JP2009537676A5

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Publication number: JP2009537676A5
Application number: JP2009511417A
Authority: JP
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2027-05-24

Description

本発明は、例えば電子または光電子部品に設けられた、半導体マトリクス材料、電荷注入層、電極材料、及び、ストレージ材料の改良を目的とするものである。具体的には、ドープされた半導体マトリクス材料にとってのドーパントとして用いられる化合物であり、マトリクス材料自体に悪影響を与えることなく充分に高い酸化還元電位を実現することができるとともに、マトリクス材料の電荷担体数の効果的な上昇をもたらすことができ、更には、比較的簡易な手法で扱うことが可能な化合物を提供することを目的とするものである。

驚くことには、本発明に係る遷移金属錯体を用いた場合には、周知の受容体化合物の場合と比べてはるかに強く、且つ／または安定なドーパントを実現することができることが示された。ここで、周知の受容体化合物とは、有機半導体マトリクス材料との混合体として、ｐ−ドーパントである中性の形態の平面正方形遷移金属錯体を含む化合物である。具体的には、本発明に係る遷移金属錯体を用いた場合には、電荷搬送層の導電率が飛躍的に上昇し、及び／または、それらを電子部品として適用した場合にコンタクトと有機層との間の電荷担体の遷移を著しく改善することができた。尚、本発明は、この概念に限定されるものではなく、本発明に係る遷移金属錯体がドープ層に用いられると、電荷移動錯体（CT complexes）が形成、具体的には、少なくとも１つの電子がそれぞれ周囲にあるマトリクス材料から移動することによってＣＴ化合物が形成されることが考えられる。また、マトリクス材料上にモバイルホール（mobile holes）を有するマトリクス材料の陽イオンが形成されることも考えられる。このようなマトリクス材料は、ドープされていないマトリクス材料の導電率と比較した場合に、より大きな導電率を得ることができる。ドープされていないマトリクス材料の導電率は、一般に１０^−８ｓ／ｃｍ未満で、具体的には、１０^−１０ｓ／ｃｍ未満であることが好ましい。ここで付記するが、マトリクス材料は、充分に純度が高いものである。このような純度は、従来法によって得ることができ、例えば、勾配昇華によって得ることができる。ドーピングすることによって、このようなマトリクス材料の導電率を、１０−８ｓ／ｃｍよりも大きくすることができ、このましくは、１０^−５ｓ／ｃｍよりも大きくすることが可能である。これで、特に、酸化電位が−０．５Ｖ vs. Ｆｃ／Ｆｃ^＋よりも大きく、好ましくは０Ｖ vs. Ｆｃ／Ｆｃ^＋よりも大きく、より好ましくは＋０．２Ｖ vs. Ｆｃ／Ｆｃ^＋よりも大きいマトリクス材料を提供することができる。尚、Ｆｃ／Ｆｃ^＋とは、フェロセン／フェロセニウムの酸化還元対を示しており、電位の電気化学的測定において、サイクリックボルタンメトリーのように基準として用いられるものである。

〔ドーピング〕
とりわけ、例えば、Ｚｎ（ＺｎＰｃ）、Ｃｕ（ＣｕＰｃ）、Ｎｉ（ＮｉＰｃ）または他の金属といったフタロシアン錯体が、ｐ−ドーピング可能なマトリクス材料として用いることができ、フタロシアン配位子を置換することも可能である。また、ナフトシアニンやポルフィリンの金属錯体を適宜用いることもできる。更に、アリール化またはヘテロアリール化アミン、及びベンジジン誘導体もまた、置換もしくは非置換のマトリクス材料として用いることができ、特に、スピロ結合のもの（例えば、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＴＤＡＴＡ、スピロＴＴＢ）も用いることができる。好ましくは、マトリクス材料としてＮＰＤを用いることができる。

多環芳香族炭化水素に加えて、複素環式芳香族化合物（特に、イミダゾール、チオフェン、チアゾール誘導体、ヘテロトリフェニレンなど）もまたマトリクス材料として用いることができ、更には、二量体、オリゴマー、または、重合体の複素環式芳香族化合物であってもよい。複素環式芳香族化合物は、好ましくは置換体で、とりわけアリール置換体（例えば、フェニル−またはナフチル−置換体）が好ましい。また、これらはスピロ化合物としても存在することができる。

室温で１０^−５ｓ／ｃｍ以上の高い導電率、例えば１０^−３ｓ／ｃｍ以上の高い導電率を有する半導体層を実現するためには、例えば、スピロＴＴＢもしくはＺｎＰｃをマトリクスとして用いる場合、本発明で用いる電子不足な遷移金属錯体化合物をドーパントとして用いる。フタロシアニン亜鉛をマトリクスとして用いる場合には、１０^−８ｓ／ｃｍよりも高い導電率、例えば１０^−６ｓ／ｃｍの導電率を有するものが得られた。従前はこのマトリクスを有機受容体でドープしたとしてもこのような高い導電率を有するものを得ることはできなかった。なぜなら、マトリクスの酸化電位が低すぎたからである。尚、ドープしていないフタロシアニンの導電率は最大で１０^−１０ｓ／ｃｍである。

電子不足な遷移金属錯体化合物はマトリクス材料と同時に蒸着される。マトリクス材料としては、実施形態に基づいてスピロＴＴＢまたはα−ＮＰＤを用いることができる。ｐ−ドープ及びマトリクス材料は、真空蒸着システムにおいてｐ−ドーパントとマトリクス材料とが１：１０であるドーピング速度で、基板上に層が沈降するような手法で蒸着することができる。

Claims

ｐ−ドープされた有機半導体材料であって、
ｐ−ドープ可能なマトリクス及び電子不足な平面正方形遷移金属錯体を含み、
上記電子不足な平面正方形遷移金属錯体が、以下の化学式（Ｉ）；

（ここで、
式中のＭは、元素周期表の第８〜１１族に属する遷移金属のうちの１つであり、
また、式中のＸ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、及びＸ_４は、Ｓ、ＮＲ_５、及び、ＰＲ_５からなる群からそれぞれ独立して選択される１つであり、当該Ｒ_５は、直鎖または分岐アルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、縮合芳香環、供与基、及び、受容基からなる群から選択される１つの置換体または非置換体であり、
また、式中のＲ_１及びＲ_２は、芳香族化合物、複素環式芳香族化合物、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、及び、ニトリルからなる群からそれぞれ独立して選択される１つの置換体または非置換体であり、）
の構造を有しており、
上記ｐ−ドープ可能なマトリクスは、金属フタロシアニン錯体、金属ナフトシアニン錯体、金属ポルフィリン錯体、アリール化アミン、ヘテロアリール化アミン、アリール化ベンジジン、及び、ヘテロアリール化ベンジジンからなる群から選択される
ことを特徴とする、ｐ−ドープされた有機半導体材料。
式中の上記Ｍは、ニッケル、銅、パラジウム、白金、鉄、コバルト、ルテニウム、及び、オシミウムからなる群から選択される１つであることを特徴とする請求項１に記載の、ｐ−ドープされた有機半導体材料。
式中の上記Ｍは、ニッケル、パラジウム、白金、及び、鉄からなる群から選択される１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の、ｐ−ドープされた有機半導体材料。
式中の上記Ｒ_１及上記Ｒ_２は、置換フェニル、２−ピリジル、メチル、プロピル、イソプロピル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、及び、トリクロロメチルからなる群から選択された１つであることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の、ｐ−ドープされた有機半導体材料。
式中の上記Ｒ_１及上記Ｒ_２は、トリフルオロメチルフェニル、アニシル、トリル、２−ピリジル、メチル、プロピル、イソプロピル、トリフルオロメチル、ペンタフルオロエチル、及び、トリクロロメチルからなる群から選択された１つであることを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の、ｐ−ドープされた有機半導体材料。
マトリクス分子に対する電子不足な平面正方形遷移金属錯体のドーピングモル比、またはポリマーマトリクス分子をモノマー単位で換算したものに対する電子不足な平面正方形遷移金属錯体のドーピング比が、１：１〜１：１００の範囲であることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の有機半導体材料。
電子的及び機能的に活性している活性領域を有する電子または光電子部品であって、
請求項１から６までの何れか１項に記載のｐ−ドープされた有機半導体材料の少なくとも１つが、上記活性領域に含まれていることを特徴とする電子または光電子部品。
有機発光ダイオード、光電池、有機太陽電池、有機ダイオード、または、有機電界効果トランジスタの形態であることを特徴とする請求項７に記載の電子または光電子部品。
電子不足な平面正方形遷移金属錯体の使用であって、
上記電子不足な平面正方形遷移金属錯体が、以下の化学式（Ｉ）；

（ここで、
式中のＭは、元素周期表の第８〜１１族に属する遷移金属のうちの１つであり、
また、式中のＸ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、及びＸ_４は、Ｓ、ＮＲ_５、及び、ＰＲ_５からなる群からそれぞれ独立して選択される１つであり、当該Ｒ_５は、直鎖または分岐アルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、縮合芳香環、供与基、及び、受容基からなる群から選択される１つの置換体または非置換体であり、
また、式中のＲ_１及びＲ_２は、芳香族化合物、複素環式芳香族化合物、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、及び、ニトリルからなる群からそれぞれ独立して選択される１つの置換体または非置換体であり、）
を有しており、
電子部品に含まれるドープされた有機層であって、上記電子不足な平面正方形遷移金属錯体と、金属フタロシアニン錯体、金属ナフトシアニン錯体、金属ポルフィリン錯体、アリール化アミン、ヘテロアリール化アミン、アリール化ベンジジン、及び、ヘテロアリール化ベンジジンからなる群から選択されるｐ−ドープ可能なマトリクスとを含む有機層における導電性又は電荷担体注入の改善のための、電子不足な平面正方形遷移金属錯体の使用。