JP2014036039A - Organic semiconductor material, and organic semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チエノチオフェン骨格を有する化合物からなる新規の有機半導体材料及びそれを用いた有機半導体デバイスに関する。 The present invention relates to a novel organic semiconductor material comprising a compound having a thienothiophene skeleton and an organic semiconductor device using the same.
有機半導体は、フレキシブルであり、これを用いることによりデバイスの大面積化が可能であることから、近年注目されており、このような特長を利用して、有機電界効果トランジスタや有機薄膜太陽電池、有機発光ダイオード等の有機半導体デバイスへの応用が進められている。 Since organic semiconductors are flexible and can be used to increase the area of devices, they have been attracting attention in recent years. Using these features, organic field-effect transistors, organic thin-film solar cells, Applications to organic semiconductor devices such as organic light-emitting diodes are underway.
有機電界効果トランジスタにおいては、ポリアセチレンやポリチオフェンが有機半導体材料として初めて適用されたが、トランジスタとしての性能が低く、実用化には至らなかった。しかしながら、近年、ペンタンセンやポリヘキシルチオフェン等により、それぞれ電荷移動度１．５ｃｍ2／Ｖｓ、０．１ｃｍ2／Ｖｓの実用化レベルの移動度が示されたことにより、有機半導体材料は、シリコンデバイスにはない機能を持つ新たな半導体材料としての期待が高まっている。 In organic field effect transistors, polyacetylene and polythiophene were first applied as organic semiconductor materials, but their performance as a transistor was low, and they were not put into practical use. However, in recent years, by Pentansen and polyhexylthiophene like, by which practical level mobility of the respective charge mobility 1.5cm 2 /Vs,0.1cm 2 / Vs is shown, the organic semiconductor material is silicon devices Expectations are growing as new semiconductor materials with functions that are not available.
有機電界効果トランジスタの一般的な素子構造を図１に示す。図１に示す有機電界効果トランジスタ素子は、いわゆるボトムコンタクト型であり、ゲート電極１上にゲート絶縁膜２が積層されており、その上に所定間隔でドレイン電極３及びソース電極４が形成されており、さらにその上に有機半導体層５が積層されている。この有機電界効果トランジスタ素子は、前記電極３，４間を流れる電流を、ゲート絶縁膜２を介して設けられたゲート電極１に電圧を印加することにより制御するものである。
A general element structure of an organic field effect transistor is shown in FIG. The organic field effect transistor element shown in FIG. 1 is a so-called bottom contact type, in which a
このような有機電界効果トランジスタにおいては、ゲート電極１に電圧を加えると、絶縁膜２−ゲート電極１界面、及び、有機半導体層５−ゲート絶縁膜２界面に電荷が蓄積される。このとき、ソース電極３−ドレイン電極４間に電圧をかけると、両電極間の有機半導体層、すなわち、実効的チャネル層では、有機分子間を電子又は正孔が伝導し、これにより半導体としての性質を示す。前記実効的チャネル層が、このような半導体としての性質を示すためには、有機分子が規則的に配列した薄膜として形成されることが求められる。
したがって、有機半導体層５を構成する有機半導体材料においては、分子の配向性や電荷輸送のためのπ共役の重なり等が重要な要素なる。
In such an organic field effect transistor, when a voltage is applied to the
Therefore, in the organic semiconductor material constituting the
これに対しては、従来は、π電子系の拡張による強い分子間相互作用を期待した直線的な縮合環数の増加が試みられてきた。ペンタセン等の直線的オリゴアセンは、縮合環数の増加とともに、π共役が拡張され、配向性が増大し、電荷移動度が向上する。このため、再組織化エネルギーが低下し、また、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯエネルギーギャップが狭まるため、高い半導体特性が得られる。 Conventionally, attempts have been made to increase the number of linear condensed rings in anticipation of strong intermolecular interactions by expanding the π-electron system. In linear oligoacene such as pentacene, as the number of condensed rings increases, π conjugation is expanded, orientation is increased, and charge mobility is improved. For this reason, the reorganization energy is reduced and the HOMO-LUMO energy gap is narrowed, so that high semiconductor characteristics can be obtained.
しかしながら、縮合環数の増加は、安定性及び溶解性の著しい低下を招き、実際、ペンタセンの薄膜形成は、成膜コストの抑制が可能なウェットプロセスでは困難であり、蒸着等によるドライプロセスで行わなければならない。また、より縮合環数の多いヘキサセンやヘプタセンは、大気中での安定性が低く、半導体性能の測定が困難である。 However, the increase in the number of condensed rings leads to a significant decrease in stability and solubility, and in fact, pentacene thin film formation is difficult with a wet process that can control the film formation cost, and is performed by a dry process such as vapor deposition. There must be. Further, hexacene and heptacene having a larger number of condensed rings have low stability in the air, and it is difficult to measure semiconductor performance.
このため、縮合多環芳香族化合物による有機半導体材料においては、新たな分子設計が求められている。特に、有機溶媒への溶解性が低いことは、有機材料の特長を最大限に活用したプロセス、すなわち、インクジェット法に代表されるウェットプロセスによる簡便な大面積デバイスの作製において大きな障害となる。 For this reason, a new molecular design is required for organic semiconductor materials made of condensed polycyclic aromatic compounds. In particular, the low solubility in an organic solvent is a major obstacle in the production of a simple large-area device by a process that makes the best use of the characteristics of an organic material, that is, a wet process typified by an inkjet method.
上記のような縮合環数の増加に伴う安定性の低下を改善する方法としては、ＨＯＭＯレベルの低下を目的とした硫黄原子の導入が知られている。しかしながら、硫黄原子の導入は、分子の安定化は達成できるものの、溶解性の改善には寄与しないものであった。
また、アルキル鎖等の嵩高い置換基の導入による溶解性の向上も図られてきたが、長鎖アルキル基の導入は分子パッキングに不利であり、溶解性と配向性との間での上述したようなトレードオフの関係から、半導体性能の向上には寄与しないものであった。
As a method for improving the decrease in stability due to the increase in the number of condensed rings as described above, introduction of a sulfur atom for the purpose of decreasing the HOMO level is known. However, introduction of sulfur atoms can achieve stabilization of the molecule but does not contribute to improvement of solubility.
In addition, the solubility has been improved by introducing a bulky substituent such as an alkyl chain, but the introduction of a long-chain alkyl group is disadvantageous for molecular packing, and it has been described above between solubility and orientation. From such a trade-off relationship, the semiconductor performance has not been improved.
これに対して、本発明者らは、縮合環骨格の折れ曲がり構造に着目し、溶解性の向上を図るべく、研究を進めてきた。そして、縮合環数６の無置換アセン類似構造であるにもかかわらず、ジクロロメタンに対して４００ｐｐｍの溶解度を有し、しかも、折れ曲がり骨格であるにもかかわらず、分子配列が規則的である下記に示す化合物（ＮＢＢＴ）を合成することに成功した（非特許文献１参照）。 On the other hand, the present inventors have focused on the bent structure of the condensed ring skeleton, and have been researching to improve the solubility. And although it is an unsubstituted acene-like structure having 6 condensed rings, it has a solubility of 400 ppm with respect to dichloromethane, and its molecular arrangement is regular despite being a folded skeleton. The compound (NBBT) shown was successfully synthesized (see Non-Patent Document 1).
また、特許文献１には、下記に示すようなチエノチオフェン骨格を有する有機半導体材料が提案されており、ジクロロメタンに対する溶解度が７７０ｍｇ／ｌ（約５９２ｐｐｍ）であることが記載されている。
しかしながら、ウェットプロセスによる成膜を行うためには、溶解度が４００〜６００ｐｐｍ程度では十分とは言えず、実用のためには、少なくとも１０００ｐｐｍの溶解度が必要である。また、ＮＢＢＴは、電荷移動度についても十分なレベルとは言えなかった。 However, in order to form a film by a wet process, a solubility of about 400 to 600 ppm is not sufficient. For practical use, a solubility of at least 1000 ppm is required. Moreover, NBBT could not be said to have a sufficient level of charge mobility.
したがって、縮合環数の増加によっても、より溶解度を高めることができ、かつ、π共役の拡張による半導体性能の向上を図ることができる有機半導体材料が求められている。 Therefore, there is a demand for an organic semiconductor material that can increase the solubility even when the number of condensed rings is increased and can improve semiconductor performance by extending π conjugation.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低分子系の有機半導体材料において、縮合環数の増加によりπ共役を拡張し、半導体性能の向上を図ることができ、しかも、溶解性が向上し、ウェットプロセスによる成膜が可能であって、簡便な合成により得ることができる有機半導体材料及びそれを用いた有機半導体デバイスを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a low molecular weight organic semiconductor material, the π conjugation can be expanded by increasing the number of condensed rings, and the semiconductor performance can be improved, An object of the present invention is to provide an organic semiconductor material having improved solubility and capable of film formation by a wet process, which can be obtained by simple synthesis, and an organic semiconductor device using the same.
本発明に係る有機半導体材料は、下記一般式（１）で表されるチエノチオフェン骨格を有する化合物からなる。 The organic semiconductor material according to the present invention comprises a compound having a thienothiophene skeleton represented by the following general formula (1).
前記式（１）中、Ａは、同一の縮合環を表す。 In the formula (1), A represents the same condensed ring.
このようなチエノチオフェン骨格を有する化合物によれば、溶解性を向上させることができ、かつ、半導体性能の向上も図ることができる。 According to such a compound having a thienothiophene skeleton, solubility can be improved and semiconductor performance can be improved.
前記一般式（１）で表される化合物においては、Ａが、ナフタレン、アントラセン、ペンタセン、フェナントレン、トリフェニレンのうちのいずれかであることが好ましい。
これらの中でも、特に、Ａがアントラセンである下記化学式で表される化合物が好ましい。
In the compound represented by the general formula (1), A is preferably any one of naphthalene, anthracene, pentacene, phenanthrene, and triphenylene.
Among these, a compound represented by the following chemical formula in which A is anthracene is particularly preferable.
また、本発明によれば、上記のいずれかの有機半導体材料が用いられている有機半導体デバイスが提供される。 Moreover, according to this invention, the organic-semiconductor device in which one of said organic-semiconductor materials is used is provided.
本発明によれば、低分子系の有機半導体材料において、縮合環数を増加させても、溶解性を向上させることができ、ウェットプロセスによる成膜が可能となる。また、π共役が拡張されるため、半導体性能の向上も図ることができる。
しかも、本発明に係る有機半導体材料は、比較的少ない工程で簡便に合成することができる有用な新規の有機半導体材料である。
したがって、本発明に係る有機半導体材料を用いることにより、有機半導体デバイスを簡便に作製することが可能であり、かつ、有機電界効果トランジスタにおける高い電荷移動度や、有機太陽電池における高い変換効率が得られる等、有機半導体デバイスの性能の向上が期待される。
According to the present invention, in a low molecular weight organic semiconductor material, solubility can be improved even when the number of condensed rings is increased, and film formation by a wet process becomes possible. In addition, since π conjugation is expanded, semiconductor performance can be improved.
Moreover, the organic semiconductor material according to the present invention is a useful novel organic semiconductor material that can be easily synthesized with relatively few steps.
Therefore, by using the organic semiconductor material according to the present invention, it is possible to easily produce an organic semiconductor device, and high charge mobility in an organic field effect transistor and high conversion efficiency in an organic solar cell are obtained. The performance of organic semiconductor devices is expected to be improved.
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係る有機半導体材料は、下記（化５）に示すチエノ［２，３−ｂ］チオフェンを基本骨格に有するものである。このチエノ［２，３−ｂ］チオフェンは、下記（化６）に示すチエノ［３，２−ｂ］チオフェンが点対称構造であるのに対して、２つのチオフェン環の硫黄原子が同じ向きに位置している。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The organic semiconductor material according to the present invention has thieno [2,3-b] thiophene shown in the following (Chemical Formula 5) as a basic skeleton. In this thieno [2,3-b] thiophene, the thieno [3,2-b] thiophene shown below (Chemical Formula 6) has a point-symmetric structure, whereas the sulfur atoms of the two thiophene rings are in the same direction. positioned.
このため、本発明に係る有機半導体材料の分子構造は、このチエノ［２，３−ｂ］チオフェン骨格を中心とした線対称の折れ曲がり構造となる。
このように、従来の有機半導体材料の分子設計においては、分子の配向性の観点から、主として直線的かつ点対称とする傾向にあったのに対して、本発明は、これとは異なり、非点対称型の折れ曲がり構造を導入した点に特徴を有している。
For this reason, the molecular structure of the organic semiconductor material according to the present invention is a line-symmetric bent structure around the thieno [2,3-b] thiophene skeleton.
Thus, in the conventional molecular design of organic semiconductor materials, from the viewpoint of molecular orientation, there was a tendency to be mainly linear and point-symmetric, whereas the present invention is different from this. It is characterized by the introduction of a point-symmetric bent structure.
本発明に係る有機半導体材料は、上記一般式（１）に示したように、チエノ［２，３−ｂ］チオフェン骨格の両端に同一の縮合環が結合しているものである。
本発明においては、半導体性能に影響を及ぼす官能基を導入することなく、前記縮合環が無置換のアセンであっても、上記のようなチエノチオフェン骨格の導入によって構築される分子の折れ曲がり構造のみによって、溶解性を高めることが可能である。
有機半導体デバイスを作製する際の有機薄膜の形成において、従来のチオフェン環を有する有機半導体材料では、ジクロロメタン等の有機溶媒への溶解性が十分でなく、低コストで大面積の成膜が可能なウェットプロセスを適用することは困難であったが、本発明に係る有機半導体材料によれば、ウェットプロセスを行うために必要とされる１０００ｐｐｍ以上の溶解性を得ることができる。
The organic semiconductor material according to the present invention is one in which the same condensed ring is bonded to both ends of the thieno [2,3-b] thiophene skeleton as shown in the general formula (1).
In the present invention, only the bent structure of the molecule constructed by the introduction of the thienothiophene skeleton as described above, even if the condensed ring is an unsubstituted acene, without introducing a functional group that affects semiconductor performance. It is possible to increase the solubility.
In forming an organic thin film when manufacturing an organic semiconductor device, conventional organic semiconductor materials having a thiophene ring are not sufficiently soluble in an organic solvent such as dichloromethane, and can be formed into a large area at low cost. Although it has been difficult to apply the wet process, the organic semiconductor material according to the present invention can achieve a solubility of 1000 ppm or more required for performing the wet process.
また、本発明に係る有機半導体材料は、縮合環のπ共役も保持されるため、半導体性能の向上も図られる。
さらに、本発明に係る有機半導体材料は、チエノチオフェン骨格を中心とした線対称の分子構造を有しているため、市販の化合物を原料として、比較的容易に少ないステップで合成することができるという利点も有している。
In addition, since the organic semiconductor material according to the present invention retains the π conjugate of the condensed ring, the semiconductor performance can be improved.
Furthermore, since the organic semiconductor material according to the present invention has a line-symmetric molecular structure centered on the thienothiophene skeleton, it can be synthesized with relatively few steps using commercially available compounds as raw materials. It also has advantages.
本発明に係る有機半導体材料としては、具体的には、上記一般式（１）におけるＡが、ナフタレン、アントラセン、ペンタセン、フェナントレン、トリフェニレンのうちのいずれかであることが好ましい。これらの化合物の具体例を下記に示す。
これらの中でも、特に、Ａがアントラセンである２，３ｂ−ＤＡＴＴが好ましい。
Specifically, as the organic semiconductor material according to the present invention, it is preferable that A in the general formula (1) is any one of naphthalene, anthracene, pentacene, phenanthrene, and triphenylene. Specific examples of these compounds are shown below.
Among these, 2,3b-DATT in which A is anthracene is particularly preferable.
上記のような本発明に係る有機半導体材料の合成方法は、特に限定されるものではないが、上記例示した化合物のうち、例えば、２，３ｂ−ＤＡＴＴについては、下記実施例に示すような方法により合成することするができる。
この合成方法は、フリーデル−クラフツアシル化反応により、チエノ［２，３−ｂ］チオフェンの２，５位にナフタレンジカルボン酸無水物を付加させ、次に、ポリリン酸を用いた環化反応を行った後、塩化水銀を用いて還元するものである。
このように、２，３ｂ−ＤＡＴＴは、市販の化合物を原料として、３ステップで合成することが可能である。
上記（化７）において例示した他の化合物は、チエノ［２，３−ｂ］チオフェンに付加させるナフタレンジカルボン酸無水物に代えて、下記に示す市販のカルボン酸無水物を用いることにより、同様の方法で合成することができる。
The method for synthesizing the organic semiconductor material according to the present invention as described above is not particularly limited, but among the compounds exemplified above, for example, for 2,3b-DATT, the method as shown in the following examples. Can be synthesized.
In this synthesis method, naphthalenedicarboxylic anhydride is added to the 2,5-positions of thieno [2,3-b] thiophene by Friedel-Crafts acylation reaction, and then cyclization reaction using polyphosphoric acid is performed. Then, reduction is performed using mercury chloride.
Thus, 2,3b-DATT can be synthesized in three steps using a commercially available compound as a raw material.
Other compounds exemplified in the above (Chemical Formula 7) can be obtained by replacing the naphthalenedicarboxylic anhydride to be added to thieno [2,3-b] thiophene with the following commercially available carboxylic anhydride. It can be synthesized by the method.
本発明に係る有機半導体材料は、上述したように、従来よりも溶解性が改善され、かつ、合成プロセスも簡便であることから、ウェットプロセスによる低コストでの有機半導体デバイスの作製を可能とし得るものであり、有用な材料である。
また、本発明に係る有機半導体材料は、低分子系であっても高い電荷移動度が得られることから、有機半導体デバイスに適用することにより、例えば、有機電界効果トランジスタにおいては電荷移動度の増大が図られ、また、有機太陽電池においては変換効率の向上が図られる等、デバイス性能の向上が期待される。
As described above, the organic semiconductor material according to the present invention has improved solubility as compared with the conventional method, and the synthesis process is simpler. Therefore, the organic semiconductor material can be manufactured at a low cost by a wet process. Is a useful material.
In addition, since the organic semiconductor material according to the present invention can obtain high charge mobility even in a low molecular system, by applying it to an organic semiconductor device, for example, in an organic field effect transistor, the charge mobility is increased. In addition, the organic solar cell is expected to improve device performance such as improvement in conversion efficiency.
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
（２，３ｂ−ＤＡＴＴの合成）
本発明に係る有機半導体材料の代表例として、２，３ｂ−ＤＡＴＴを下記に示すような３ステップで合成した。
(Synthesis of 2,3b-DATT)
As a representative example of the organic semiconductor material according to the present invention, 2,3b-DATT was synthesized in three steps as shown below.
まず、２００ｍｌ三口フラスコに、ナフタレンジカルボン酸無水物（化合物２）２．８３ｇ（７．１３ｍｍｏｌ）と塩化アルミニウム６．００ｇ（４５．０ｍｍｏｌ）を入れ、窒素雰囲気下、０℃とした。これに、１，２−ジクロロエタンを５０ｍｌ加え、３０分撹拌した。その後、１，２−ジクロロエタン３０ｍｌに混合したチエノチオフェン（化合物１）１．００ｇ（７．１３ｍｍｏｌ）を１２時間かけて滴下し、２４時間撹拌した。
１０％塩酸５０ｍｌを加え、反応を停止させ、吸引ろ過した。ろ物を１０％水酸化ナトリウム水溶液で溶解して吸引ろ過し、ろ物に水を加えて溶解した後、濃塩酸でｐＨ１として、再度吸引ろ過し、化合物３を収率３０．０％、収量１．１５ｇで得た。
First, 2.83 g (7.13 mmol) of naphthalenedicarboxylic anhydride (Compound 2) and 6.00 g (45.0 mmol) of aluminum chloride were placed in a 200 ml three-necked flask, and the temperature was adjusted to 0 ° C. in a nitrogen atmosphere. To this, 50 ml of 1,2-dichloroethane was added and stirred for 30 minutes. Thereafter, 1.00 g (7.13 mmol) of thienothiophene (compound 1) mixed in 30 ml of 1,2-dichloroethane was added dropwise over 12 hours, and the mixture was stirred for 24 hours.
The reaction was stopped by adding 50 ml of 10% hydrochloric acid, and suction filtration was performed. The filtrate was dissolved in a 10% aqueous sodium hydroxide solution and suction filtered. Water was added to the filtrate and dissolved, and then the solution was suction filtered again with concentrated hydrochloric acid to
得られた化合物３の1Ｈ ＮＭＲ及びＦＤイオン化法による高分解能質量分析（ＨＲＭＳ）の測定結果を以下に示す。
1Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＤＭＳＯ−ｄ６）：δ＝８．６２３（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．２０５（ｄｄ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．１７８（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．０９７（ｄｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．３７Ｈｚ，ＡｒＨ），７．７５１（ｄｄｄ，４Ｈ，ＡｒＨ），７．５４１（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ）
ＨＲＭＳ（ＦＤ+）：Ｃ30Ｈ16Ｏ6Ｓ2（Ｍ+）ｍ／ｚ＝５３６．０３８９１（計算値５３６．０３８８３）
The measurement result of the high resolution mass spectrometry (HRMS) by 1 H NMR and FD ionization method of the obtained
1 H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ = 8.623 (s, 2H, ArH), 8.205 (dd, 2H, ArH), 8.178 (s, 2H, ArH), 8.097 ( dd, 2H, J = 7.37 Hz, ArH), 7.751 (ddd, 4H, ArH), 7.541 (s, 2H, ArH)
HRMS (FD + ): C 30 H 16 O 6 S 2 (M + ) m / z = 536.03891 (calculated value 536.03883)
次に、５０ｍｌ二口フラスコに、化合物３を０．１ｇ（０．１９ｍｍｏｌ）入れ、窒素雰囲気下とし、ポリリン酸３０ｍｌを加え、８０℃に加熱して２４時間撹拌した。その後、室温まで空冷し、反応液を氷水に入れ、撹拌し、ポリリン酸を加水分解した。水層が無色透明になるまでジクロロメタンで抽出し、ジクロロメタンをエバポレータで留去し、化合物４を収率４０．１％、収量３９ｍｇで得た。
Next, 0.1 g (0.19 mmol) of
得られた化合物４の1Ｈ ＮＭＲ及びＦＤイオン化法によるＨＲＭＳの測定結果を以下に示す。
1Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3）：δ＝８．９０２（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．７７８（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．１２３（ｄｄ，４Ｈ，Ｊ＝９．６４Ｈｚ，ＡｒＨ），７．７５６（ｄｄｄ，４Ｈ，ＡｒＨ）
ＨＲＭＳ（ＦＤ+）：Ｃ30Ｈ12Ｏ4Ｓ2（Ｍ+）ｍ／ｚ＝５００．０１７１５（計算値５００．０１７７０）
The measurement result of HRMS by 1 H NMR and FD ionization method of the obtained compound 4 is shown below.
1 H NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ = 8.902 (s, 2H, ArH), 8.778 (s, 2H, ArH), 8.123 (dd, 4H, J = 9.64 Hz, ArH) , 7.756 (ddd, 4H, ArH)
HRMS (FD + ): C 30 H 12 O 4 S 2 (M + ) m / z = 500.01715 (calculated value 500.01770)
さらに、２００ｍｌ三口フラスコにアルミニウムワイヤ２．０７ｇ（７６．７ｍｍｏｌ）と塩化水銀４２ｍｇ（０．１５ｍｍｏｌ）を入れ、窒素雰囲気下とし、シクロヘキサノール５０ｍｌと四塩化炭素２．２ｍｌ（２２．７ｍｍｏｌ）を加えた。撹拌しながら加熱し、アルミニウムが溶けた後、化合物４を７５ｍｇ（０．１５ｍｍｏｌ）加え、１６０℃まで加熱し、６０時間撹拌した。その後、室温まで空冷し、４ｍｏｌ／ｌ塩酸を１２０ｍｌ加えた。この反応液をエーテルで抽出した後、エバポレータで水、トルエン及びシクロヘキサノールを共沸させて溶媒を留去した。その後、メタノール、ヘキサンで洗浄し、２，３ｂ−ＤＡＴＴを収率３０％、収量２０ｍｇで得た。 Furthermore, 2.07 g (76.7 mmol) of aluminum wire and 42 mg (0.15 mmol) of mercury chloride were placed in a 200 ml three-necked flask, put under a nitrogen atmosphere, and 50 ml of cyclohexanol and 2.2 ml (22.7 mmol) of carbon tetrachloride were added. It was. After stirring and heating to dissolve aluminum, 75 mg (0.15 mmol) of Compound 4 was added, heated to 160 ° C., and stirred for 60 hours. Then, it air-cooled to room temperature and 120 ml of 4 mol / l hydrochloric acid was added. After extracting this reaction liquid with ether, water, toluene and cyclohexanol were azeotroped with an evaporator to distill off the solvent. Thereafter, it was washed with methanol and hexane to obtain 2,3b-DATT in a yield of 30% and a yield of 20 mg.
得られた２，３ｂ−ＤＡＴＴの1Ｈ ＮＭＲ及びＦＤイオン化法によるＨＲＭＳの測定結果を以下に示す。
1Ｈ ＮＭＲ（５００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ3）：δ＝９．０７４（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．８１７（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．５５６（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．５５３（ｓ，２Ｈ，ＡｒＨ），８．１２３（ｄｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．９４Ｈｚ，ＡｒＨ），８．０７９（ｄｄ，２Ｈ，Ｊ＝９．０７Ｈｚ，ＡｒＨ），７．５１９（ｄｄｄ，４Ｈ，ＡｒＨ）
ＨＲＭＳ（ＦＤ+）：Ｃ30Ｈ16Ｓ2（Ｍ+）ｍ／ｚ＝４４０．０６９５０（計算値４４０．０６９３４）
The measurement results of HRMS by 1 H NMR and FD ionization of the obtained 2,3b-DATT are shown below.
1 H NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ = 9.074 (s, 2H, ArH), 8.817 (s, 2H, ArH), 8.556 (s, 2H, ArH), 8.553 (s , 2H, ArH), 8.123 (dd, 2H, J = 7.94 Hz, ArH), 8.079 (dd, 2H, J = 9.07 Hz, ArH), 7.519 (ddd, 4H, ArH)
HRMS (FD + ): C 30 H 16 S 2 (M + ) m / z = 440.069950 (calculated value 440.06934)
（ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトル測定）
上記において合成した２，３ｂ−ＤＡＴＴについて、ジクロロメタン溶液として、ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルを測定した。
図２に、ＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの測定結果を示す。なお、比較例として、ＮＢＢＴについての測定値も併せて示す。
図２に示した結果から分かるように、２，３ｂ−ＤＡＴＴのＵＶ−ｖｉｓ吸収スペクトルの吸収端の波長は４７５ｎｍであった。密度汎関数法による計算から求められるＨＯＭＯ−ＬＵＭＯエネルギーギャップは２．６１ｅＶであり、ＮＢＢＴと比較して長波長化していることからも、縮合環数の増加に伴い、π共役が拡張されていると考えられる。
(UV-vis absorption spectrum measurement)
With respect to 2,3b-DATT synthesized above, a UV-vis absorption spectrum was measured as a dichloromethane solution.
In FIG. 2, the measurement result of a UV-vis absorption spectrum is shown. In addition, the measured value about NBBT is also shown as a comparative example.
As can be seen from the results shown in FIG. 2, the wavelength of the absorption edge of the UV-vis absorption spectrum of 2,3b-DATT was 475 nm. The HOMO-LUMO energy gap obtained from the calculation by the density functional method is 2.61 eV, and since the wavelength is longer than that of NBBT, π conjugation is expanded as the number of condensed rings increases. it is conceivable that.
（溶解度測定）
２，３ｂ−ＤＡＴＴのジクロロメタンに対する溶解度は、１７００ｐｐｍであった。なお、比較例として、ＮＢＢＴの溶解度は４００ｐｐｍであった。
このことから、縮合環数が６個のＮＢＢＴよりも２，３ｂ−ＤＡＴＴの方が８個と多いにもかかわらず、溶解性に優れていることから、折れ曲がり骨格が溶解性の向上に有効であると考えられる。
(Solubility measurement)
The solubility of 2,3b-DATT in dichloromethane was 1700 ppm. As a comparative example, the solubility of NBBT was 400 ppm.
Therefore, although the number of 2,3b-DATT is 8 more than that of NBBT having 6 condensed rings, the bent skeleton is effective in improving the solubility. It is believed that there is.
（有機電界効果トランジスタ素子特性評価）
上記において合成した２，３ｂ−ＤＡＴＴを用いて、図１に示すような一般的なボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機電界効果トランジスタを作製した。
まず、高濃度ｎ型ドープＳｉからなるゲート電極１上に、ＳｉＯ2ゲート絶縁膜２を積層し、その上に所定の間隔でＡｕによるソース電極４及びドレイン電極５を形成した。
さらに、絶縁膜２表面を自己組織化単分子膜であるオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）で被覆した後、２，３ｂ−ＤＡＴＴのジクロロメタン溶液（１７００ｐｐｍ）をスピンコート法で塗布成膜することにより、有機半導体層３を積層し、有機電界効果トランジスタ素子を得た。
この有機電界効果トランジスタ素子について、半導体特性を測定したところ、ｐ型特性を示し、大気中で安定動作することが確認された。
(Organic field effect transistor element characteristic evaluation)
Using the 2,3b-DATT synthesized above, an organic field effect transistor having a general bottom gate / bottom contact structure as shown in FIG. 1 was produced.
First, a SiO 2
Furthermore, after coating the surface of the insulating
As a result of measuring semiconductor characteristics of the organic field effect transistor element, it was confirmed that the organic field effect transistor element showed p-type characteristics and stably operated in the atmosphere.
１ ゲート電極
２ ゲート絶縁膜
３ ソース電極
４ ドレイン電極
５ 有機半導体層
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