about 4.3 mol% with respect to the monomer) were added and stirred well. And refluxed for 40 hours.
室温に戻した後、蒸留水を加えて加水分解し、水層と油層とを分液ロートで分離し、水層はクロロホルムで抽出して油層に加えた。得られたクロロホルム溶液を硫酸マグネシウムで乾燥し、エバポレータで濃縮した後、得られた粗生成物をエタノール/クロロホルムで再沈し、さらにn−ヘキサン/クロロホルムで再沈精製した。 After returning to room temperature, it was hydrolyzed by adding distilled water, the aqueous layer and the oil layer were separated with a separatory funnel, and the aqueous layer was extracted with chloroform and added to the oil layer. The obtained chloroform solution was dried over magnesium sulfate and concentrated with an evaporator, and then the obtained crude product was reprecipitated with ethanol / chloroform and further purified by reprecipitation with n-hexane / chloroform.
その結果、オレンジ色粉末状のT5が0.631g(収量60%)得られた。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析の結果求められた平均分子量は、ポリスチレン換算で、重量平均分子量Mw=10000、分散Mw/Mn=1.7であった。 As a result, orange powdery T5 (0.631 g, yield 60%) was obtained. The average molecular weight determined as a result of gel permeation chromatography (GPC) analysis was, in terms of polystyrene, weight average molecular weight Mw = 10000 and dispersion Mw / Mn = 1.7.
NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.87-1.26(m, 12H), 3.85(q,-OCH2-), 7.07-7.33(m, 10H, thienylene)。
13C NMR (δ in CDCl3) 16.6, 18.0, 18.3, 18.5, 59.8, 124.4, 125.0, 133.6, 136.0, 136.3, 137.6, 143.7。
29Si NMR ((δ in CDCl3) -13.46。
The NMR data is shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.87-1.26 (m, 12H), 3.85 (q, —OCH 2 —), 7.07-7.33 (m, 10H, thienylene).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 16.6, 18.0, 18.3, 18.5, 59.8, 124.4, 125.0, 133.6, 136.0, 136.3, 137.6, 143.7.
29 Si NMR ((δ in CDCl 3 ) -13.46.
〔実施例5:有機半導体材料T7の合成〕
<モノマー(13)の合成>
モノマー(13)
[Example 5: Synthesis of organic semiconductor material T7]
<Synthesis of Monomer (13)>
Monomer (13)
を、J. Ohshita, A. Takata, A. Kunai, M. Kakimoto, Y. Harima, Y. Kunugi, K. Yamashita, J. Organomet. Chem., 611, (2000), 537-542 に従って合成した。 Was synthesized according to J. Ohshita, A. Takata, A. Kunai, M. Kakimoto, Y. Harima, Y. Kunugi, K. Yamashita, J. Organomet. Chem., 611, (2000), 537-542.
100mLの二口フラスコに 0.50g(1.23mmol)のジブロモターチオフェンと50mLのジエチルエーテルを入れて撹拌し-78℃に冷却した。この溶液に、2.46mmolのブチルリチウムのヘキサン溶液を1時間かけて加えた。ゆっくり室温に戻した後、再び-78℃に冷却して、0.70mL(2.46mmol)の塩化トリブチルスズの10mLジエチルエーテル溶液を30分かけて加えた。4時間室温で撹拌した後、加水分解して、有機層を取り出した。有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥、溶媒を留去した。残査をシリカゲルカラムクロマトで精製したところ、0.96g(94%収率)のモノマー(13)が得られた。 In a 100 mL two-necked flask, 0.50 g (1.23 mmol) of dibromoterthiophene and 50 mL of diethyl ether were added and stirred, and cooled to -78 ° C. To this solution, 2.46 mmol of butyllithium in hexane was added over 1 hour. After slowly returning to room temperature, it was cooled again to −78 ° C., and 0.70 mL (2.46 mmol) of 10 mL diethyl ether solution of tributyltin chloride was added over 30 minutes. After stirring for 4 hours at room temperature, the organic layer was taken out by hydrolysis. The organic layer was washed with water, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off. When the residue was purified by silica gel column chromatography, 0.96 g (94% yield) of monomer (13) was obtained.
得られたモノマー(13)の質量スペクトル、NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.88-0.92 (m, 18H, CH3), 1.09-1.13 (m, 12H, CH2), 1.30-1.39 (m, 12H, CH2), 1.53-1.64 (m, 12H, CH2), 7.05-7.06 (br, 4H, thiophene ring protons), 7.27 (d, 2H, J = 3.4 Hz, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 10.88, 13.64, 27.24, 28.93, (butyl carbons), 124.00, 124.68, 127.82, 136.12, 136.72, 142.63 (thiophene ring carbons)。
The mass spectrum and NMR data of the obtained monomer (13) are shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.88-0.92 (m, 18H, CH 3 ), 1.09-1.13 (m, 12H, CH 2 ), 1.30-1.39 (m, 12H, CH 2 ), 1.53-1.64 (m , 12H, CH 2), 7.05-7.06 (br, 4H, thiophene ring protons), 7.27 (d, 2H, J = 3.4 Hz, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 10.88, 13.64, 27.24, 28.93, (butyl carbons), 124.00, 124.68, 127.82, 136.12, 136.72, 142.63 (thiophene ring carbons).
<モノマー(14)の合成>
モノマー(14)
<Synthesis of Monomer (14)>
Monomer (14)
を、X. Jiang, Y. Harima, K. Yamashita, A. Naka, K.-K. Lee, M. Ishikawa, J. Mater. Chem., 13, (2003), 785-794 に従って合成した。 Was synthesized according to X. Jiang, Y. Harima, K. Yamashita, A. Naka, K.-K. Lee, M. Ishikawa, J. Mater. Chem., 13, (2003), 785-794.
100mLの二口フラスコに5.0g(15mmol)のジブロモビチオフェンと50mLのジエチルエーテルを入れて撹拌し-78℃に冷却した。この溶液に、9.64mmolのブチルリチウムのヘキサン溶液を4時間かけて加えた。ゆっくり室温に戻した後、再び-78℃に冷却して、1.64g(7.71mmol)のジブチルジクロロシランの10mLジエチルエーテル溶液を加えた。12時間室温で撹拌した後、加水分解して、有機層を取り出した。有機層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥、溶媒を留去した。残査をシリカゲルカラムクロマトで精製したところ、4.35g(45%収率)のモノマー(14)が得られた。 A 100 mL two-necked flask was charged with 5.0 g (15 mmol) of dibromobithiophene and 50 mL of diethyl ether and cooled to -78 ° C. To this solution, 9.64 mmol of butyllithium in hexane was added over 4 hours. After slowly returning to room temperature, the mixture was cooled again to −78 ° C., and 1.64 g (7.71 mmol) of dibutyldichlorosilane in 10 mL of diethyl ether was added. After stirring for 12 hours at room temperature, the organic layer was taken out by hydrolysis. The organic layer was washed with water, dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off. When the residue was purified by silica gel column chromatography, 4.35 g (45% yield) of monomer (14) was obtained.
得られたモノマー(14)の質量スペクトル、NMRのデータを以下に示す。
TOF-MS m/z 629.14 (M+)。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.87-0.91 (m, 6H, CH3), 1.06-1.10 (m, 4H, CH2), 1.33-1.44 (m, 8H, CH2), 6.80-6.96 (m, 4H, thiophene ring protons), 7.17-7.25 (m, 4H, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.68, 14.25, 25.79, 26.47, (butyl carbons), 111.23, 124.09, 125.23, 130.64, 135.08, 136.81, 138.64, 142.41 (thiophene ring carbons)。
The mass spectrum and NMR data of the obtained monomer (14) are shown below.
TOF-MS m / z 629.14 (M + ).
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.87-0.91 (m, 6H, CH 3 ), 1.06-1.10 (m, 4H, CH 2 ), 1.33-1.44 (m, 8H, CH 2 ), 6.80-6.96 (m , 4H, thiophene ring protons), 7.17-7.25 (m, 4H, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.68, 14.25, 25.79, 26.47, (butyl carbons), 111.23, 124.09, 125.23, 130.64, 135.08, 136.81, 138.64, 142.41 (thiophene ring carbons).
<T7の合成>
T7(15)
<Synthesis of T7>
T7 (15)
を以下の方法で合成した。 Was synthesized by the following method.
25mLの二口フラスコに0.300g(0.362mmol)のモノマー(13)、3.40mg(0.0181mmol)のCuI、20.1mg(0.0181mmol)のPd(PPh3)4と5mLのトルエンを入れ、これを氷浴で冷却した。ここに0.229g(0.362mmol)のモノマー(14)を加え、100℃で一日撹拌した。溶媒を留去、残査をクロロホルム-エタノールから再沈澱して0.10g(収量40%)のポリマーT7をオレンジ色の固体として得た。 In a 25 mL two-necked flask, 0.300 g (0.362 mmol) of monomer (13), 3.40 mg (0.0181 mmol) of CuI, 20.1 mg (0.0181 mmol) of Pd (PPh 3 ) 4 and 5 mL of toluene And cooled in an ice bath. Thereto was added 0.229 g (0.362 mmol) of monomer (14), and the mixture was stirred at 100 ° C. for one day. The solvent was distilled off, and the residue was reprecipitated from chloroform-ethanol to obtain 0.10 g (yield 40%) of polymer T7 as an orange solid.
融点は82−86℃であった。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)分析の結果求められた平均分子量は、ポリスチレン換算で、重量平均分子量Mw=5900、分散Mw/Mn=1.22であった。 The melting point was 82-86 ° C. The average molecular weight determined as a result of gel permeation chromatography (GPC) analysis was, in terms of polystyrene, weight average molecular weight Mw = 5900 and dispersion Mw / Mn = 1.22.
NMRのデータを以下に示す。
1H NMR (δ in CDCl3) 0.89-0.92 (m, 6H, CH3), 1.09-1.12 (m, 4H, CH2), 1.38-1.46 (m, 8H, CH2); 6.94-7.25 (m, 14H, thiophene ring protons)。
13C NMR (δ in CDCl3) 13.69, 14.35, 25.84, 26.49, (butyl carbons), 124.08, 124.32, 124.41, 124.74, 125.00, 125.24, 127.82, 130.64, 134.91, 136.10, 136.20, 136.81, 136.92, 143.07 (thiophene ring carbons)。
The NMR data is shown below.
1 H NMR (δ in CDCl 3 ) 0.89-0.92 (m, 6H, CH 3 ), 1.09-1.12 (m, 4H, CH 2 ), 1.38-1.46 (m, 8H, CH 2 ); 6.94-7.25 (m , 14H, thiophene ring protons).
13 C NMR (δ in CDCl 3 ) 13.69, 14.35, 25.84, 26.49, (butyl carbons), 124.08, 124.32, 124.41, 124.74, 125.00, 125.24, 127.82, 130.64, 134.91, 136.10, 136.20, 136.81, 136.92, 143.07 ( thiophene ring carbons).
〔実施例6:電界効果トランジスタの作製とFET特性の測定〕
図2に示す構造の電界効果トランジスタを以下の方法により作製した。図2に示す構造は図1(a)に示す構造と同様、ボトムコンタクト型構造に分類されるものである。図2に示すように、本実施例で作製した電界効果トランジスタは、基板とゲート電極とを兼ねるドープシリコン基板8を用いるものであり、図2中、7は接点(ゲートコンタクト)である。
[Example 6: Fabrication of field effect transistor and measurement of FET characteristics]
A field effect transistor having the structure shown in FIG. 2 was produced by the following method. The structure shown in FIG. 2 is classified into a bottom contact type structure, similar to the structure shown in FIG. As shown in FIG. 2, the field effect transistor fabricated in this example uses a doped
ドープしたシリコンウェハ(基板(ゲート電極)8)(自作)の上に、熱酸化により230nmのSiO2膜(絶縁体層2)をコートした。この裏(基板8の絶縁体層2側と反対側の面)をフッ化水素酸水溶液によりエッチングし、裏にもコートされたSiO2膜を除去し、電子ビーム法により、むき出しになった基板8に金を蒸着し、ゲートコンタクト7を作製した。また、この基板8に形成された絶縁体層2上に、電子ビーム法により金を蒸着し、ソース電極3及びドレイン電極4を形成した。チャネル長は10μm、チャネル幅は2cmであった。さらにこの上に、得られたポリマーT10、T12、T14およびT5をそれぞれクロロフォルム溶液からスピンコートして半導体層1を形成し、本発明の電界効果トランジスタを作製した。
A 230 nm SiO 2 film (insulator layer 2) was coated on a doped silicon wafer (substrate (gate electrode) 8) (self-made) by thermal oxidation. The back surface (the surface opposite to the
このようにして得られた電界効果トランジスタの特性を、室温真空下で、R6246(アドバンテスト社製)を用いて測定した。素子のFET特性は、室温真空下で測定した。測定は、作製した電界効果トランジスタのソース・ドレイン間に0から−100Vの電圧を印加し、ソース・ゲート間に印加された電圧を0Vから-100Vの範囲で変化させて、ソース・ドレイン間に印加された電圧(Vd)に対して流れる電流を測定することにより行った。得られた測定データから、以下の式
id={Wμ(Vg−Vt)2Ci}/2L
を用いてキャリア移動度(μ)を求めた(Y. Kunugi, K. Takimiya, K. Yamashita, Y. Aso, T. Otsubo, Chem. Lett.,958 (2002))。ここで、idはソース・ドレイン間に印加された電圧Vdに対して流れる電流を、Vgはソース・ゲート間に印加される電圧を、Vtは閾値電圧を、Ciは絶縁体層の単位面積当たりの静電容量を、Wはチャネル幅を、Lはチャネル長を表す。また、オンオフ比は、ソース・ドレイン間に−100Vの電圧を印加し、ソース・ゲート間に印加される電圧を0Vから−100Vの範囲で変化させたときの、最大と最小のソース・ドレイン間に流れる電流の比として求めた。
The properties of the field effect transistor thus obtained were measured using R6246 (manufactured by Advantest) under vacuum at room temperature. The FET characteristics of the device were measured under room temperature vacuum. In the measurement, a voltage of 0 to −100 V is applied between the source and the drain of the manufactured field effect transistor, and the voltage applied between the source and the gate is changed in the range of 0 V to −100 V, so that the voltage between the source and the drain is changed. This was done by measuring the current flowing against the applied voltage (Vd). From the obtained measurement data, the following equation id = {Wμ (Vg−Vt) 2 Ci} / 2L
Was used to determine the carrier mobility (μ) (Y. Kunugi, K. Takimiya, K. Yamashita, Y. Aso, T. Otsubo, Chem. Lett., 958 (2002)). Here, id is a current flowing with respect to a voltage Vd applied between the source and drain, Vg is a voltage applied between the source and gate, Vt is a threshold voltage, and Ci is a unit area of the insulator layer. , W represents the channel width, and L represents the channel length. The on / off ratio is the maximum and minimum between the source and drain when a voltage of −100 V is applied between the source and drain and the voltage applied between the source and gate is changed in the range of 0 V to −100 V. It was calculated | required as ratio of the electric current which flows into.
以下の表に、T10、T12、T14、T7およびT5をそれぞれ有機半導体材料として用いて作製した電界効果トランジスタのキャリア移動度(μ)およびオンオフ比を示す。 The table below shows the carrier mobility (μ) and the on / off ratio of field effect transistors manufactured using T10, T12, T14, T7, and T5 as organic semiconductor materials, respectively.
表1に示すように、T10、T12、T14、T7、T5のいずれもがFET特性を示すことがわかった。また、各繰り返し単位中のチオフェン鎖が12、14のチオフェンからなる場合は、5、7、10のチオフェンからなる場合よりも、キャリア移動度が1オーダー大きいことがわかった。さらに、繰り返し単位中のチオフェン鎖のチオフェンが、7、10、12と増加するにつれて、オンオフ比が10倍大きくなった。なお、T5のみがケイ素原子に結合する置換基にアルコキシル基(エトキシ基)を含むことから、ケイ素原子に結合する置換基がアルキル基(ブチル基)である場合よりアルコキシル基(エトキシ基)である方がFET特性がより良くなり、T5はT7よりもオンオフ比が大きくなったと考えられる。一方、繰り返し単位中のチオフェン鎖のチオフェンが、12から14に増加しても、オンオフ比もキャリア移動度もともに向上が見られなくなった。これらの結果より、主鎖にチオフェン鎖とケイ素原子とを含む有機半導体においては、チオフェン鎖の長さがある程度の長さになるまでは、FET特性が向上するが、チオフェン鎖が一定の長さより長くなると、FET特性の向上の程度は減少することがわかった。 As shown in Table 1, it was found that all of T10, T12, T14, T7, and T5 exhibited FET characteristics. It was also found that the carrier mobility was 1 order of magnitude higher when the thiophene chain in each repeating unit was composed of 12, 14 thiophenes than when it was composed of 5, 7, 10 thiophenes. Furthermore, as the thiophene of the thiophene chain in the repeating unit increased to 7, 10, and 12, the on / off ratio increased 10 times. Since only T5 contains an alkoxyl group (ethoxy group) in the substituent bonded to the silicon atom, the substituent bonded to the silicon atom is an alkoxyl group (ethoxy group) than when the substituent is an alkyl group (butyl group). It is considered that the FET characteristics were improved, and that the on / off ratio of T5 was larger than that of T7. On the other hand, even when the thiophene in the thiophene chain in the repeating unit increased from 12 to 14, neither the on-off ratio nor the carrier mobility was improved. From these results, in an organic semiconductor containing a thiophene chain and a silicon atom in the main chain, the FET characteristics are improved until the length of the thiophene chain reaches a certain length, but the thiophene chain is longer than a certain length. It has been found that the degree of improvement in FET characteristics decreases with increasing length.
以上のように、本発明にかかる有機半導体材料は、電界効果トランジスタ等の電子デバイスに用いることができる。従って、軽量で柔軟性を有する電子デバイスの提供、真空プロセスを必要としないことによる電子デバイス製造コストの抑制、大画面デバイス製造の容易化等、有機半導体材料の利点を有効に利用することができる。それゆえ、本発明は、有機半導体材料の製造を行う化学工業やこれを利用する種々の電子デバイスを製造する半導体工業において利用可能であるのみならず、さらには電子デバイスを組み込んだ各種製品を製造する電子機器製造工業等においても利用可能であり、しかも非常に有用であると考えられる。 As described above, the organic semiconductor material according to the present invention can be used for electronic devices such as field effect transistors. Therefore, it is possible to effectively use the advantages of organic semiconductor materials such as provision of lightweight and flexible electronic devices, suppression of electronic device manufacturing costs by not requiring a vacuum process, and facilitation of large screen device manufacturing. . Therefore, the present invention can be used not only in the chemical industry that manufactures organic semiconductor materials, but also in the semiconductor industry that manufactures various electronic devices using the organic semiconductor materials, and also manufactures various products incorporating electronic devices. It can also be used in the electronic equipment manufacturing industry, and is considered to be very useful.
1 半導体層
2 絶縁体層
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 基板
7 ゲートコンタクト
8 基板(ゲート電極)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
で表される構造を有するポリマーまたはオリゴマーからなる有機半導体材料。 General formula (1) or (2)
An organic semiconductor material comprising a polymer or oligomer having a structure represented by:
該チャネルを構成する半導体層が請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする電界効果トランジスタ。 A source electrode, a drain electrode, a channel disposed between the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode directly or indirectly in contact with the channel, and changing a voltage applied to the gate electrode In the field effect transistor that controls the current flowing between the source electrode and the drain electrode by
A semiconductor layer constituting the channel includes the organic semiconductor material according to claim 1.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000143812A (en) * | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Photoconductive silicon polymer and its production |
JP2004273981A (en) * | 2003-03-12 | 2004-09-30 | Konica Minolta Holdings Inc | Organic semiconductor and organic thin film transistor |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000143812A (en) * | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Photoconductive silicon polymer and its production |
JP2004273981A (en) * | 2003-03-12 | 2004-09-30 | Konica Minolta Holdings Inc | Organic semiconductor and organic thin film transistor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008032715A1 (en) | 2006-09-12 | 2008-03-20 | Hiroshima University | Organic semiconductor material, organic semiconductor device using the same, and their production methods |
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