JP2015199716A - Polycyclic fused ring compound, organic semiconductor material, organic semiconductor device, and organic transistor - Google Patents

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和男 瀧宮
Kazuo Takimiya
和男 瀧宮
正宏 阿部
Masahiro Abe
正宏 阿部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polycyclic fused ring compound which has sufficiently high carrier mobility and is excellent in storage stability, and to provide an organic semiconductor material, an organic semiconductor device, and an organic transistor containing the compound.SOLUTION: The polycyclic fused ring compound is represented by formula (1), and the organic semiconductor material, the organic semiconductor device, and the organic transistor contain the compound. [Xto Xare each O, S, or Se; and Rto Rare each H, a halogen atom, an alkyl group, a haloalkyl group, an alkoxy group, a haloalkoxy group, an alkylthio group, a haloalkylthio group, an alkylamino group, a dialkylamino group, an alkylsulfonyl group, a haloalkylsulfonyl group, an aryl group, an alkylsilyl group, an alkylsilylethynyl group, or the like.]

Description

本発明は、多環縮環化合物、並びにその多環縮環化合物を用いた有機半導体材料、有機半導体デバイス及び有機トランジスタに関する。   The present invention relates to a polycyclic fused ring compound, and an organic semiconductor material, an organic semiconductor device and an organic transistor using the polycyclic fused ring compound.

近年、有機半導体材料を用いた有機ELデバイス、有機トランジスタ、有機薄膜光電変換デバイス等の有機半導体デバイスが注目されており、実用化が始まっている。例えば、有機半導体デバイスの一種である有機トランジスタは、基板上にゲート電極、絶縁体層及び有機半導体層をこの順に配置し、有機半導体層上に、所定の間隔をあけて形成されたソース電極及びドレイン電極を配置している。このように形成された有機トランジスタでは、有機半導体層がチャネル領域となり、ゲート電極に電圧を印加して、ソース電極及びドレイン電極の間に流れる電流を制御することにより、オン/オフ動作が行われる。   In recent years, organic semiconductor devices such as organic EL devices, organic transistors, and organic thin film photoelectric conversion devices using organic semiconductor materials have attracted attention and have been put into practical use. For example, an organic transistor which is a kind of organic semiconductor device has a gate electrode, an insulator layer, and an organic semiconductor layer arranged in this order on a substrate, and a source electrode formed at a predetermined interval on the organic semiconductor layer, and A drain electrode is arranged. In the organic transistor thus formed, the organic semiconductor layer becomes a channel region, and an on / off operation is performed by controlling a current flowing between the source electrode and the drain electrode by applying a voltage to the gate electrode. .

従来、薄膜トランジスタとしては、アモルファス、多結晶等の構造をなすシリコンを用いて作製されていた。ところが、このようなシリコンを用いた薄膜トランジスタの作製に用いられるCVD装置は、非常に高額であり、薄膜トランジスタを用いた表示装置等の大型化は、製造コストの大幅な増加を伴うという問題点があった。また、アモルファス、多結晶等のシリコンを成膜するプロセスは非常に高い温度下で行われるので、基板として使用可能な材料の種類が限られてしまうため、軽量な樹脂基板等の材料は使用できないという問題があった。   Conventionally, a thin film transistor has been manufactured using silicon having an amorphous structure or a polycrystalline structure. However, a CVD apparatus used for manufacturing such a thin film transistor using silicon is very expensive, and an increase in the size of a display device using a thin film transistor is accompanied by a significant increase in manufacturing cost. It was. In addition, since the process of depositing amorphous or polycrystalline silicon is performed at a very high temperature, the types of materials that can be used as a substrate are limited, and thus materials such as lightweight resin substrates cannot be used. There was a problem.

このような問題を解決するために、アモルファス、多結晶等のシリコンに代えて、前述のように有機物を用いた有機トランジスタが提案されている。有機物で有機トランジスタを形成する方法としては、真空蒸着法、塗布法等の成膜方法が知られている。これらの成膜方法によれば、製造コストの上昇を抑えつつ素子の大型化が実現可能になり、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができる。このため、有機トランジスタは、基板に用いる材料の選択における制限が少ないといった利点があり、その実用化が期待されており、盛んに研究報告がなされている。   In order to solve such a problem, an organic transistor using an organic substance as described above has been proposed in place of amorphous or polycrystalline silicon. As a method for forming an organic transistor with an organic material, a film forming method such as a vacuum deposition method or a coating method is known. According to these film formation methods, it is possible to increase the size of the element while suppressing an increase in manufacturing cost, and it is possible to relatively reduce the process temperature required for film formation. For this reason, the organic transistor has an advantage that there are few restrictions on the selection of the material used for the substrate, and its practical use is expected, and research reports have been actively made.

実用的な有機トランジスタは、高いキャリア移動度(以下、移動度と略記する場合がある)、大きな電流のオン/オフ比、優れた保存安定性が必要となる。なお、ここでいうオン/オフ比とは、ゲート電圧を印加した場合(オン)のソース−ドレイン間に流れる電流を、ゲート電圧をかけない場合(オフ)のソース−ドレイン間に流れる電流で割った値である。また、オン電流とは、通常、ゲート電圧を増加させていき、ソース−ドレイン間に流れる電流が飽和したときの電流値(飽和電流)のことである。   A practical organic transistor requires high carrier mobility (hereinafter may be abbreviated as mobility), a large current on / off ratio, and excellent storage stability. The on / off ratio here refers to dividing the current flowing between the source and drain when a gate voltage is applied (on) by the current flowing between the source and drain when no gate voltage is applied (off). Value. The on-current is usually a current value (saturation current) when the gate voltage is increased and the current flowing between the source and the drain is saturated.

有機トランジスタに用いるp型有機物半導体材料としては、共役系ポリマー、チオフェン等の多量体、金属フタロシアニン化合物、ペンタセン等の多環縮環化合物等の化合物が知られている。   As p-type organic semiconductor materials used for organic transistors, compounds such as conjugated polymers, multimers such as thiophene, polycyclic condensed compounds such as metal phthalocyanine compounds and pentacene are known.

上述した有機物半導体材料の中でも多環縮環化合物であるペンタセンは、そのπ共役系によりアモルファスシリコン並みの高いキャリア移動度を示す材料として注目され研究が盛んに行われているが、大気中における保存安定性が低いという欠点が知られている。   Among the organic semiconductor materials mentioned above, pentacene, which is a polycyclic condensed ring compound, has been attracting attention as a material that exhibits high carrier mobility similar to amorphous silicon due to its π-conjugated system, but it has been actively studied, but it is stored in the atmosphere. The disadvantage of low stability is known.

このような背景から、保存安定性があり高いキャリア移動度を示す材料として種々の多環縮環化合物が検討されている。例えば、ナフタレン環にチオフェン環を2つ縮合した4環の多環縮環化合物、アントラセン環にチオフェン環を2つ縮合した5環の多環縮環化合物等の多環縮環化合物が提案されている。   Against this background, various polycyclic fused-ring compounds have been studied as materials having storage stability and high carrier mobility. For example, a polycyclic condensed ring compound such as a four-ring polycyclic condensed compound obtained by condensing two thiophene rings on a naphthalene ring and a five-ring polycyclic condensed compound obtained by condensing two thiophene rings on an anthracene ring has been proposed. Yes.

後者の多環縮環化合物については、有機トランジスタの有機半導体層の材料として有用であることが、特許文献1に開示されている。   Patent Document 1 discloses that the latter polycyclic fused ring compound is useful as a material for an organic semiconductor layer of an organic transistor.

また、特許文献2には、ナフタレン環にベンゾチオフェンを縮合させた多環縮環化合物(特許文献2の例示化合物番号125)が、有機トランジスタの有機半導体層の材料として、有用であることが開示されている。   Patent Document 2 discloses that a polycyclic fused ring compound obtained by condensing benzothiophene to a naphthalene ring (Exemplary Compound No. 125 of Patent Document 2) is useful as a material for an organic semiconductor layer of an organic transistor. Has been.

さらに、非特許文献1には、キャリア移動度の高い多環縮環化合物(非特許文献1のFigure1等のBBTBDT)が開示されている。   Furthermore, Non-Patent Document 1 discloses a polycyclic fused-ring compound having a high carrier mobility (BBTBDT such as Figure 1 of Non-Patent Document 1).

特開平11−195790号公報JP-A-11-195790 特開2009―267134号公報JP 2009-267134 A

山本達也(Tatsuya Yamamoto)、他5名「内部にチエノ[3,2−b]チオフェン構造を有する、大きくπ拡張したチエノアセン:合成、キャラクタリゼーション、有機電界効果トランジスタへの応用(Largely π−Extended Thienoacenes with Internal Thieno[3,2−b]thiopehne Substructures:Synthesis,Characterization,and Organic Field−Effect Transistor Applications)」、(米国)、オーガニックレターズ(Organic Letters)、アメリカ化学会(American Chemical Society)、2012年10月09日、Vol.14、No.18、p.4914−4917Tatsuya Yamamoto, et al., 5 others, “Larly π-Extended Thienoacenes: Synthesis, Characterization, and Application to Organic Field Effect Transistors: Large π-expanded Thienoacene with a Thieno [3,2-b] thiophene Structure Inside with Internal Thieno [3,2-b] thiopehne Substructures: Synthesis, Characterization, and Organic Field-Effect Transictor Applications (S), United States, Organic Letters (US), Organic Letters. Month 09 , Vol. 14, no. 18, p. 4914-4917

上述したように、例えば、有機デバイスとして使用する際に、実用上、充分に高いキャリア移動度を有するだけでなく、保存安定性が高い等の優れた特性を有する化合物が求められている。本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、優れた特性を有する新規な多環縮環化合物を提供することを目的とする。また、本発明は、優れた特性を有する多環縮環化合物を用いた有機半導体材料、有機半導体デバイス及び有機トランジスタの提供を他の目的とする。   As described above, for example, when used as an organic device, a compound having not only a sufficiently high carrier mobility in practical use but also excellent properties such as high storage stability is required. This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the novel polycyclic fused-ring compound which has the outstanding characteristic. Another object of the present invention is to provide an organic semiconductor material, an organic semiconductor device, and an organic transistor using a polycyclic fused ring compound having excellent characteristics.

本発明者らは、種々の多環縮環化合物の開発を検討した結果、ナフタレン構造にさらに芳香環を縮合することで化合物のπ共役系を拡大した、8環の多環縮環化合物が、有機トランジスタ材料として有用であることを見出し本発明に至った。即ち、本発明は、以下のとおりである。   As a result of examining the development of various polycyclic fused ring compounds, the present inventors have expanded the π-conjugated system of the compound by further condensing an aromatic ring to the naphthalene structure, The present invention has been found to be useful as an organic transistor material. That is, the present invention is as follows.

本発明に係る多環縮環化合物は、一般式(1)

Figure 2015199716
(一般式(1)において、X1〜X4は、それぞれ独立して酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表し、R1〜R12は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルコキシ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキルチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、置換若しくは無置換の炭素数2〜60のジアルキルアミノ基(アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環状構造を形成してもよい)、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数3〜60のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数3〜20のアルキルシリル基、置換若しくは無置換の炭素数5〜60のアルキルシリルエチニル基、置換若しくは無置換の炭素数3〜60のアリールアミノ基、置換若しくは無置換の炭素数6〜120のジアリールアミノ基又はシアノ基を表す。)で表されることを特徴とする。 The polycyclic fused ring compound according to the present invention has the general formula (1)
Figure 2015199716
(In General Formula (1), X < 1 > -X < 4 > represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom each independently, and R < 1 > -R < 12 > is respectively independently a hydrogen atom, a halogen atom, substitution, or An unsubstituted haloalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted haloalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon number 1 to 30 Haloalkoxy group, substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted haloalkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 30 carbon atoms, substituted Or an unsubstituted dialkylamino group having 2 to 60 carbon atoms (the alkyl groups may be bonded to each other to form a cyclic structure containing a nitrogen atom), substituted or unsubstituted carbon An alkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted haloalkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 3 to 60 carbon atoms, and a substituted or unsubstituted alkyl group having 3 to 20 carbon atoms Silyl group, substituted or unsubstituted alkylsilylethynyl group having 5 to 60 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylamino group having 3 to 60 carbon atoms, substituted or unsubstituted diarylamino group having 6 to 120 carbon atoms, or cyano Represents a group).

また、本発明に係る有機半導体材料は、上述の多環縮環化合物を含有することを特徴とする。   In addition, the organic semiconductor material according to the present invention is characterized by containing the above-mentioned polycyclic fused ring compound.

さらに、本発明に係る有機半導体デバイスは、上述の有機半導体材料を用いて形成した薄膜を有することを特徴とするデバイス。   Furthermore, the organic semiconductor device according to the present invention has a thin film formed using the above-described organic semiconductor material.

さらに、本発明に係る有機トランジスタは、基板と、前記基板上に配置されたゲート電極と、前記基板上に離隔して配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極との間を電気的に絶縁する絶縁体層と、前記ソース電極及びドレイン電極に接する有機半導体層とを備え、前記有機半導体層は、上述の有機半導体材料を用いて形成されることを特徴とする。   Furthermore, the organic transistor according to the present invention includes a substrate, a gate electrode disposed on the substrate, a source electrode and a drain electrode spaced apart on the substrate, the gate electrode, the source electrode, and the drain. And an organic semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode, wherein the organic semiconductor layer is formed using the organic semiconductor material described above. And

本発明に係る多環縮環化合物、有機半導体材料、有機半導体デバイス及び有機トランジスタは、実用上、充分に高いキャリア移動度を有する等、優れた効果を奏する新規物質である。   The polycyclic fused ring compound, the organic semiconductor material, the organic semiconductor device, and the organic transistor according to the present invention are novel substances that have excellent effects such as having sufficiently high carrier mobility in practical use.

本発明に係る有機トランジスタの態様例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of an aspect of the organic transistor which concerns on this invention. 本発明に係る有機トランジスタの一態様例を製造する為の工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the process for manufacturing the example of 1 aspect of the organic transistor which concerns on this invention. 本発明に係る多環縮環化合物の薄膜の紫外可視吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the ultraviolet visible absorption spectrum of the thin film of the polycyclic fused-ring compound which concerns on this invention. 本発明に係る有機トランジスタの半導体特性を示すグラフである。It is a graph which shows the semiconductor characteristic of the organic transistor which concerns on this invention. 本発明に係る有機トランジスタの半導体特性を示すグラフである。It is a graph which shows the semiconductor characteristic of the organic transistor which concerns on this invention. 本発明に係る有機トランジスタの半導体特性を示すグラフである。It is a graph which shows the semiconductor characteristic of the organic transistor which concerns on this invention.

以下に本発明を詳細に説明する。   The present invention is described in detail below.

<一般式(1)で表される多環縮環化合物>
本発明に係る多環縮環化合物は、下記の一般式(1)で表される。
<Polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1)>
The polycyclic fused ring compound according to the present invention is represented by the following general formula (1).

Figure 2015199716
Figure 2015199716

上記一般式(1)において、X1〜X4はそれぞれ独立して酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表す。R1〜R12は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数1〜30のハロアルキル基、炭素数1〜30のアルコキシ基、炭素数1〜30のハロアルコキシ基、炭素数1〜30のアルキルチオ基、炭素数1〜30のハロアルキルチオ基、炭素数1〜30のアルキルアミノ基、炭素数2〜60のジアルキルアミノ基(アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環状構造を形成してもよい)、炭素数1〜30のアルキルスルホニル基、炭素数1〜30のハロアルキルスルホニル基、炭素数3〜60のアリール基、炭素数3〜20のアルキルシリル基、炭素数5〜60のアルキルシリルエチニル基、炭素数3〜60のアリールアミノ基、炭素数6〜120のジアリールアミノ基又はシアノ基であり、これら各基は置換基を有していてもよい。 In the general formula (1), X 1 ~X 4 each independently represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom. R 1 to R 12 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a haloalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, or an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms. A haloalkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, a haloalkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, an alkylamino group having 1 to 30 carbon atoms, and a dialkylamino group having 2 to 60 carbon atoms (the alkyl groups are bonded to each other). Or a cyclic structure containing a nitrogen atom), an alkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, a haloalkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, an aryl group having 3 to 60 carbon atoms, or an alkyl group having 3 to 20 carbon atoms. An alkylsilyl group, an alkylsilylethynyl group having 5 to 60 carbon atoms, an arylamino group having 3 to 60 carbon atoms, a diarylamino group having 6 to 120 carbon atoms, or a cyano group. Group may have a substituent.

上記一般式(1)において、移動度の観点から、X1及びX2のうちの少なくとも一方と、X3及びX4のうちの少なくとも一方とは、硫黄原子(S)であることが好ましい。さらに好ましくは、X1〜X4が、硫黄原子である。X1〜X4を硫黄原子とすることにより、例えば、当該化合物を用いて有機トランジスタを製造した場合に、製品の安定性の向上が期待できる。 In the general formula (1), from the viewpoint of mobility, at least one of X 1 and X 2 and at least one of X 3 and X 4 are preferably sulfur atoms (S). More preferably, X < 1 > -X < 4 > is a sulfur atom. By the X 1 to X 4 and the sulfur atom, for example, in the case of producing an organic transistor using the compound, improve the stability of the product can be expected.

上記一般式(1)において、置換基を有するものは本発明に係る多環縮環化合物を溶媒に溶解させて有機半導体層を形成する溶液プロセスへ適応できるため、有機トランジスタの製造方法の多様化の点で好ましく、直鎖状の置換基であるとより好ましい。   In the above general formula (1), those having substituents can be applied to a solution process in which the organic semiconductor layer is formed by dissolving the polycyclic fused ring compound according to the present invention in a solvent. It is preferable at this point, and it is more preferable in it being a linear substituent.

以下、一般式(1)のR1〜R12が示す各基の具体例を説明する。 Hereinafter, the specific example of each group which R < 1 > -R < 12 > of General formula (1) shows is demonstrated.

置換基の位置、個数及び種類は特に限定するものではないが、一般式(1)にて表される多環縮環化合物の1分子に対して0〜12個の範囲で置換することが可能であり、2個以上置換する場合には2種類以上の置換基を混在させることが可能である。   The position, number, and type of substituents are not particularly limited, but can be substituted in the range of 0 to 12 per molecule of the polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1). In the case where two or more substituents are substituted, two or more kinds of substituents can be mixed.

上記アルキル基としては、飽和若しくは不飽和の直鎖、分岐又は環状の脂肪族炭化水素基を指すものとする。アルキル基の炭素数は、好ましくは1〜30、更に好ましくは4〜15である。ここで、飽和の直鎖又は分岐のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ステアリル基等の基が挙げられる。また、環状のアルキル基の例としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等の基が挙げられる。また、不飽和のアルキル基の例としては、ビニル基、アリル基、3−ブテニル基が挙げられる。   The alkyl group is a saturated or unsaturated linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon group. Carbon number of an alkyl group becomes like this. Preferably it is 1-30, More preferably, it is 4-15. Here, examples of the saturated linear or branched alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n-pentyl group, n Examples include groups such as -hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-dodecyl group, n-stearyl group. Examples of the cyclic alkyl group include groups such as a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, an adamantyl group, and a norbornyl group. Examples of the unsaturated alkyl group include a vinyl group, an allyl group, and a 3-butenyl group.

アルキル基として直鎖アルキル基を用いることにより、分子の配向性の低下、結晶性の低下等の性能低下を引き起こす要因を可及的に排除することができる。よって、このような性能低下に起因するトランジスタ特性の低下の可能性を低減することが期待できる。また、アルキル基として飽和アルキル基を用いることにより、不飽和結合を含む場合と比べて反応性を抑えることができるので、酸化等の劣化を生じ難くすることが期待できる。即ち、アルキル基としては、飽和の直鎖アルキル基を用いることが好ましい。   By using a linear alkyl group as the alkyl group, it is possible to eliminate as much as possible the factors that cause performance degradation such as molecular orientation degradation and crystallinity degradation. Therefore, it can be expected that the possibility of deterioration of transistor characteristics due to such performance deterioration is reduced. In addition, by using a saturated alkyl group as the alkyl group, the reactivity can be suppressed as compared with the case where an unsaturated bond is included, so that it can be expected that deterioration such as oxidation hardly occurs. That is, it is preferable to use a saturated linear alkyl group as the alkyl group.

ただし、アルキル基として分岐アルキル基を用いることにより、溶解性が高くなることが期待できる。さらに、アルキル基が短いほど素子の耐熱性が高くなることが期待できる。また、アルキル基が長いほどアルキル鎖の相互作用により結晶のパッキングが密となり、移動度の向上が期待できる。この場合、適度な長さのアルキル鎖、例えば、炭素数4〜15程度のアルキル鎖であることが好ましい。   However, the use of a branched alkyl group as the alkyl group can be expected to increase the solubility. Furthermore, it can be expected that the shorter the alkyl group, the higher the heat resistance of the device. In addition, the longer the alkyl group, the denser the packing of the crystal due to the interaction of the alkyl chain, and the improvement in mobility can be expected. In this case, an alkyl chain having an appropriate length, for example, an alkyl chain having about 4 to 15 carbon atoms is preferable.

上記ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子等のハロゲン原子が挙げられる。   Examples of the halogen atom include halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms.

上記ハロアルキル基は、上述したアルキル基上の水素が、1個乃至全てハロゲン原子で置換されたものである。例えば、クロロメチル基、1−クロロエチル基、2−クロロエチル基、2−クロロイソブチル基、1,2−ジクロロエチル基、1,3−ジクロロイソプロピル基、2,3−ジクロロ−t−ブチル基、1,2,3−トリクロロプロピル基、ブロモメチル基、1−ブロモエチル基、2−ブロモエチル基、2−ブロモイソブチル基、1,2−ジブロモエチル基、1,3−ジブロモイソプロピル基、2,3−ジブロモ−t−ブチル基、1,2,3−トリブロモプロピル基、ヨードメチル基、1−ヨードエチル基、2−ヨードエチル基、2−ヨードイソブチル基、1,2−ジヨードエチル基、1,3−ジヨードイソプロピル基、2,3−ジヨード−t−ブチル基、1,2,3−トリヨードプロピル基、フルオロメチル基、1−フルオロエチル基,2−フルオロエチル基、2−フルオロイソブチル基、1,2−ジフロロエチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロイソプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基等の基が挙げられる。   The haloalkyl group is one in which one to all of the hydrogens on the above-described alkyl group are substituted with halogen atoms. For example, chloromethyl group, 1-chloroethyl group, 2-chloroethyl group, 2-chloroisobutyl group, 1,2-dichloroethyl group, 1,3-dichloroisopropyl group, 2,3-dichloro-t-butyl group, 1 , 2,3-trichloropropyl group, bromomethyl group, 1-bromoethyl group, 2-bromoethyl group, 2-bromoisobutyl group, 1,2-dibromoethyl group, 1,3-dibromoisopropyl group, 2,3-dibromo- t-butyl group, 1,2,3-tribromopropyl group, iodomethyl group, 1-iodoethyl group, 2-iodoethyl group, 2-iodoisobutyl group, 1,2-diiodoethyl group, 1,3-diiodoisopropyl group 2,3-diiodo-t-butyl group, 1,2,3-triiodopropyl group, fluoromethyl group, 1-fluoroethyl group, 2-fluoro Examples include oloethyl group, 2-fluoroisobutyl group, 1,2-difluoroethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, perfluoroisopropyl group, perfluorobutyl group, and perfluorocyclohexyl group. .

上記アルコキシ基は、−OZ1(Z1は上述のアルキル基)で表される基であり、Z1の例としては、上述したアルキル基と同様の例が挙げられる。また、上記ハロアルコキシ基は、−OZ2(Z2は上述のアルキル基)で表される基であり、Z2の例としては、上述したハロアルキル基と同様の例が挙げられる。 The alkoxy group is a group represented by —OZ 1 (Z 1 is the above-described alkyl group), and examples of Z 1 include the same examples as the above-described alkyl group. Further, the haloalkoxy group, -OZ 2 (Z 2 is above alkyl group) is a group represented by, as an example of Z 2 include those exemplified the same haloalkyl groups described above.

上記アルキルチオ基は、−SZ1(Z1は上述のアルキル基)で表される基であり、Z1の例としては、上述したアルキル基と同様の例が挙げられる。また、上記ハロアルキルチオ基は、−SZ2で表される基であり、Z2の例としては、上述したハロアルキル基と同様の例が挙げられる。 The alkylthio group is a group represented by —SZ 1 (Z 1 is the alkyl group described above), and examples of Z 1 include the same examples as the alkyl group described above. Further, the haloalkylthio group is a group represented by -SZ 2, examples of Z 2 include those exemplified the same haloalkyl groups described above.

上記アルキルアミノ基は、−NHZ1(Z1は上述のアルキル基)で表される基である。上記ジアルキルアミノ基は−NZ13(Z3は上述のアルキル基)で表される基である。これらのアルキルアミノ基及びジアルキルアミノ基において、Z1及びZ3は、それぞれ上述したアルキル基と同様の例が挙げられる。なお、ジアルキルアミノ基のアルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形成してもよく、環構造としては、例えば、ピロリジン、ピペリジン等が挙げられる。 The alkylamino group is a group represented by —NHZ 1 (Z 1 is the alkyl group described above). The dialkylamino group is a group represented by —NZ 1 Z 3 (Z 3 is the alkyl group described above). In these alkylamino groups and dialkylamino groups, examples of Z 1 and Z 3 are the same as the above-described alkyl groups. The alkyl group of the dialkylamino group may be bonded to each other to form a ring structure containing a nitrogen atom, and examples of the ring structure include pyrrolidine, piperidine and the like.

上記アルキルスルホニル基は、−SO21(Z1は上述のアルキル基)で表される基であり、Z1の例としては、上述したアルキル基と同様の例が挙げられる。上記ハロアルキルスルホニル基は、−SO22(Z2は上述のアルキル基)で表される基であり、Z2の例としては、上述したハロアルキル基と同様の例が挙げられる。 The alkylsulfonyl group is a group represented by —SO 2 Z 1 (Z 1 is the alkyl group described above), and examples of Z 1 include the same examples as the alkyl group described above. The haloalkylsulfonyl group is a group represented by —SO 2 Z 2 (Z 2 is the alkyl group described above), and examples of Z 2 include the same examples as the haloalkyl group described above.

上記アリール基とは、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環である。芳香族炭化水素環の例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、クリセン、フェナントレン、テトラセン、フルオレン、ピレン、フルオランテン、ペリレン等が挙げられる。また、芳香族複素環の例としては、ピリジン、ピラジン、インドール、アクリジン、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、キノリン、ナフチリジン、キノキサリン、フェナジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ジアザアントラセン、ピリドキノリン、ピリミドキナゾリン、ピラジノキノキサリン、フェナントロリン、カルバゾール、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、フラン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、ベンゾジフラン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ジチアインダセン、ジチアインデノインデン、ジベンゾセレノフェン、ジセレナインダセン、ジセレナインデノインデン、ジベンゾシロール等が挙げられる。   The aryl group is an aromatic hydrocarbon ring and an aromatic heterocyclic ring. Examples of the aromatic hydrocarbon ring include benzene, naphthalene, anthracene, chrysene, phenanthrene, tetracene, fluorene, pyrene, fluoranthene, perylene and the like. Examples of aromatic heterocycles include pyridine, pyrazine, indole, acridine, pyrrole, imidazole, pyrazole, quinoline, naphthyridine, quinoxaline, phenazine, phenothiazine, phenoxazine, diazaanthracene, pyridoquinoline, pyrimidoquinazoline, pyrazino. Quinoxaline, phenanthroline, carbazole, thiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, benzodithiophene, [1] benzothieno [3,2-b] benzothiophene, thienothiophene, dithienothiophene, furan, benzofuran, dibenzofuran, benzodifuran, thiazole, benzo Thiazole, dithiaindacene, dithiaindenoindene, dibenzoselenophene, diselenindacene, diselenaindenoindene, dibenzosi Lumpur, and the like.

上記アリール基が有してもよい置換基としては、特に制限はないが、例えば、ハロゲン原子、アルキル基等が挙げられる。ハロゲン原子及びアルキル基については、上述のハロゲン原子及びアルキル基として説明したものと同様の例が挙げられる。   The substituent that the aryl group may have is not particularly limited, and examples thereof include a halogen atom and an alkyl group. About a halogen atom and an alkyl group, the example similar to what was demonstrated as the above-mentioned halogen atom and alkyl group is mentioned.

上記アリール基としては、芳香族炭化水素環に基づくものが好ましく、特にフェニル基が好ましい。また、溶解性の観点からは、炭素数4〜15の直鎖状アルキル基で置換されたフェニル基が好ましい。   As the aryl group, those based on an aromatic hydrocarbon ring are preferable, and a phenyl group is particularly preferable. From the viewpoint of solubility, a phenyl group substituted with a linear alkyl group having 4 to 15 carbon atoms is preferred.

上記アルキルシリル基は、−SiZ134(Z1,Z3,Z4は上述のアルキル基)で表される基である。Z1、Z3及びZ4は、それぞれ上述したアルキル基と同様の例が挙げられる。例えば、トリメチルシリル基等が挙げられる。 The alkylsilyl group is a group represented by —SiZ 1 Z 3 Z 4 (Z 1 , Z 3 and Z 4 are the above-described alkyl groups). Examples of Z 1 , Z 3 and Z 4 are the same as the alkyl groups described above. For example, a trimethylsilyl group etc. are mentioned.

上記アルキルシリルエチニル基としては、上述のアルキルシリル基で表される基をエチニレン基で介した基であり、トリメチルシリルエチニル基、トリエチルシリルエチニル基、トリイソプロピルシリルエチニル基等が挙げられる。   Examples of the alkylsilylethynyl group include a group represented by the above alkylsilyl group via an ethynylene group, and examples thereof include a trimethylsilylethynyl group, a triethylsilylethynyl group, and a triisopropylsilylethynyl group.

上記アリールアミノ基とは、−NHZ5(Z5は上述のアリール基)で表される基である。上記ジアリールアミノ基は−NZ56(Z5,Z6は上述のアリール基)で表される基である。Z5及びZ6は、それぞれ上述したアリール基と同様の例が挙げられる。 The arylamino group is a group represented by —NHZ 5 (Z 5 is the above aryl group). The diarylamino group is a group represented by —NZ 5 Z 6 (Z 5 and Z 6 are the above-described aryl groups). Examples of Z 5 and Z 6 are the same as those of the aryl group described above.

このような本発明に係る多環縮環化合物を含む有機半導体材料は、有機トランジスタとして用いることが可能である。以下に、本発明に係る多環縮環化合物を有機半導体材料として用いる場合に有用となる具体的な化合物を例示列挙する。ただし、本発明に係る多環縮環化合物は、これらに限定されるものではない。   Such an organic semiconductor material containing the polycyclic fused ring compound according to the present invention can be used as an organic transistor. Examples of specific compounds useful when the polycyclic fused ring compound according to the present invention is used as an organic semiconductor material are listed below. However, the polycyclic fused ring compound according to the present invention is not limited to these.

Figure 2015199716
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本発明に係る多環縮環化合物は、その一部を上記に例示列挙したように、様々な化合物として実現することが可能である。そして、例えば、一般式(1)のうちで、R2及びR8として示す位置、又はR3及びR9として示す位置を、アルキル基、フェニル基等の置換基とした構造式(11)〜(27)、構造式(29)〜(35)、構造式(50)、構造式(51)等の構造式として示される化合物では、分子の素子基板上への配向性、結晶性等の特性を向上させることができるので、トランジスタ特性の向上を期待することができる。また、例えば、一般式(1)のうちで、R6及びR12として示す位置を置換基とした化合物、特に、R6及びR12として示す位置をアルキルシリルエニル基に置換した構造式(48)として示した化合物は、溶解性の向上等の効果を期待することができる。 The polycyclic fused ring compound according to the present invention can be realized as various compounds, as exemplified by a part of the above. For example, in the general formula (1), the structural formulas (11) to (11) in which the positions shown as R 2 and R 8 or the positions shown as R 3 and R 9 are substituents such as an alkyl group and a phenyl group. In compounds represented by structural formulas such as (27), structural formulas (29) to (35), structural formula (50), and structural formula (51), characteristics such as molecular orientation on the device substrate and crystallinity Therefore, improvement in transistor characteristics can be expected. In addition, for example, in the general formula (1), a compound having a position represented by R 6 and R 12 as a substituent, in particular, a structural formula (48 wherein the position represented by R 6 and R 12 is substituted with an alkylsilylenyl group The compound shown as) can be expected to have an effect such as improved solubility.

<多環縮環化合物の合成方法>
上記の多環縮環化合物のうち、最も基本的な構成となる構造式(10)として示した本発明に係る多環縮環化合物は、公知の方法、例えば、下記の反応(A)として示すジスタニル化合物合成、反応(B)として示す遷移金属を用いたStilleカップリング反応、反応(C)として示す分子内環化及び脱メチル化反応を行うことにより合成することができる。なお、合成方法の詳細な例については後述する。
<Method for Synthesizing Polycyclic Fused Compounds>
Among the above polycyclic fused ring compounds, the polycyclic fused ring compound according to the present invention shown as the structural formula (10) having the most basic constitution is shown by a known method, for example, the following reaction (A). It can be synthesized by synthesizing a distanyl compound, a Stille coupling reaction using a transition metal shown as the reaction (B), an intramolecular cyclization and a demethylation reaction shown as the reaction (C). A detailed example of the synthesis method will be described later.

Figure 2015199716
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<有機半導体材料>
前述のように一般式(1)として表される本発明に係る多環縮環化合物は、有機半導体材料に用いることができる。即ち、本発明に係る有機半導体材料は、一般式(1)として表される多環縮環化合物を含有する。このような本発明に係る有機半導体材料は、有機トランジスタ等の有機半導体デバイスの材料として用いることが可能である。本発明に係る有機半導体材料を用いた有機トランジスタは、例えば、本発明に係る有機半導体材料を原料とした薄膜を基板上に形成することにより製造することができる。
<Organic semiconductor materials>
As described above, the polycyclic fused ring compound according to the present invention represented by the general formula (1) can be used for an organic semiconductor material. That is, the organic semiconductor material according to the present invention contains a polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1). Such an organic semiconductor material according to the present invention can be used as a material for an organic semiconductor device such as an organic transistor. The organic transistor using the organic semiconductor material according to the present invention can be manufactured, for example, by forming a thin film using the organic semiconductor material according to the present invention as a raw material on a substrate.

<有機トランジスタ>
次に、一般式(1)として表される本発明に係る多環縮環化合物を含む有機半導体材料を用いた有機半導体デバイスの一つである有機トランジスタ及びその製造方法について説明する。
<Organic transistor>
Next, an organic transistor which is one of organic semiconductor devices using an organic semiconductor material containing a polycyclic fused ring compound according to the present invention represented by the general formula (1) and a manufacturing method thereof will be described.

先ず、有機トランジスタについて詳述する。有機トランジスタは、一般式(1)で表わされる多環縮環化合物を含む薄膜からなる少なくとも1つの有機半導体層と、該有機半導体層に接して互いに離隔するように配設されたソース電極及びドレイン電極と、上記有機半導体層におけるソース電極に接する表面とドレイン電極に接する表面との間の領域(チャンネル領域)に対向するようには配設されたゲート電極とを備えている。そして、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流を、ゲート電極に印加する電圧によって制御するものである。   First, the organic transistor will be described in detail. The organic transistor includes at least one organic semiconductor layer made of a thin film containing a polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1), and a source electrode and a drain disposed so as to be in contact with the organic semiconductor layer and separated from each other An electrode, and a gate electrode disposed so as to face a region (channel region) between a surface in contact with the source electrode and a surface in contact with the drain electrode in the organic semiconductor layer. The current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by the voltage applied to the gate electrode.

一般に、有機トランジスタとしては、ゲート電極が絶縁膜からなる絶縁体層で有機半導体層と絶縁されている構造(Metal−Insulator−Semiconductor;MIS構造)の有機トランジスタがよく用いられる。MIS構造のうちで絶縁膜に金属酸化膜を用いるものはMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)構造と呼ばれる。他の構造の有機トランジスタとしては、有機半導体層に対してショットキー障壁を介してゲート電極が形成されている構造(Metal−Semiconductor;MES構造)もあるが、有機半導体材料を用いた有機トランジスタの場合、MIS構造がよく用いられる。   In general, an organic transistor having a structure (Metal-Insulator-Semiconductor: MIS structure) in which a gate electrode is insulated from an organic semiconductor layer by an insulating layer made of an insulating film is often used as the organic transistor. A MIS structure using a metal oxide film as an insulating film is called a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. Another example of the organic transistor is a structure in which a gate electrode is formed on the organic semiconductor layer through a Schottky barrier (Metal-Semiconductor; MES structure). In some cases, the MIS structure is often used.

図1は、本発明に係る有機トランジスタの態様例を示す概略断面図である。図1(a)〜図1(f)に態様例を示す有機トランジスタ10A〜10Fは、ソース電極1、有機半導体層2、ドレイン電極3、絶縁体層4、ゲート電極5及び基板6を備えている。有機トランジスタ10A〜10Fのいずれにおいても、有機半導体層2は、一般式(1)で表わされる多環縮環化合物を含む有機半導体材料を用いた薄膜にて形成されている。なお、各層2,4及び電極1,3,5の配置は、図1(a)〜図1(f)として例示列挙するように有機トランジスタの用途により適宜選択できる。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of an organic transistor according to the present invention. Organic transistors 10A to 10F shown in FIG. 1 (a) to FIG. 1 (f) are provided with a source electrode 1, an organic semiconductor layer 2, a drain electrode 3, an insulator layer 4, a gate electrode 5 and a substrate 6. Yes. In any of the organic transistors 10A to 10F, the organic semiconductor layer 2 is formed of a thin film using an organic semiconductor material containing a polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1). The arrangement of the layers 2 and 4 and the electrodes 1, 3, and 5 can be appropriately selected depending on the use of the organic transistor as exemplified in FIGS. 1A to 1F.

有機トランジスタ10A〜10D及び10Fは、基板6、ソース電極1、及びドレイン電極3と平行な方向に電流が流れるので、横型トランジスタと呼ばれる。有機トランジスタ10Aは、有機半導体層2の下面(基板6に近い側の面)上にソース電極1及びドレイン電極3が配置され、さらにその下方に絶縁体層4を介装してゲート電極5が配置されていることから、ボトムコンタクト−ボトムゲート構造と呼ばれる。有機トランジスタ10Bは、有機半導体層2の上面にソース電極1及びドレイン電極3が配置され、絶縁体層4の下面にゲート電極5が配置されていることから、トップコンタクト−ボトムゲート構造と呼ばれる。有機トランジスタ10Cは、有機半導体層2上にソース電極1及びドレイン電極3並びに絶縁体層4を設け、さらにその上にゲート電極5を形成していることから、トップコンタクト−トップゲート構造と呼ばれている。有機トランジスタ10Dは、有機半導体層2の下面にソース電極1が配置され、上面にドレイン電極3が配置されていることから、トップ&ボトムコンタクト−ボトムゲート構造と呼ばれている。有機トランジスタ10Fは、有機半導体層2の上面に絶縁体層4を介装してゲート電極5が配置されていることから、ボトムコンタクト−トップゲート構造と呼ばれている。   The organic transistors 10 </ b> A to 10 </ b> D and 10 </ b> F are called lateral transistors because current flows in a direction parallel to the substrate 6, the source electrode 1, and the drain electrode 3. In the organic transistor 10A, the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed on the lower surface of the organic semiconductor layer 2 (the surface on the side close to the substrate 6), and the gate electrode 5 is interposed below the insulator layer 4 therebetween. Since it is arranged, it is called a bottom contact-bottom gate structure. The organic transistor 10B is called a top contact-bottom gate structure because the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed on the upper surface of the organic semiconductor layer 2, and the gate electrode 5 is disposed on the lower surface of the insulator layer 4. The organic transistor 10C is called a top contact-top gate structure because the source electrode 1, the drain electrode 3, and the insulator layer 4 are provided on the organic semiconductor layer 2, and the gate electrode 5 is further formed thereon. ing. The organic transistor 10D is called a top & bottom contact-bottom gate structure because the source electrode 1 is disposed on the lower surface of the organic semiconductor layer 2 and the drain electrode 3 is disposed on the upper surface. The organic transistor 10F is called a bottom contact-top gate structure because the gate electrode 5 is disposed on the upper surface of the organic semiconductor layer 2 with the insulator layer 4 interposed therebetween.

有機トランジスタ10Eは、ソース電極1及びドレイン電極3と垂直な方向に電流が流れる、縦型の構造をもつ有機トランジスタの1種であって、静電誘導トランジスタ(SIT)である。有機トランジスタ10Eは、互いに平行にかつ離間するように配設されたソース電極1及びドレイン電極3と、ソース電極1及びドレイン電極3の間に挟持されるように配設された有機半導体層2と、ソース電極1及びドレイン電極3に平行なメッシュ状に有機半導体層2中に埋め込まれた複数のゲート電極5とを備えている。有機トランジスタ10Eは、有機半導体層2中の電流の流れが平面状に広がるので、図1(e)中に矢印で示すように一度に大量のキャリア8がソース電極1側からドレイン電極3側へ移動できる。なお、図1(e)には、基板6を示していないが、通常の場合、有機トランジスタ10Eにおけるソース電極1及びドレイン電極3の外側には、基板6と同様の基板が設けられる。   The organic transistor 10E is a kind of organic transistor having a vertical structure in which current flows in a direction perpendicular to the source electrode 1 and the drain electrode 3, and is an electrostatic induction transistor (SIT). The organic transistor 10E includes a source electrode 1 and a drain electrode 3 disposed so as to be parallel and spaced apart from each other, and an organic semiconductor layer 2 disposed so as to be sandwiched between the source electrode 1 and the drain electrode 3. A plurality of gate electrodes 5 embedded in the organic semiconductor layer 2 in a mesh shape parallel to the source electrode 1 and the drain electrode 3. In the organic transistor 10E, since the current flow in the organic semiconductor layer 2 spreads in a planar shape, a large amount of carriers 8 are transferred from the source electrode 1 side to the drain electrode 3 side at a time as indicated by an arrow in FIG. Can move. Although FIG. 1E does not show the substrate 6, in the normal case, a substrate similar to the substrate 6 is provided outside the source electrode 1 and the drain electrode 3 in the organic transistor 10 </ b> E.

各態様例における各構成要素について説明する。基板6は、その上に形成される各構成要素が剥離することなく保持できることが必要である。基板6としては、例えば、樹脂板、樹脂フィルム、紙、ガラス板、石英板、セラミック板等の絶縁性基板;金属又は合金等からなる導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成した基板;樹脂と無機材料との組み合わせ等のような各種組合せからなる基板;半導体基板(例えばシリコンウェハー)等の導電性基板等が使用できる。上記樹脂板及び樹脂フィルムを構成する樹脂の例としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミド等が挙げられる。基板6として樹脂フィルム又は紙を用いると、有機トランジスタ10A〜10D,10Fに可撓性を持たせることができ、有機トランジスタ10A〜10D,10Fがフレキシブルで軽量となり、有機トランジスタ10A〜10D,10Fの実用性が向上する。基板の厚みは、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。   Each component in each embodiment will be described. The substrate 6 needs to be able to hold each component formed thereon without peeling off. Examples of the substrate 6 include an insulating substrate such as a resin plate, a resin film, paper, a glass plate, a quartz plate, and a ceramic plate; a substrate in which an insulating layer is formed by coating or the like on a conductive substrate made of metal or an alloy; A substrate composed of various combinations such as a combination of a resin and an inorganic material; a conductive substrate such as a semiconductor substrate (for example, a silicon wafer) can be used. Examples of the resin constituting the resin plate and the resin film include, for example, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate, and polyetherimide. When a resin film or paper is used as the substrate 6, the organic transistors 10A to 10D and 10F can be made flexible, and the organic transistors 10A to 10D and 10F are flexible and lightweight. Practicality is improved. The thickness of the substrate is usually 1 μm to 10 mm, preferably 5 μm to 5 mm.

ソース電極1、ドレイン電極3、ゲート電極5には、導電性を有する材料が用いられる。上記導電性を有する材料としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金;InO2、ZnO2、SnO2、ITO(酸化インジウムスズ)等の導電性酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物;シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体;カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等の炭素材料等が使用できる。また、導電性高分子化合物や半導体は、ドーピングが施されたものであってもよい。その場合、ドーピングに用いるドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸等の無機酸;スルホン酸等の酸性官能基を有する有機酸;PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸;ヨウ素等のハロゲン原子;リチウム、ナトリウム、カリウム等の金属原子等が挙げられる。ホウ素、リン、砒素等はシリコン等の無機半導体用のドーパントとしても多用されている。また、上記のドーパント中にカーボンブラックや金属粒子等の粒子を分散した導電性の複合材料も用いられる。なお、有機半導体層2と接触するソース電極1及びドレイン電極3には、コンタクト抵抗を低減させるための適切な仕事関数の選択や、表面処理等が重要である。 For the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5, a conductive material is used. Examples of the conductive material include platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, cobalt, copper, iron, lead, tin, titanium, indium, palladium, molybdenum, magnesium, calcium, and barium. Metals such as lithium, potassium and sodium and alloys containing them; conductive oxides such as InO 2 , ZnO 2 , SnO 2 and ITO (indium tin oxide); polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene vinylene, Conductive polymer compounds such as polydiacetylene; semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; carbon materials such as carbon black, fullerene, carbon nanotubes, graphite, and graphene can be used. Further, the conductive polymer compound or the semiconductor may be doped. In this case, examples of the dopant used for doping include inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid; organic acids having an acidic functional group such as sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; halogen atoms such as iodine. A metal atom such as lithium, sodium or potassium. Boron, phosphorus, arsenic and the like are also frequently used as dopants for inorganic semiconductors such as silicon. Further, a conductive composite material in which particles such as carbon black and metal particles are dispersed in the above dopant is also used. Note that, for the source electrode 1 and the drain electrode 3 that are in contact with the organic semiconductor layer 2, selection of an appropriate work function for reducing contact resistance, surface treatment, and the like are important.

また、ソース電極1とドレイン電極3との間の距離(チャネル長)は、有機トランジスタ10A〜10Fの特性を決める重要なファクターとなる。該チャネル長は、通常0.01〜300μm、好ましくは0.1〜100μmである。チャネル長が短ければ取り出せる電流量は増えるが、逆にコンタクト抵抗の影響等の短チャネル効果が発生し、制御が困難となるため、適正なチャネル長が必要である。ソース電極1及びドレイン電極3の長さ(チャネル幅)は通常10〜10000μm、好ましくは100〜5000μmである。また、このチャネル幅は、電極の構造をくし型構造とすること等により、さらに長いチャネル幅を形成することが可能であり、必要な電流量やデバイスの構造等に応じて適切な長さにする必要がある。   Further, the distance (channel length) between the source electrode 1 and the drain electrode 3 is an important factor that determines the characteristics of the organic transistors 10A to 10F. The channel length is usually 0.01 to 300 μm, preferably 0.1 to 100 μm. If the channel length is short, the amount of current that can be extracted increases, but conversely, short channel effects such as the influence of contact resistance occur and control becomes difficult, so an appropriate channel length is required. The length (channel width) of the source electrode 1 and the drain electrode 3 is usually 10 to 10000 μm, preferably 100 to 5000 μm. In addition, this channel width can be made longer by forming the electrode structure into a comb structure, etc., and can be set to an appropriate length according to the required amount of current, device structure, etc. There is a need to.

ソース電極1及びドレイン電極3のそれぞれの構造(形)について説明する。ソース電極1とドレイン電極3との構造はそれぞれ同じであってもよく、また、異なっていてもよい。ボトムコンタクト構造の場合は、一般的にはリソグラフィー法を用いてソース電極1及びドレイン電極3を作製し、また、ソース電極1及びドレイン電極3は直方体に形成することが好ましい。最近は各種印刷方法による印刷精度が向上してきており、インクジェット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等の手法を用いて精度よくソース電極1及びドレイン電極3を作製することが可能となってきている。有機半導体層2上にソース電極1及びドレイン電極3のあるトップコンタクト構造の場合は、シャドウマスク等を用いて上記導電性を有する材料を蒸着することにより、ソース電極1及びドレイン電極3を作製できる。インクジェット印刷等の手法を用いてソース電極1及びドレイン電極3の電極パターンを直接印刷形成することも可能となってきている。ソース電極1及びドレイン電極3の長さは前記のチャネル幅と同じである。ソース電極1及びドレイン電極3の幅には特に規定は無いが、電気的特性を安定化できる範囲で、デバイスの面積を小さくするために、短い方が好ましい。ソース電極1及びドレイン電極3の幅は、通常は、0.1〜1000μmであり、好ましくは0.5〜100μmである。ソース電極1及びドレイン電極3の厚みは、通常は、0.1〜1000nmであり、好ましくは1〜500nmであり、より好ましくは5〜200nmである。ソース電極1及びドレイン電極3には、配線が連結されているが、配線もソース電極1及びドレイン電極3とほぼ同様の材料により作製される。   The structures (shapes) of the source electrode 1 and the drain electrode 3 will be described. The structures of the source electrode 1 and the drain electrode 3 may be the same or different. In the case of the bottom contact structure, it is generally preferable to form the source electrode 1 and the drain electrode 3 using a lithography method, and to form the source electrode 1 and the drain electrode 3 in a rectangular parallelepiped. Recently, printing accuracy by various printing methods has been improved, and it has become possible to produce the source electrode 1 and the drain electrode 3 with high accuracy using techniques such as ink jet printing, gravure printing, and screen printing. In the case of a top contact structure in which the source electrode 1 and the drain electrode 3 are provided on the organic semiconductor layer 2, the source electrode 1 and the drain electrode 3 can be produced by vapor-depositing the conductive material using a shadow mask or the like. . It has also become possible to directly print and form the electrode patterns of the source electrode 1 and the drain electrode 3 using a technique such as inkjet printing. The lengths of the source electrode 1 and the drain electrode 3 are the same as the channel width. The widths of the source electrode 1 and the drain electrode 3 are not particularly limited, but are preferably shorter in order to reduce the area of the device within a range where the electrical characteristics can be stabilized. The width of the source electrode 1 and the drain electrode 3 is usually 0.1 to 1000 μm, preferably 0.5 to 100 μm. The thicknesses of the source electrode 1 and the drain electrode 3 are usually 0.1 to 1000 nm, preferably 1 to 500 nm, and more preferably 5 to 200 nm. Although wiring is connected to the source electrode 1 and the drain electrode 3, the wiring is also made of the same material as the source electrode 1 and the drain electrode 3.

絶縁体層4としては、絶縁性を有する材料が用いられる。前記絶縁性を有する材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、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、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらポリマーの構成単位を2種以上組み合わせた共重合体;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の(強誘電性でない)酸化物;SrTiO3、BaTiO3等の強誘電性酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物;硫化物、フッ化物等の誘電体等を使用できる。また、上記絶縁性を有する材料として、ポリマー中に上記誘電体(ただし上記ポリマーとは異なる材料)の粒子を分散させた材料も使用できる。上記絶縁性を有する材料としては、リーク電流を少なくするために電気絶縁特性が高いものが好ましく、これにより、絶縁体層4の膜厚を薄膜化し、絶縁容量を高くすることができ、取り出せる電流を多くすることができる。また半導体の移動度を向上させるためには、絶縁体層4は、当該絶縁体層4の表面の表面エネルギーを低下させることができる、凹凸がないスムースな膜であることが好ましい。そのために自己組織化単分子膜の絶縁体層4や、2層構成の絶縁体層4を形成させる場合がある。絶縁体層4の厚みは、材料によって異なるが、通常は、0.1nm〜100μm、好ましくは0.5nm〜50μm、より好ましくは1nm〜10μmである。 As the insulator layer 4, an insulating material is used. Examples of the insulating material include polyparaxylylene, polyacrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinylphenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, fluororesin, Polymers such as epoxy resins and phenol resins, and copolymers in which two or more structural units of these polymers are combined; oxides (non-ferroelectric) such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide; SrTiO 3 , BaTiO Ferroelectric oxides such as 3 ; nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride; dielectrics such as sulfides and fluorides can be used. In addition, as the material having the insulating property, a material in which particles of the dielectric (however, a material different from the polymer) are dispersed in a polymer can be used. As the material having the insulating property, a material having high electrical insulation characteristics is preferable in order to reduce the leakage current. Thereby, the thickness of the insulator layer 4 can be reduced, the insulation capacity can be increased, and the current that can be taken out. Can be more. In order to improve the mobility of the semiconductor, it is preferable that the insulator layer 4 is a smooth film that can reduce the surface energy of the surface of the insulator layer 4 and has no unevenness. For this purpose, a self-assembled monolayer insulator layer 4 or a two-layer insulator layer 4 may be formed. The thickness of the insulator layer 4 varies depending on the material, but is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 1 nm to 10 μm.

有機半導体層2は、一般式(1)で表わされる本発明に係る多環縮環化合物を含む有機半導体材料を用いた薄膜を有するものである。有機半導体層2の構造は、例えば、本発明に係る多環縮環化合物を含む薄膜からなる層のみを有する単層構造として形成される。ただし、有機トランジスタの特性の改善、多の特性の付与等の目的のため、必要に応じて他の有機半導体材料や各種添加剤を混合することも可能である。また、有機半導体層2は、本発明に係る多環縮環化合物を含む薄膜からなる層を有する複層構造として形成することも可能である。   The organic semiconductor layer 2 has a thin film using an organic semiconductor material containing the polycyclic fused ring compound according to the present invention represented by the general formula (1). The structure of the organic semiconductor layer 2 is formed as, for example, a single layer structure having only a layer made of a thin film containing the polycyclic fused ring compound according to the present invention. However, for the purpose of improving the characteristics of the organic transistor and imparting various characteristics, it is possible to mix other organic semiconductor materials and various additives as necessary. The organic semiconductor layer 2 can also be formed as a multilayer structure having a layer made of a thin film containing the polycyclic fused ring compound according to the present invention.

有機半導体層2の厚みは、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。有機トランジスタ10A〜10D,10F等の横型の有機トランジスタにおいては、有機半導体層2の厚みが所定以上の厚みを有していれば有機半導体デバイスの特性は厚みに依存しない一方、有機半導体層2の厚みが厚くなると漏れ電流が増加してくることが多いため、有機半導体層2の厚みが適当な範囲内にあることが好ましい。有機半導体層2の厚みは、有機半導体層2に必要とされる機能を有機半導体層2が果たすために、通常、0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜3μmであり、より好ましくは1nm〜1μmである。   The thickness of the organic semiconductor layer 2 is preferably as thin as possible without losing necessary functions. In the horizontal type organic transistors such as the organic transistors 10A to 10D and 10F, the characteristics of the organic semiconductor device do not depend on the thickness as long as the thickness of the organic semiconductor layer 2 has a predetermined thickness or more. Since the leakage current often increases as the thickness increases, the thickness of the organic semiconductor layer 2 is preferably within an appropriate range. The thickness of the organic semiconductor layer 2 is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 3 μm, more preferably, in order for the organic semiconductor layer 2 to perform the function required for the organic semiconductor layer 2. Is 1 nm to 1 μm.

有機トランジスタ10A〜10Fでは、上述した各構成要素の間や、上述した各構成要素の露出した表面に必要に応じて他の層を設けてもよい。例えば、上記有機トランジスタ10A〜10Fにおける有機半導体層2上に直接又は他の層を介して、保護層を形成してもよい。これにより、有機トランジスタの電気的特性に対する湿度等の外気の影響を小さくして、有機トランジスタの電気的特性を安定化させることができる。また、有機トランジスタのオン/オフ比等の電気的特性を向上させることができる。   In the organic transistors 10 </ b> A to 10 </ b> F, other layers may be provided as necessary between the above-described components or on the exposed surfaces of the above-described components. For example, a protective layer may be formed directly or via another layer on the organic semiconductor layer 2 in the organic transistors 10A to 10F. Thereby, the influence of external air such as humidity on the electrical characteristics of the organic transistor can be reduced, and the electrical characteristics of the organic transistor can be stabilized. In addition, electrical characteristics such as the on / off ratio of the organic transistor can be improved.

上記保護層を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂;酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化物;及び窒化物等の誘電体等が好ましく、酸素の透過率、水分の透過率、及び吸水率の小さな樹脂(ポリマー)がより好ましい。上記保護層を構成する材料として、有機ELディスプレイ用に開発されているガスバリア性保護材料も使用できる。保護層の厚みは、その目的に応じて任意の厚みを採用できるが、通常100nm〜1mmである。   Although it does not specifically limit as a material which comprises the said protective layer, For example, various resins, such as acrylic resins, such as an epoxy resin and polymethylmethacrylate, a polyurethane, a polyimide, polyvinyl alcohol, a fluororesin, polyolefin; silicon oxide, aluminum oxide, Inorganic oxides such as silicon nitride; and dielectrics such as nitrides are preferred, and resins (polymers) having low oxygen permeability, moisture permeability, and water absorption are more preferred. As a material constituting the protective layer, a gas barrier protective material developed for an organic EL display can also be used. Although the thickness of a protective layer can employ | adopt arbitrary thickness according to the objective, it is 100 nm-1 mm normally.

また、有機半導体層2が形成される表面(基板6の表面、絶縁体層4の表面等)に、有機半導体層2の形成前に予め表面処理を行うことにより、有機トランジスタ10A〜10Fの特性を向上させることが可能である。例えば、有機半導体層2が形成される表面の親水性/疎水性の度合いを調整することにより、その表面に形成される有機半導体層2の質(例えば、有機半導体層2を構成する薄膜の膜質や成膜性)を改良することができる。特に、有機半導体材料からなる有機半導体層2は、分子の配向等のような層の状態によってその特性が大きく変わることがある。そのため、有機半導体層2が形成される表面への表面処理によって、有機半導体層2が形成される表面とその表面上に形成される有機半導体層2との界面部分における分子配向が制御されると共に、有機半導体層2が形成される基材(基板6や絶縁体層4等)中のトラップ部位が低減され、これにより、有機トランジスタのキャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。   Further, the surface of the organic semiconductor layer 2 (the surface of the substrate 6, the surface of the insulator layer 4, etc.) is subjected to surface treatment before the formation of the organic semiconductor layer 2, whereby the characteristics of the organic transistors 10 </ b> A to 10 </ b> F. It is possible to improve. For example, by adjusting the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the surface on which the organic semiconductor layer 2 is formed, the quality of the organic semiconductor layer 2 formed on the surface (for example, the film quality of the thin film constituting the organic semiconductor layer 2) And film formability) can be improved. In particular, the characteristics of the organic semiconductor layer 2 made of an organic semiconductor material may vary greatly depending on the state of the layer such as molecular orientation. Therefore, the surface treatment on the surface on which the organic semiconductor layer 2 is formed controls the molecular orientation at the interface between the surface on which the organic semiconductor layer 2 is formed and the organic semiconductor layer 2 formed on the surface. It is considered that the trap site in the base material (substrate 6, insulator layer 4, etc.) on which the organic semiconductor layer 2 is formed is reduced, thereby improving characteristics such as carrier mobility of the organic transistor.

トラップ部位とは、未処理の基材中に存在する例えば水酸基等の官能基をさす。有機半導体層2が形成される基材中にこのような官能基が存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果として、有機トランジスタのキャリア移動度が低下する。従って、有機半導体層2が形成される基材中のトラップ部位を低減することも、有機トランジスタのキャリア移動度等の特性改良には有効な場合が多い。   The trap site refers to a functional group such as a hydroxyl group present in an untreated substrate. When such a functional group exists in the base material on which the organic semiconductor layer 2 is formed, electrons are attracted to the functional group, and as a result, the carrier mobility of the organic transistor is lowered. Therefore, reducing trap sites in the base material on which the organic semiconductor layer 2 is formed is often effective for improving characteristics such as carrier mobility of the organic transistor.

上記した有機半導体層2が形成される基材の表面処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン等による自己組織化単分子膜処理;ポリマー等による表面処理;塩酸、硫酸、酢酸等の酸による酸処理;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等のアルカリによるアルカリ処理;オゾン処理;フッ素化処理;酸素プラズマやアルゴンプラズマ等のプラズマによるプラズマ処理;ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理;その他の絶縁体や半導体の薄膜を形成する処理;機械的処理;コロナ放電等の電気的処理;繊維等を利用したラビング処理等、及び、これら処理の組み合わせを挙げることができる。   Examples of the surface treatment of the substrate on which the organic semiconductor layer 2 is formed include, for example, self-assembled monolayer treatment with hexamethyldisilazane, octyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, etc .; surface treatment with polymers, etc .; hydrochloric acid, Acid treatment with acids such as sulfuric acid and acetic acid; Alkaline treatment with alkali such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide and ammonia; Ozone treatment; Fluorination treatment; Plasma treatment with plasma such as oxygen plasma and argon plasma; Langmuir・ Blodgett film forming treatment; Other insulator or semiconductor thin film forming treatments; Mechanical treatments; Electrical treatments such as corona discharge; Rubbing treatments using fibers, etc., and combinations of these treatments be able to.

図1に示した有機トランジスタ10A〜10Fにおいて、基材に各種の層を設ける方法(基板6上に絶縁体層4を設ける方法、基板6上に有機半導体層2を設ける方法、絶縁体層4上に有機半導体層2を設ける方法等)としては、例えば真空蒸着法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等の各種方法が適宜採用できる。   In the organic transistors 10A to 10F shown in FIG. 1, a method of providing various layers on the base material (a method of providing the insulator layer 4 on the substrate 6, a method of providing the organic semiconductor layer 2 on the substrate 6, the insulator layer 4 As a method for providing the organic semiconductor layer 2 on the surface, various methods such as a vacuum deposition method, a coating method, a printing method, and a sol-gel method can be appropriately employed.

次に、本発明に係る有機トランジスタの製造方法について説明する。ここでは、図1(b)に示す態様例のトップコンタクト−ボトムゲート型有機トランジスタ10Bについて例示する。この製造方法は、前述の有機トランジスタ10A,10C〜10F等の他の態様の有機トランジスタにも同様に適用しうるものである。図2は、本発明に係る有機トランジスタの一態様例を製造する為の工程を示す概略図である。   Next, the manufacturing method of the organic transistor according to the present invention will be described. Here, the top contact-bottom gate type organic transistor 10B of the embodiment shown in FIG. This manufacturing method can be similarly applied to organic transistors of other modes such as the above-described organic transistors 10A, 10C to 10F. FIG. 2 is a schematic view showing a process for producing an embodiment of the organic transistor according to the present invention.

(1)基板6の表面処理
本発明に係る有機トランジスタ10Bの製造方法では、まず基板6を用意し(図2(a)参照)、基板6上に必要な各種の層や電極を設けることで有機トランジスタ10Bを作製する。基板6としては、前述した材料が用いられる。この基板6上に前述の表面処理等を行うことも可能である。基板6の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。基板6の厚みは、基板6を構成する材料によっても異なるが、通常は、1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。また、必要に応じて、基板6に電極の機能を持たせるようにすることもできる。
(1) Surface Treatment of Substrate 6 In the method of manufacturing the organic transistor 10B according to the present invention, first, the substrate 6 is prepared (see FIG. 2A), and various layers and electrodes necessary for the substrate 6 are provided. An organic transistor 10B is produced. As the substrate 6, the materials described above are used. It is also possible to perform the above-described surface treatment on the substrate 6. The thickness of the substrate 6 is preferably thin as long as necessary functions are not hindered. Although the thickness of the board | substrate 6 changes also with the material which comprises the board | substrate 6, it is 1 micrometer-10 mm normally, Preferably it is 5 micrometers-5 mm. If necessary, the substrate 6 may have an electrode function.

(2)ゲート電極5の形成
次に、基板6上にゲート電極5を形成する(図2(b)参照)。ゲート電極5を構成する材料としては、前述した材料が用いられる。ゲート電極5を形成する方法としては、各種の方法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等が採用できる。ゲート電極5を構成する材料(電極材料)の層を形成する場合、又はその層を形成した後に、必要に応じて所望の形状となるように層をパターニングすることが好ましい。層のパターニングの方法としても、各種の方法を用いうるが、例えば、フォトレジストのパターニングとエッチングとを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。また、シャドウマスクを用いた蒸着法:スパッタ法;インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法;マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法;又はこれら手法を複数組み合わせた手法を利用して、層をパターニングすることも可能である。ゲート電極5の厚みは、ゲート電極5を構成する材料によっても異なるが、通常は、0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。また、単一の導電性基板がゲート電極5と基板6とを兼ねるような場合には、その単一の導電性基板の厚みは、上述したゲート電極5の厚みの範囲より厚くてもよい。
(2) Formation of Gate Electrode 5 Next, the gate electrode 5 is formed on the substrate 6 (see FIG. 2B). As the material constituting the gate electrode 5, the materials described above are used. As a method for forming the gate electrode 5, various methods can be used. For example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a thermal transfer method, a printing method, a sol-gel method, or the like can be employed. When forming a layer of a material (electrode material) constituting the gate electrode 5, or after forming the layer, it is preferable to pattern the layer so as to have a desired shape as necessary. Various methods can be used as the layer patterning method, and examples thereof include a photolithography method in which patterning and etching of a photoresist are combined. Also, evaporation method using shadow mask: sputtering method; printing method such as ink jet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, etc .; soft lithography method such as micro contact printing method; or a combination of these methods Thus, the layer can be patterned. The thickness of the gate electrode 5 varies depending on the material constituting the gate electrode 5, but is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, and more preferably 1 nm to 3 μm. When a single conductive substrate serves as both the gate electrode 5 and the substrate 6, the thickness of the single conductive substrate may be larger than the above-described thickness range of the gate electrode 5.

(3)絶縁体層4の形成
次に、ゲート電極5上に絶縁体層4を形成する(図2(c)参照)。絶縁体層4を構成する材料としては、前述した材料が用いられる。絶縁体層4の形成には、各種の方法を用いることができる。絶縁体層4の形成に用いることができる方法としては、例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、キャスト、バーコート、ブレードコーティング等の塗布法;スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット等の印刷法;真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、CVD法等のドライプロセス法等の各種の方法が挙げられる。絶縁体層4の形成方法として、その他、ゾルゲル法;アルミニウム上にアルマイト形成する方法や、シリコン上に酸化珪素を形成する方法のように金属又は半金属の表層を熱酸化法等により酸化させて酸化物膜を形成する方法等も採用できる。
(3) Formation of insulator layer 4 Next, the insulator layer 4 is formed on the gate electrode 5 (see FIG. 2C). As the material constituting the insulator layer 4, the materials described above are used. Various methods can be used to form the insulator layer 4. Examples of methods that can be used for forming the insulator layer 4 include spin coating, spray coating, dip coating, casting, bar coating, blade coating, and other coating methods; screen printing, offset printing, inkjet printing, and the like; Various methods such as a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, an ion plating method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, and a dry process method such as a CVD method can be used. In addition to the sol-gel method; a method of forming alumite on aluminum or a method of forming silicon oxide on silicon, the surface layer of metal or metalloid is oxidized by a thermal oxidation method or the like as a method of forming the insulator layer 4. A method of forming an oxide film can also be employed.

なお、絶縁体層4と有機半導体層2とが接する部分においては、絶縁体層4と有機半導体層2との界面で有機半導体層2を構成する分子、例えば、上記一般式(1)で表される多環縮環化合物の分子を良好に配向させるために、絶縁体層4に所定の表面処理を行うこともできる。絶縁体層4の表面処理の手法としては、基板6の表面処理と同様のものを用いることができる。絶縁体層4の厚みは、絶縁体層4の電気容量をあげることで、取り出す電気量を増やすことができるため、できるだけ薄いことが好ましい。ただし、絶縁体層4の厚みが薄いほと、リーク電流が増えるため、絶縁体層4の厚みは、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。絶縁体層4の厚みは、通常は、0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜50μmであり、より好ましくは5nm〜10μmである。   In the portion where the insulator layer 4 and the organic semiconductor layer 2 are in contact with each other, the molecules constituting the organic semiconductor layer 2 at the interface between the insulator layer 4 and the organic semiconductor layer 2, for example, represented by the above general formula (1) In order to satisfactorily orient the molecules of the polycyclic fusedring compound, a predetermined surface treatment can be performed on the insulator layer 4. As a surface treatment method for the insulator layer 4, the same surface treatment as that for the substrate 6 can be used. The thickness of the insulator layer 4 is preferably as thin as possible because the amount of electricity taken out can be increased by increasing the electric capacity of the insulator layer 4. However, since the leakage current increases as the thickness of the insulator layer 4 is thinner, the thickness of the insulator layer 4 is preferably as thin as possible without impairing its function. The thickness of the insulator layer 4 is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 5 nm to 10 μm.

(4)有機半導体層2の形成
上記一般式(1)にて表される本発明に係る多環縮環化合物を含む有機半導体材料は、有機半導体層2の形成に使用される(図2(d)参照)。有機半導体層2を形成するにあたっては、薄膜を形成するための各種の方法を用いることができる。具体的にはスパッタリング法、CVD法、分子線エピタキシャル成長法、真空蒸着法等の真空プロセスによる形成方法;ディップコート法、ダイコーター法、ロールコーター法、バーコーター法、スピンコート法等の塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクト印刷法などの溶液プロセスによる形成方法;が挙げられる。
(4) Formation of Organic Semiconductor Layer 2 The organic semiconductor material containing the polycyclic fused ring compound according to the present invention represented by the general formula (1) is used for forming the organic semiconductor layer 2 (FIG. 2 ( d)). In forming the organic semiconductor layer 2, various methods for forming a thin film can be used. Specifically, a forming method by a vacuum process such as a sputtering method, a CVD method, a molecular beam epitaxial growth method, a vacuum deposition method; a coating method such as a dip coating method, a die coater method, a roll coater method, a bar coater method, a spin coating method, And forming methods by solution processes such as an inkjet method, a screen printing method, an offset printing method, and a microcontact printing method.

まず有機半導体材料を真空プロセスによって成膜し、有機半導体層2を形成する方法について説明する。真空プロセスによる成膜方法としては、本発明に係る有機半導体材料をルツボや金属のボート内に収容し、真空下で、加熱し、蒸発した有機半導体材料を、基板6、絶縁体層4、ソース電極1、ドレイン電極3等に付着(蒸着)させる方法、すなわち真空蒸着法を採用することが好ましい。この場合における真空度は、通常1.0×10-1Pa以下、好ましくは1.0×10-3Pa以下である。また、蒸着時の基板6の温度によって有機半導体材料による薄膜、ひいては有機トランジスタの特性が変化する場合があるので、注意深く基板6の温度を選択する必要がある。蒸着時の基板6の温度は通常、0〜250℃であり、好ましくは5〜200℃であり、より好ましくは10〜180℃であり、更に好ましくは15〜150℃であり、特に好ましくは20〜130℃である。 First, a method of forming an organic semiconductor layer 2 by forming an organic semiconductor material by a vacuum process will be described. As a film forming method by a vacuum process, the organic semiconductor material according to the present invention is accommodated in a crucible or a metal boat, heated in a vacuum, and evaporated, the organic semiconductor material is a substrate 6, an insulator layer 4, a source. It is preferable to employ a method of adhering (vapor deposition) to the electrode 1, the drain electrode 3 or the like, that is, a vacuum vapor deposition method. The degree of vacuum in this case is usually 1.0 × 10 −1 Pa or less, preferably 1.0 × 10 −3 Pa or less. In addition, since the characteristics of the thin film made of an organic semiconductor material and thus the characteristics of the organic transistor may change depending on the temperature of the substrate 6 during vapor deposition, it is necessary to carefully select the temperature of the substrate 6. The temperature of the substrate 6 during vapor deposition is usually 0 to 250 ° C., preferably 5 to 200 ° C., more preferably 10 to 180 ° C., still more preferably 15 to 150 ° C., and particularly preferably 20 ~ 130 ° C.

また、蒸着速度は、通常0.001nm/秒〜10nm/秒であり、好ましくは0.01nm/秒〜1nm/秒である。有機半導体材料から形成される有機半導体層2の膜厚は、通常1nm〜1μm、好ましくは5nm〜500nmより好ましくは10nm〜300nmである。   The deposition rate is usually 0.001 nm / second to 10 nm / second, preferably 0.01 nm / second to 1 nm / second. The film thickness of the organic semiconductor layer 2 formed from an organic semiconductor material is usually 1 nm to 1 μm, preferably 5 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 300 nm.

なお、有機半導体層2を形成するための有機半導体材料を加熱し、蒸発させて基板6に付着させる蒸着方法に代えて、その他の手法を用いてもよい。   Note that other methods may be used in place of the vapor deposition method in which the organic semiconductor material for forming the organic semiconductor layer 2 is heated and evaporated to adhere to the substrate 6.

次に、溶液プロセスによって成膜し有機半導体層2を形成する方法について説明する。一般式(1)にて表される本発明に係る多環縮環化合物を溶剤等に溶解し、さらに必要であれば添加剤などを添加した組成物を、基板6、絶縁体層4、ソース電極1、ドレイン電極3等に塗布する。塗布の方法としては、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法;インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、凸版印刷等の印刷法;マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等が挙げられる。さらには、これらの手法を複数組み合わせた方法が挙げられる。   Next, a method for forming the organic semiconductor layer 2 by forming a film by a solution process will be described. A composition obtained by dissolving the polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1) according to the present invention in a solvent or the like, and further adding an additive or the like, if necessary, is the substrate 6, the insulator layer 4, the source It is applied to the electrode 1, the drain electrode 3 and the like. Coating methods include casting, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, spray coating, and other coating methods; inkjet printing, screen printing, offset printing, flexographic printing, letterpress printing, and other printing methods; microcontact printing Examples thereof include soft lithography techniques. Furthermore, there is a method in which a plurality of these methods are combined.

さらに、塗布方法に類似した方法として水面上に上記のインクを滴下することにより作製した有機半導体層2の単分子膜を基板6に移し積層するラングミュア−ブロジェット法、液晶や融液状態の材料を2枚の基板6で挟んで毛管現象で基板6間に導入する方法等も採用できる。   Furthermore, as a method similar to the coating method, the Langmuir-Blodgett method in which the monomolecular film of the organic semiconductor layer 2 produced by dropping the above ink on the water surface is transferred to the substrate 6 and laminated, and the material in the liquid crystal or melt state It is also possible to adopt a method in which the substrate is sandwiched between two substrates 6 and introduced between the substrates 6 by capillary action.

製膜時における基板6や有機半導体材料の温度等の環境も重要である。基板6や有機半導体材料の温度によって、製造される有機トランジスタの特性が変化する場合があるので、注意深く基板6及び有機半導体材料の温度を選択する必要がある。基板6の温度は通常、0〜200℃であり、好ましくは10〜120℃であり、より好ましくは15〜100℃である。ただし、用いる溶剤等の要因にも大きく依存するため、注意が必要である。   The environment such as the temperature of the substrate 6 and the organic semiconductor material during film formation is also important. Since the characteristics of the organic transistor to be manufactured may change depending on the temperature of the substrate 6 and the organic semiconductor material, it is necessary to carefully select the temperature of the substrate 6 and the organic semiconductor material. The temperature of the board | substrate 6 is 0-200 degreeC normally, Preferably it is 10-120 degreeC, More preferably, it is 15-100 degreeC. However, care must be taken because it greatly depends on factors such as the solvent used.

この方法により作製される有機半導体層2の膜厚は、機能を損なわない範囲で、薄い方が好ましい。膜厚が厚くなると漏れ電流が大きくなる懸念がある。有機半導体層2の膜厚は、通常1nm〜1μm、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは10nm〜300nmである。   The film thickness of the organic semiconductor layer 2 produced by this method is preferably thinner as long as the function is not impaired. There is a concern that the leakage current increases as the film thickness increases. The film thickness of the organic semiconductor layer 2 is usually 1 nm to 1 μm, preferably 5 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 300 nm.

(5)有機半導体層2の後処理
このように形成された有機半導体層2(図2(d)参照)は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、熱処理を行うことで、成膜時に生じた膜中の歪みが緩和されること、ピンホールが低減されること、膜中の配列・配向が制御できること等の理由により、有機トランジスタの特性の向上や安定化を図ることができる。本発明に係る有機トランジスタの作製に際しては、この様な熱処理を行うことが特性の向上のために効果的である。当該熱処理は有機半導体層2を形成した後に基板6を加熱することによって行う。熱処理の温度は特に制限は無いが通常、室温から200℃程度で、好ましくは40〜150℃、更に好ましくは45〜120℃である。この時の熱処理時間については特に制限は無いが通常10秒から24時間、好ましくは30秒から3時間程度である。その時の雰囲気は大気中でもよいが、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下でもよい。その他、溶媒蒸気による膜形状のコントロール等が可能である。
(5) Post-treatment of organic semiconductor layer 2 The organic semiconductor layer 2 (see FIG. 2D) formed in this way can be further improved in characteristics by post-treatment. For example, by performing heat treatment, distortion in the film generated during film formation is alleviated, pinholes are reduced, and alignment / orientation in the film can be controlled. Improvement and stabilization can be achieved. In the production of the organic transistor according to the present invention, it is effective to improve the characteristics by performing such heat treatment. The heat treatment is performed by heating the substrate 6 after forming the organic semiconductor layer 2. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually from room temperature to about 200 ° C, preferably 40 to 150 ° C, more preferably 45 to 120 ° C. The heat treatment time at this time is not particularly limited, but is usually about 10 seconds to 24 hours, preferably about 30 seconds to 3 hours. The atmosphere at that time may be air, but may be an inert atmosphere such as nitrogen or argon. In addition, the film shape can be controlled by solvent vapor.

また、その他の有機半導体層2の後処理方法として、酸素、水素等の酸化性若しくは還元性の気体、又は酸化性若しくは還元性の液体等を用いて処理することにより、酸化又は還元による特性変化を誘起することもできる。このような後処理方法は、例えば、膜中のキャリア密度の増加又は減少を目的として実施される。   Further, as another post-treatment method of the organic semiconductor layer 2, a characteristic change due to oxidation or reduction can be achieved by treatment with an oxidizing or reducing gas such as oxygen or hydrogen, or an oxidizing or reducing liquid. Can also be induced. Such a post-treatment method is carried out for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film, for example.

また、ドーピングと呼ばれる手法において、微量のドーパント(元素、原子団、分子、又は高分子)を有機半導体層2に添加することにより、有機半導体層2の特性を変化させることができる。例えば、酸素等の酸化性気体;水素等の還元性気体;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸;ヨウ素等のハロゲン原子;ナトリウム、カリウム等の金属原子;テトラチアフルバレン(TTF)やフタロシアニン等のドナー化合物等のドーパントを有機半導体層2にドーピングすることができる。これは、有機半導体層2にガス状態のドーパントを接触させる方法(ドーパントがガスである場合)、溶液状態のドーパントに有機半導体層2を浸す方法(ドーパントが溶液状態である場合)、電気化学的なドーピング処理をする方法等により達成できる。これらのドーパントは、必ずしも有機半導体層2の形成後に添加しなくてもよく、有機半導体層2の材料(有機半導体材料)の合成時に添加したり、薄膜形成用組成物を用いて有機半導体層2を形成する場合には、その薄膜形成用組成物に添加したり、有機半導体層2を形成する工程段階で添加したりしてもよい。また、有機半導体層2を形成する材料(有機半導体材料)にドーパントを添加して共蒸着したり、有機半導体層2を形成する時の周囲の雰囲気にドーパントを混合したり(ドーパントを存在させた環境下で有機半導体層2を形成する)、さらにはドーパントのイオンを真空中で加速して有機半導体層2に衝突させてドーピングしたりすることも可能である。 In addition, in a technique called doping, the characteristics of the organic semiconductor layer 2 can be changed by adding a trace amount of dopant (element, atomic group, molecule, or polymer) to the organic semiconductor layer 2. For example, oxidizing gases such as oxygen; reducing gases such as hydrogen; acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; halogen atoms such as iodine; sodium and potassium The organic semiconductor layer 2 can be doped with a dopant such as a metal atom; a donor compound such as tetrathiafulvalene (TTF) or phthalocyanine. This is because the organic semiconductor layer 2 is brought into contact with a gaseous dopant (when the dopant is a gas), the organic semiconductor layer 2 is immersed in a solution state dopant (when the dopant is in a solution state), electrochemical This can be achieved by a method of performing a proper doping process. These dopants do not necessarily need to be added after the formation of the organic semiconductor layer 2, and are added during the synthesis of the material (organic semiconductor material) of the organic semiconductor layer 2, or the organic semiconductor layer 2 using a thin film forming composition. May be added to the composition for forming a thin film, or may be added in the process step of forming the organic semiconductor layer 2. Further, a dopant is added to the material forming the organic semiconductor layer 2 (organic semiconductor material) and co-evaporation is performed, or the dopant is mixed in an ambient atmosphere when forming the organic semiconductor layer 2 (the dopant is present). The organic semiconductor layer 2 is formed under an environment), and further, dopant ions can be accelerated in a vacuum and collide with the organic semiconductor layer 2 for doping.

これらのドーピングの効果としては、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性の変化(p型、n型)、フェルミ準位の変化等が挙げられる。   These doping effects include changes in electrical conductivity due to increase or decrease in carrier density, changes in carrier polarity (p-type and n-type), changes in Fermi level, and the like.

(6)ソース電極1及びドレイン電極3の形成
次に、有機半導体層2上にソース電極1及びドレイン電極3を形成する(図2(e)参照)。ソース電極1及びドレイン電極3の形成方法等は、ゲート電極5の形成方法等に準じたものとすることができる。また、ソース電極1及びドレイン電極3の形成においては、有機半導体層2との接触抵抗を低減するために、各種の添加剤等を用いることが可能である。
(6) Formation of Source Electrode 1 and Drain Electrode 3 Next, the source electrode 1 and the drain electrode 3 are formed on the organic semiconductor layer 2 (see FIG. 2E). The method for forming the source electrode 1 and the drain electrode 3 can be based on the method for forming the gate electrode 5. In forming the source electrode 1 and the drain electrode 3, various additives or the like can be used to reduce the contact resistance with the organic semiconductor layer 2.

(7)保護層7の形成
上述したソース電極1及びドレイン電極3を形成する工程で、有機トランジスタ10B(図1(b)参照及び図2(e)参照)が完成するが、必要に応じて、ソース電極1及びドレイン電極3の形成後に、有機半導体層2の上面で露出している部分、ソース電極1の上面、及びドレイン電極3の上面に保護層7を形成してもよい(図2(f)参照)。有機半導体層2の上面で露出している部分、ソース電極1の上面、及びドレイン電極3の上面の上に保護層7を形成することで、外気の影響を最小限にでき、また、有機トランジスタ10Bの電気的特性を安定化できるという利点がある。
(7) Formation of Protective Layer 7 In the step of forming the source electrode 1 and drain electrode 3 described above, the organic transistor 10B (see FIG. 1B and FIG. 2E) is completed. After the formation of the source electrode 1 and the drain electrode 3, a protective layer 7 may be formed on a portion exposed on the upper surface of the organic semiconductor layer 2, the upper surface of the source electrode 1, and the upper surface of the drain electrode 3 (FIG. 2). (Refer to (f)). By forming the protective layer 7 on the exposed portion of the upper surface of the organic semiconductor layer 2, the upper surface of the source electrode 1, and the upper surface of the drain electrode 3, the influence of outside air can be minimized, and the organic transistor There is an advantage that the electrical characteristics of 10B can be stabilized.

保護層7の材料としては、前述のものが使用される。また、保護層7の厚みは、その目的に応じて任意の厚みを採用できるが、通常は100nm〜1mmである。保護層7を形成する方法としては、各種の方法を採用しうるが、保護層7が樹脂からなる場合には、例えば、樹脂を含有する溶液を塗布した後に乾燥させて樹脂層とする方法;樹脂のモノマーを塗布あるいは蒸着した後に重合させる方法等が挙げられる。樹脂層の形成後に架橋処理を行ってもよい。保護層7が無機物からなる場合には、保護層7を形成する方法として、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスによる形成方法;ゾルゲル法等の溶液プロセスによる形成方法等も用いることができる。   As the material for the protective layer 7, the above-mentioned materials are used. Moreover, the thickness of the protective layer 7 can employ | adopt arbitrary thickness according to the objective, Usually, it is 100 nm-1 mm. As a method of forming the protective layer 7, various methods can be adopted. When the protective layer 7 is made of a resin, for example, a method of applying a solution containing a resin and drying it to obtain a resin layer; Examples thereof include a method of polymerizing after applying or vapor-depositing a resin monomer. You may perform a crosslinking process after formation of a resin layer. When the protective layer 7 is made of an inorganic material, as a method for forming the protective layer 7, for example, a forming method by a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method; a forming method by a solution process such as a sol-gel method can be used. .

有機トランジスタにおいては、有機半導体層2上の他、各構成要素の間にも、必要に応じて保護層7を設けることができる。そのような保護層7は有機トランジスタの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。   In the organic transistor, in addition to the organic semiconductor layer 2, a protective layer 7 can be provided between components as necessary. Such a protective layer 7 may help to stabilize the electrical characteristics of the organic transistor.

本発明に係る有機トランジスタは、有機半導体層2を構成する材料として、上記一般式(1)で表される多環縮環化合物を含む有機半導体材料を用いるため、比較的低温プロセスで有機トランジスタを製造することが可能である。従って、本発明に係る有機トランジスタには、高温にさらされる条件下では使用できなかったプラスチック板やプラスチックフィルム等のフレキシブルな材料も基板6として用いることができる。その結果、本発明に係る有機トランジスタは、フレキシブルな材料を基板6として用いることで、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい有機半導体デバイスを実現することが可能となる。従って、本発明に係る有機半導体デバイスは、アクティブマトリクス型のディスプレイのスイッチングデバイス等としても好適に利用することができる。   Since the organic transistor according to the present invention uses an organic semiconductor material containing the polycyclic fused ring compound represented by the general formula (1) as a material constituting the organic semiconductor layer 2, the organic transistor is manufactured at a relatively low temperature process. It is possible to manufacture. Therefore, a flexible material such as a plastic plate or a plastic film that could not be used under conditions exposed to a high temperature can be used as the substrate 6 in the organic transistor according to the present invention. As a result, the organic transistor according to the present invention can realize an organic semiconductor device that is lightweight and flexible and is not easily broken by using a flexible material as the substrate 6. Therefore, the organic semiconductor device according to the present invention can be suitably used as a switching device for an active matrix display.

本発明に係る有機トランジスタは、メモリー回路デバイス、信号ドライバー回路デバイス、信号処理回路デバイス等の、デジタルデバイス又はアナログデバイスとしても利用できる。さらにこれらを組み合わせることにより、ディスプレイや、IC(集積回路)カードや、ICタグ等の作製が可能となる。さらに、本発明に係る有機トランジスタは、化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、センサーとしての利用も可能である。   The organic transistor according to the present invention can also be used as a digital device or an analog device such as a memory circuit device, a signal driver circuit device, and a signal processing circuit device. Further, by combining these, a display, an IC (integrated circuit) card, an IC tag, or the like can be manufactured. Furthermore, since the organic transistor according to the present invention can change its characteristics by an external stimulus such as a chemical substance, it can be used as a sensor.

構造式(10)、(40)、(50)及び(52)で表される多環縮環化合物を合成した実施例を以下の実施例1〜4に示す。なお、実施例中、部は特に指定しない限り質量部を、%は質量%を示す。また反応温度は、特に断りのない限り反応系内の内温を記載した。   Examples in which the polycyclic fused ring compounds represented by the structural formulas (10), (40), (50) and (52) were synthesized are shown in Examples 1 to 4 below. In Examples, “part” means “part by mass” unless otherwise specified, and “%” means “% by mass”. Moreover, the reaction temperature described the internal temperature in a reaction system unless there is particular notice.

合成例にて得られた各種の化合物は、必要に応じてES−MSスペクトル(質量分析スペクトル)、核磁気共鳴分光スペクトル等のスペクトルを分析することにより、その構造式を決定した。測定機器は以下の通りである。   The structural formulas of various compounds obtained in the synthesis examples were determined by analyzing spectra such as ES-MS spectrum (mass spectrometry spectrum) and nuclear magnetic resonance spectroscopy spectrum as necessary. The measuring equipment is as follows.

ES−MSスペクトル:株式会社島津製作所製 QP−5050A
核磁気共鳴分光(以下、1H−NMRという)スペクトル:日本電子株式会社製 Lambda 400型
ES-MS spectrum: QP-5050A manufactured by Shimadzu Corporation
Nuclear magnetic resonance spectroscopy (hereinafter referred to as 1 H-NMR) spectrum: Lambda 400 type, manufactured by JEOL Ltd.

<実施例1> 構造式(10)で表される化合物の合成
(1) 化合物(a)の合成
Example 1 Synthesis of Compound Represented by Structural Formula (10) (1) Synthesis of Compound (a)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、−78℃においてナフト[1,2−b:5,6−b']ジチオフェン(0.5g,2.08mmol)の無水THF(テトラヒドロフラン)(50mL)溶液中に、ゆっくりとn−ブチルリチウム(1.6Nヘキサン溶液,4.0ml,6.4mmol)を混合した。反応液を−78℃で30分撹拌し、その後室温で30分反応後、−78℃まで冷却し、そこへ塩化トリメチルスズ(1.66g,8.34mmol)を加えた。室温で16時間攪拌した後、ここに水(50mL)を加えた。得られた混合物を分液し、水層を塩化メチレン(50mL)で抽出した。有機層を飽和食塩水(50ml×2)で洗浄し、無水硫酸マグネシウム(MgSO4)で乾燥し、減圧濃縮した。得られた残渣をアセトンで再結晶することで、黄色固体の化合物(a)(0.88g、収率75%)を得た。 In a nitrogen atmosphere at −78 ° C., a solution of naphtho [1,2-b: 5,6-b ′] dithiophene (0.5 g, 2.08 mmol) in anhydrous THF (tetrahydrofuran) (50 mL) slowly Butyl lithium (1.6N hexane solution, 4.0 ml, 6.4 mmol) was mixed. The reaction solution was stirred at −78 ° C. for 30 minutes, then reacted at room temperature for 30 minutes, cooled to −78 ° C., and trimethyltin chloride (1.66 g, 8.34 mmol) was added thereto. After stirring at room temperature for 16 hours, water (50 mL) was added thereto. The obtained mixture was separated, and the aqueous layer was extracted with methylene chloride (50 mL). The organic layer was washed with saturated brine (50 ml × 2), dried over anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was recrystallized with acetone to obtain a yellow solid compound (a) (0.88 g, yield 75%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.49(s,18H),8.06(d,2H),8.11(s,2H),8.30(d,2H);EI−MS(70eV)m/z=566(M+ 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.49 (s, 18H), 8.06 (d, 2H), 8.11 (s, 2H), 8.30 (d, 2H); EI-MS ( 70 eV) m / z = 566 (M + )

(2) 化合物(b)の合成   (2) Synthesis of compound (b)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、脱気した化合物(a)(1.57g,2.8mmol)と1−ブロモ−2−(メチルスルフィニル)ベンゼン(1.36g,6.2mmol)とのトルエン(120ml)溶液中に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.32g,0.28mmol)を加えた。反応液を24時間還流したのち、室温まで冷却した。沈殿を濾別し、メタノール、ジクロロメタン、アセトンの順で洗浄することで、白色の化合物(b)(0.56g,収率39%)を得た。   In a toluene (120 ml) solution of degassed compound (a) (1.57 g, 2.8 mmol) and 1-bromo-2- (methylsulfinyl) benzene (1.36 g, 6.2 mmol) under a nitrogen atmosphere. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.32 g, 0.28 mmol) was added. The reaction solution was refluxed for 24 hours and then cooled to room temperature. The precipitate was separated by filtration and washed with methanol, dichloromethane and acetone in this order to obtain a white compound (b) (0.56 g, yield 39%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)2.56(s,6H),7.57(s,2H),7.61−7.71(m,6H),7.95(d,2H),8.06(d,2H),8.19(d,2H);EI−MS(70eV)m/z=516(M+ 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 2.56 (s, 6H), 7.57 (s, 2H), 7.61-7.71 (m, 6H), 7.95 (d, 2H), 8.06 (d, 2H), 8.19 (d, 2H); EI-MS (70 eV) m / z = 516 (M + )

(3) 構造式(10)で表される化合物の合成   (3) Synthesis of the compound represented by the structural formula (10)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、化合物(b)(0.52g,1.0mmol)とトリフルオロメタンスルホン酸(15ml)とを混合し、室温で2日反応させた。その後、水(20ml)を加え、得られた固形分を濾別し、メタノール及びアセトンで洗浄した。続いて、ピリジン(50ml)を加え、19時間還流させ、室温まで冷却したのち、メタノール(50ml)を加えた。その後、固形分を濾別し、NMP(N−メチルピロリドン)(50ml)中、180℃で1時間加熱撹拌した。室温まで冷却したのち、固形分を濾別し、水、メタノール、アセトンの順で洗浄した。乾燥した固形分を2回真空昇華精製し、構造式(10)で表される白色固体の化合物(0.23g、収率51%)を得た。   Under a nitrogen atmosphere, compound (b) (0.52 g, 1.0 mmol) and trifluoromethanesulfonic acid (15 ml) were mixed and reacted at room temperature for 2 days. Thereafter, water (20 ml) was added, and the obtained solid content was separated by filtration and washed with methanol and acetone. Subsequently, pyridine (50 ml) was added and refluxed for 19 hours. After cooling to room temperature, methanol (50 ml) was added. Then, solid content was separated by filtration and stirred with heating at 180 ° C. for 1 hour in NMP (N-methylpyrrolidone) (50 ml). After cooling to room temperature, the solid content was separated by filtration and washed with water, methanol, and acetone in this order. The dried solid content was purified by vacuum sublimation twice to obtain a white solid compound (0.23 g, yield 51%) represented by the structural formula (10).

EIMS(70eV)m/z=452(M+EIMS (70 eV) m / z = 452 (M + )

<実施例2> 構造式(40)で表される化合物の合成
(1) 化合物(c)の合成
Example 2 Synthesis of Compound Represented by Structural Formula (40) (1) Synthesis of Compound (c)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、9−ボラビシクロ[3.3.1]ノナン(9−BBN)(0.5N THF溶液,30ml,15.0mmol)と1−オクテン(1.68g,2.35mmol)とを混合させ、室温で6時間撹拌した。その後、水酸化ナトリウム水溶液(1.5N,10ml,15mmol)と、5,10−ジブロモ2,7−ビス(トリイソプロピルシリル)ナフト[1,2−b:5,6−b']ジチオフェン(3.55g,5.0mmol)のTHF(100ml)溶液を加え、アルゴンで10分間バブリングした。続いて、[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリドジクロロメタン付加物(0.408g,0.5mmol)を加え、18時間還流し、室温まで冷却した。反応液に水(100ml)加え、クロロホルム(200ml)で抽出し、減圧濃縮した。得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、溶媒ヘキサン)で精製し、白色固体の化合物(c)(3.30g,収率85%)を得た。   Under a nitrogen atmosphere, 9-borabicyclo [3.3.1] nonane (9-BBN) (0.5N THF solution, 30 ml, 15.0 mmol) and 1-octene (1.68 g, 2.35 mmol) were mixed. And stirred at room temperature for 6 hours. Thereafter, an aqueous sodium hydroxide solution (1.5 N, 10 ml, 15 mmol) and 5,10-dibromo-2,7-bis (triisopropylsilyl) naphtho [1,2-b: 5,6-b ′] dithiophene (3 (.55 g, 5.0 mmol) in THF (100 ml) was added and bubbled with argon for 10 minutes. Subsequently, [1,1'-bis (diphenylphosphino) ferrocene] palladium (II) dichloride dichloromethane adduct (0.408 g, 0.5 mmol) was added, refluxed for 18 hours, and cooled to room temperature. Water (100 ml) was added to the reaction mixture, and the mixture was extracted with chloroform (200 ml) and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was purified by flash column chromatography (silica gel, solvent hexane) to obtain a white solid compound (c) (3.30 g, yield 85%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.88(t,3H),1.19(d,36H),1.25−1.40(m,36H),1.48(sept,6H),1.83(quint,4H),3.09(t,4H),7.68(s,2H),7.78(s,2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.88 (t, 3H), 1.19 (d, 36H), 1.25-1.40 (m, 36H), 1.48 (sept, 6H), 1.83 (quant, 4H), 3.09 (t, 4H), 7.68 (s, 2H), 7.78 (s, 2H)

(2) 化合物(d)の合成   (2) Synthesis of compound (d)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

化合物(c)(3.11g,4.0mmol)のTHF(170ml)溶液に、テトラブチルアンモニウムフルオライド(1.0N,30ml,30mmol)を加え、室温で6時間撹拌した。反応液に水(200ml)を加え、クロロホルム(200ml)で抽出し、減圧濃縮した。得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィー(シリカゲル,溶媒クロロホルム)で精製したのち、メタノール及びクロロホルムの混合溶媒から再結晶し、白色固体の化合物(d)(1.50g,収率81%)を得た。   Tetrabutylammonium fluoride (1.0 N, 30 ml, 30 mmol) was added to a THF (170 ml) solution of the compound (c) (3.11 g, 4.0 mmol), and the mixture was stirred at room temperature for 6 hours. Water (200 ml) was added to the reaction solution, extracted with chloroform (200 ml), and concentrated under reduced pressure. The resulting residue is purified by flash column chromatography (silica gel, solvent chloroform) and then recrystallized from a mixed solvent of methanol and chloroform to obtain a white solid compound (d) (1.50 g, yield 81%). It was.

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.89(t,6H),1.25−1.51(m,20H)1.82(quint,4H)3.09(quartet,4H),7.51(d,2H),7.56(d,2H),7.77(s,2H)
EIMS(70eV)m/z=464(M+
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.89 (t, 6H), 1.25-1.51 (m, 20H) 1.82 (quint, 4H) 3.09 (quartet, 4H), 7. 51 (d, 2H), 7.56 (d, 2H), 7.77 (s, 2H)
EIMS (70 eV) m / z = 464 (M + )

(3) 化合物(e)の合成   (3) Synthesis of compound (e)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、−78℃において化合物(d)(1.4g,3.0mmol)の無水THF(100mL)溶液中に、ゆっくりとn−BuLi(1.6Nヘキサン溶液,7.5ml,12.0mmol)を混合した。反応液を室温で1時間反応後、−78℃まで冷却し、そこへ塩化トリメチルスズ(2.39g,12.0mmol)を加えた。室温で21時間攪拌した後、ここに水(100mL)を加えた。得られた混合物を分液し、水層をクロロホルム(100mL)で抽出した。有機層を飽和食塩水(50ml×2)で洗浄し、無水硫酸マグネシウム(MgSO4)で乾燥し、減圧濃縮した。得られた残渣をアセトンで再結晶することで、黄色固体の化合物(a)(1.82g、収率76%)を得た。 In a nitrogen atmosphere at −78 ° C., slowly add n-BuLi (1.6N hexane solution, 7.5 ml, 12.0 mmol) into a solution of compound (d) (1.4 g, 3.0 mmol) in anhydrous THF (100 mL). ) Was mixed. The reaction solution was reacted at room temperature for 1 hour and then cooled to −78 ° C., and trimethyltin chloride (2.39 g, 12.0 mmol) was added thereto. After stirring at room temperature for 21 hours, water (100 mL) was added thereto. The obtained mixture was separated, and the aqueous layer was extracted with chloroform (100 mL). The organic layer was washed with saturated brine (50 ml × 2), dried over anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was recrystallized from acetone to obtain a yellow solid compound (a) (1.82 g, yield 76%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.46(t,18H),0.87(t,6H),1.25−1.49(m,20H,1.82(quint,4H),3.08(t,4H),7.59(t,2H),7.75(s,2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.46 (t, 18H), 0.87 (t, 6H), 1.25-1.49 (m, 20H, 1.82 (quint, 4H), 3 .08 (t, 4H), 7.59 (t, 2H), 7.75 (s, 2H)

(4) 化合物(f)の合成   (4) Synthesis of compound (f)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、脱気した化合物(e)(0.79g,1.0mmol)と1−ブロモ−2−(メチルスルフィニル)ベンゼン(0.53g,2.4mmol)とのトルエン(50ml)溶液中に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.12g,0.1mmol)を加えた。反応液を48時間還流したのち、室温まで冷却した。反応液を減圧濃縮し、メタノール(100ml)を加え、得られた固形分を濾別し、メタノールで洗浄することで、淡黄色の化合物(f)(0.47g,収率64%)を得た。   In a nitrogen (50 ml) solution of degassed compound (e) (0.79 g, 1.0 mmol) and 1-bromo-2- (methylsulfinyl) benzene (0.53 g, 2.4 mmol). Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.12 g, 0.1 mmol) was added. The reaction was refluxed for 48 hours and then cooled to room temperature. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, methanol (100 ml) was added, and the resulting solid was filtered off and washed with methanol to give a pale yellow compound (f) (0.47 g, yield 64%). It was.

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.87(t,6H),1.24−1.51(m,20H),1.83(quint,4H),2.55(s,6H),3.08(t,4H),7.59−7.72(m,8H),7.76(s,2H),8.20(d,2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.87 (t, 6H), 1.24-1.51 (m, 20H), 1.83 (quint, 4H), 2.55 (s, 6H), 3.08 (t, 4H), 7.59-7.72 (m, 8H), 7.76 (s, 2H), 8.20 (d, 2H)

(5) 化合物(40)の合成   (5) Synthesis of compound (40)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、化合物(f)(0.37g,0.5mmol)とトリフルオロメタンスルホン酸(10ml)とを混合し、室温で1日反応させた。その後、水(20ml)を加え、得られた固形分を濾別し、ピリジン(40ml)を加え、20時間還流させ、室温まで冷却した。反応液にメタノール(60ml)を加え、固形分を濾別し、メタノール、塩化メチレン、アセトンの順で洗浄した。乾燥した固形分を真空昇華精製したのち、NMP(50ml)で再結晶し、メタノール及びアセトンで洗浄した。乾燥した固形分を真空昇華精製し、構造式(40)で表される黄色固体の化合物(0.17g、収率49%)を得た。   Under a nitrogen atmosphere, compound (f) (0.37 g, 0.5 mmol) and trifluoromethanesulfonic acid (10 ml) were mixed and reacted at room temperature for 1 day. Thereafter, water (20 ml) was added, and the resulting solid was filtered off, pyridine (40 ml) was added, refluxed for 20 hours, and cooled to room temperature. Methanol (60 ml) was added to the reaction solution, the solid content was filtered off, and washed with methanol, methylene chloride and acetone in this order. The dried solid was purified by sublimation in vacuo, recrystallized with NMP (50 ml), and washed with methanol and acetone. The dried solid was purified by vacuum sublimation to obtain a yellow solid compound (0.17 g, yield 49%) represented by the structural formula (40).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.90(t,6H),1.25−1.70(m,20H),1.92(quint,4H),3.29(t,4H),7.48(m,4H),7.87(s,2H),7.97(t,4H)
EIMS(70eV)m/z=680(M+
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.90 (t, 6H), 1.25-1.70 (m, 20H), 1.92 (quint, 4H), 3.29 (t, 4H), 7.48 (m, 4H), 7.87 (s, 2H), 7.97 (t, 4H)
EIMS (70 eV) m / z = 680 (M + )

<実施例3> 構造式(50)で表される化合物の合成
(1) 化合物(g)の合成
Example 3 Synthesis of Compound Represented by Structural Formula (50) (1) Synthesis of Compound (g)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、脱気した化合物(a)(0.75g,1.3mmol)と3−メチルチオスルフィニル−4−トリフルオロメタンスルホニルビフェニル(1.16g,3.2mmol)とのトルエン(100ml)溶液中に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.15g,0.13mmol)を加えた。反応液を63時間還流したのち、室温まで冷却した。沈殿を濾別し、メタノール、ジクロロメタン、アセトンの順で洗浄することで、黄色の化合物(g)(0.45g,収率56%)を得た。   In a nitrogen atmosphere, a degassed compound (a) (0.75 g, 1.3 mmol) and 3-methylthiosulfinyl-4-trifluoromethanesulfonylbiphenyl (1.16 g, 3.2 mmol) in a toluene (100 ml) solution. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.15 g, 0.13 mmol) was added. The reaction solution was refluxed for 63 hours and then cooled to room temperature. The precipitate was separated by filtration and washed with methanol, dichloromethane and acetone in this order to obtain a yellow compound (g) (0.45 g, yield 56%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)2.60(s,6H),7.41−7.55(m,6H),7.70−7.79(m,6H),7.84(dd,2H),8.07(d,2H),8.19(s,2H),8.33(d,2H),8.45(d,2H);EI−MS(70eV)m/z=668(M+ 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 2.60 (s, 6H), 7.41-7.55 (m, 6H), 7.70-7.79 (m, 6H), 7.84 (dd , 2H), 8.07 (d, 2H), 8.19 (s, 2H), 8.33 (d, 2H), 8.45 (d, 2H); EI-MS (70 eV) m / z = 668 (M + )

(2) 構造式(50)で表される化合物の合成   (2) Synthesis of the compound represented by the structural formula (50)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、化合物(g)(0.30g,0.45mmol)とトリフルオロメタンスルホン酸(10ml)とを混合し、室温で2日反応させた。その後、水(20ml)を加え、得られた固形分を濾別し、メタノール及びアセトンで洗浄した。続いて、ピリジン(30ml)を加え、20時間還流させ、室温まで冷却したのち、メタノール(50ml)を加えた。その後、固形分を濾別し、NMP(N−メチルピロリドン)(30ml)中、180℃で1時間加熱撹拌した。室温まで冷却したのち、固形分を濾別し、水、メタノール、アセトンの順で洗浄した。乾燥した固形分を2回真空昇華精製し、構造式(50)で表される黄色固体の化合物(0.085g、収率31%)を得た。   Under a nitrogen atmosphere, compound (g) (0.30 g, 0.45 mmol) and trifluoromethanesulfonic acid (10 ml) were mixed and reacted at room temperature for 2 days. Thereafter, water (20 ml) was added, and the obtained solid content was separated by filtration and washed with methanol and acetone. Subsequently, pyridine (30 ml) was added, refluxed for 20 hours, cooled to room temperature, and then methanol (50 ml) was added. Then, solid content was separated by filtration and stirred with heating at 180 ° C. for 1 hour in NMP (N-methylpyrrolidone) (30 ml). After cooling to room temperature, the solid content was separated by filtration and washed with water, methanol, and acetone in this order. The dried solid was subjected to vacuum sublimation purification twice to obtain a yellow solid compound (0.085 g, yield 31%) represented by the structural formula (50).

図3は、本発明に係る多環縮環化合物の薄膜の紫外可視吸収スペクトルを示すグラフである。構造式(50)で表される多環縮環化合物の薄膜を光吸収スペクトル測定用資料とし、紫外可視近赤外分光光度計(製造元:株式会社島津製作所、型番:UV−3600)により、光吸収スペクトルを測定した。測定された光吸収スペクトルを、横軸に波長(nm)をとり、縦軸に吸光度をとって示したグラフとして、図3に示す。   FIG. 3 is a graph showing an ultraviolet-visible absorption spectrum of a thin film of a polycyclic fused ring compound according to the present invention. Using a thin film of a polycyclic fused ring compound represented by the structural formula (50) as a material for optical absorption spectrum measurement, light is measured with an ultraviolet-visible-near infrared spectrophotometer (manufacturer: Shimadzu Corporation, model number: UV-3600) Absorption spectrum was measured. The measured light absorption spectrum is shown in FIG. 3 as a graph showing the wavelength (nm) on the horizontal axis and the absorbance on the vertical axis.

EIMS(70eV)m/z=604(M+);λmax:405nm(薄膜) EIMS (70 eV) m / z = 604 (M + ); λmax: 405 nm (thin film)

<実施例4> 構造式(52)で表される化合物の合成
(1) 化合物(h)の合成
Example 4 Synthesis of Compound Represented by Structural Formula (52) (1) Synthesis of Compound (h)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、5,10−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−入ル)−2,7−ビス(トリイソプロピルシリル)ナフトナフト[1,2−b:5,6−b']ジチオフェン(2.20g,2.73mmol)とヨードベンゼン(1.39g,6.83)とのTHF(50ml)溶液に、炭酸カリウム水溶液(2N,10ml,20mmol)を加え、アルゴンで10分間バブリングした。反応液にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.32g,0.27mmol)を加え、24時間還流したのち、室温まで冷却した。その後、水(100ml)を加え、クロロホルム(300ml)で抽出し、減圧濃縮し、メタノール(100ml)を加え固形分を濾別した。固形分をメタノールで洗浄し、白色固体の化合物(h)(1.87g,収率97%)を得た。   Under a nitrogen atmosphere, 5,10-bis (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-ene) -2,7-bis (triisopropylsilyl) naphtho [1,2 -B: 5,6-b '] dithiophene (2.20 g, 2.73 mmol) and iodobenzene (1.39 g, 6.83) in THF (50 ml) solution in aqueous potassium carbonate (2N, 10 ml, 20 mmol) ) And bubbled with argon for 10 minutes. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.32 g, 0.27 mmol) was added to the reaction solution, refluxed for 24 hours, and then cooled to room temperature. Then, water (100 ml) was added, extracted with chloroform (300 ml), concentrated under reduced pressure, methanol (100 ml) was added and the solid content was separated by filtration. The solid content was washed with methanol to obtain a white solid compound (h) (1.87 g, yield 97%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)1.14(d,36H),1.41(quint,6H),7.44−7.57(m,6H),7.72(t,6H),8.03(s,2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 1.14 (d, 36H), 1.41 (quint, 6H), 7.44-7.57 (m, 6H), 7.72 (t, 6H), 8.03 (s, 2H)

(2) 化合物(i)の合成   (2) Synthesis of compound (i)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

化合物(h)(1.73g,2.46mmol)のTHF(300ml)溶液に、テトラブチルアンモニウムフルオライド(1.0N,45ml,45mmol)を加え、室温で21時間撹拌した。反応液に水(200ml)を加え、クロロホルム(300ml)で抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた残渣をフラッシュカラムクロマトグラフィー(シリカゲル,溶媒クロロホルム)で精製し、黄色固体の化合物(i)(0.92g,収率95%)を得た。   Tetrabutylammonium fluoride (1.0 N, 45 ml, 45 mmol) was added to a THF (300 ml) solution of the compound (h) (1.73 g, 2.46 mmol), and the mixture was stirred at room temperature for 21 hours. Water (200 ml) was added to the reaction solution, extracted with chloroform (300 ml), dried over magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure. The resulting residue was purified by flash column chromatography (silica gel, solvent chloroform) to obtain a yellow solid compound (i) (0.92 g, yield 95%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)7.48−7.52(m,10H),7.74(dd,4H),8.04(s,2H)
EIMS(70eV)m/z=392(M+
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 7.48-7.52 (m, 10H), 7.74 (dd, 4H), 8.04 (s, 2H)
EIMS (70 eV) m / z = 392 (M + )

(3) 化合物(j)の合成   (3) Synthesis of compound (j)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、−78℃において化合物(i)(0.90g,2.3mmol)の無水THF(120mL)溶液中に、ゆっくりとn−BuLi(1.6Nヘキサン溶液,4.5ml,7.2mmol)を混合した。反応液を50℃で1時間反応後、−78℃まで冷却し、そこへ塩化トリメチルスズ(1.51g,7.6mmol)を加えた。室温で16時間攪拌した後、ここに水(100mL)を加えた。得られた混合物を分液し、水層を塩化メチレン(100mL×2)で抽出した。有機層を飽和食塩水(50ml×2)で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた残渣をメタノールで洗浄することで、黄色固体の化合物(j)(1.43g、収率87%)を得た。   In a nitrogen atmosphere at −78 ° C., slowly add n-BuLi (1.6N hexane solution, 4.5 ml, 7.2 mmol) into a solution of compound (i) (0.90 g, 2.3 mmol) in anhydrous THF (120 mL). ) Was mixed. The reaction solution was reacted at 50 ° C. for 1 hour, cooled to −78 ° C., and trimethyltin chloride (1.51 g, 7.6 mmol) was added thereto. After stirring at room temperature for 16 hours, water (100 mL) was added thereto. The obtained mixture was separated, and the aqueous layer was extracted with methylene chloride (100 mL × 2). The organic layer was washed with saturated brine (50 ml × 2), dried over anhydrous magnesium sulfate, and concentrated under reduced pressure. The obtained residue was washed with methanol to obtain a yellow solid compound (j) (1.43 g, yield 87%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)0.43(t,18H),7.47−7.60(m,6H),7.63(s,2H),7.74(d,4H),8.02(s,2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 0.43 (t, 18H), 7.47-7.60 (m, 6H), 7.63 (s, 2H), 7.74 (d, 4H), 8.02 (s, 2H)

(4) 化合物(k)の合成   (4) Synthesis of compound (k)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、脱気した化合物(j)(1.42g,2.0mmol)と1−ブロモ−2−(メチルスルフィニル)ベンゼン(0.92g,4.2mmol)とのトルエン(90ml)溶液中に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.23g,0.20mmol)を加えた。反応液を48時間還流したのち、室温まで冷却した。反応液を減圧濃縮し、メタノール(100ml)を加え、得られた固形分を濾別した。その後、塩化メチレン(200ml)に溶解し、セライトを通過させ、減圧濃縮し黄色の化合物(k)(1.09g,収率83%)を得た。   In a nitrogen atmosphere, a degassed compound (j) (1.42 g, 2.0 mmol) and 1-bromo-2- (methylsulfinyl) benzene (0.92 g, 4.2 mmol) in a toluene (90 ml) solution. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (0.23 g, 0.20 mmol) was added. The reaction was refluxed for 48 hours and then cooled to room temperature. The reaction mixture was concentrated under reduced pressure, methanol (100 ml) was added, and the resulting solid was filtered off. Thereafter, the product was dissolved in methylene chloride (200 ml), passed through celite, and concentrated under reduced pressure to obtain a yellow compound (k) (1.09 g, yield 83%).

1H−NMR(400MHz,CDCl3)2.58(s,6H),7.49−7.73(m,18H),8.04(s,2H),8.17(d,2H) 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 2.58 (s, 6H), 7.49-7.73 (m, 18H), 8.04 (s, 2H), 8.17 (d, 2H)

(5) 構造式(52)で表される化合物の合成   (5) Synthesis of the compound represented by the structural formula (52)

Figure 2015199716
Figure 2015199716

窒素雰囲気下、化合物(k)(0.60g,0.90mmol)とトリフルオロメタンスルホン酸(15ml)とを混合し、室温で22時間反応させた。その後、水(20ml)を加え、得られた固形分を濾別し、水及びメタノールで洗浄した。その後、ピリジン(25ml)を加え、19時間還流させ、室温まで冷却した。反応液にメタノール(30ml)を加え、固形分を濾別し、NMP(10ml)を加え180℃で加熱洗浄した。固形分を濾別し、NMP、アセトンで洗浄した。乾燥した固形分を2回真空昇華精製し、構造式(52)で表される黄色固体の化合物を(0.24g、収率44%)得た。   Under a nitrogen atmosphere, compound (k) (0.60 g, 0.90 mmol) and trifluoromethanesulfonic acid (15 ml) were mixed and reacted at room temperature for 22 hours. Thereafter, water (20 ml) was added, and the resulting solid was filtered off and washed with water and methanol. Then, pyridine (25 ml) was added, refluxed for 19 hours, and cooled to room temperature. Methanol (30 ml) was added to the reaction solution, the solid content was filtered off, NMP (10 ml) was added and the mixture was heated and washed at 180 ° C. The solid content was filtered off and washed with NMP and acetone. The dried solid content was purified by vacuum sublimation twice to obtain a yellow solid compound (0.24 g, yield 44%) represented by the structural formula (52).

EIMS(70eV)m/z=604(M+EIMS (70 eV) m / z = 604 (M + )

次に、実施例1、実施例2及び実施例3で得られた構造式(10)で表される化合物、構造式(40)で表される化合物及び構造式(50)で表される化合物を用いて有機トランジスタを作成した実施例を、以下の実施例5、実施例6及び実施例7として示す。   Next, the compound represented by structural formula (10), the compound represented by structural formula (40), and the compound represented by structural formula (50) obtained in Example 1, Example 2 and Example 3. Examples in which an organic transistor is formed by using are shown as the following Example 5, Example 6, and Example 7.

<実施例5> 構造式(10)で表される化合物を用いた有機トランジスタの作製
オクタデシルトリクロロシラン処理を行った200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)を真空蒸着装置内に設置し、装置内の真空度が1.0×10-3Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱蒸着法によって、この電極に基板6の温度を約200℃とした条件下で、上記実施例1にて作成した構造式(10)で表される化合物を1Å/secの蒸着速度で50nmの厚さに蒸着し、有機半導体層2を形成した。次いでこの基板6に電極作製用シャドウマスクを取り付け、真空蒸着装置内に設置し、装置内の真空度が1.0×10-4Pa以下になるまで排気し、抵抗加熱蒸着法によって、金製の電極、すなわちソース電極1及びドレイン電極3を80nmの厚さに蒸着し、トップコンタクト型である本発明に係る有機トランジスタ(チャネル長40μm、チャネル幅3mm)を得た。
<Example 5> Preparation of organic transistor using compound represented by structural formula (10) 200-nm SiO 2 thermally oxidized film-coated n-doped silicon wafer subjected to octadecyltrichlorosilane treatment (surface resistance 0.02 Ω · cm or less) ) Was placed in a vacuum vapor deposition apparatus and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus was 1.0 × 10 −3 Pa or less. Under the condition that the temperature of the substrate 6 is set to about 200 ° C. on this electrode by resistance heating vapor deposition, the compound represented by the structural formula (10) prepared in Example 1 is 50 nm at a deposition rate of 1 kg / sec. The organic semiconductor layer 2 was formed by vapor deposition. Next, a shadow mask for electrode preparation is attached to this substrate 6 and placed in a vacuum vapor deposition apparatus. The vacuum inside the apparatus is evacuated to 1.0 × 10 −4 Pa or less, and is made of gold by resistance heating vapor deposition. The electrodes, ie, the source electrode 1 and the drain electrode 3 were deposited to a thickness of 80 nm to obtain a top contact type organic transistor according to the present invention (channel length 40 μm, channel width 3 mm).

なお、本実施例では、前述した図1(b)にトップコンタクト−ボトムゲート型の有機トランジスタ10Bとして示した有機トランジスタを作製した。また、本実施例における有機トランジスタにおいては、熱酸化膜付きnドープシリコンウェハーにおける熱酸化膜が絶縁体層4の機能を有し、nドープシリコンウェハーが基板6及びゲート電極5の機能を兼ね備えている。得られた有機トランジスタをプローバー内に設置し半導体パラメーターアナライザー4200SCS(株式会社TFFケースレーインスツルメンツ社製)を用いて半導体特性を測定した。   In this example, an organic transistor shown as the top contact-bottom gate type organic transistor 10B in FIG. 1B was manufactured. Further, in the organic transistor in this example, the thermal oxide film in the n-doped silicon wafer with the thermal oxide film has the function of the insulator layer 4, and the n-doped silicon wafer has the functions of the substrate 6 and the gate electrode 5. Yes. The obtained organic transistor was installed in a prober, and semiconductor characteristics were measured using a semiconductor parameter analyzer 4200SCS (manufactured by TFF Keithley Instruments Co., Ltd.).

図4は、本発明に係る有機トランジスタの半導体特性を示すグラフである。図4(a)は、横軸にドレイン電圧(Vd /V)をとり、縦軸にドレイン電流(−Id /A)をとって、実施例5として作成した有機トランジスタの電流−電圧特性を示したグラフである。なお、ゲート電圧(Vg )は、−60Vから0Vまで10V間隔で設定し、それぞれの設定において、電流−電圧特性を測定している。図4(a)に示す電流−電圧特性より、実施例5に係る有機トランジスタは、ドレイン電圧が−60Vの場合、ゲート電圧に関わらず飽和状態となっている。   FIG. 4 is a graph showing semiconductor characteristics of the organic transistor according to the present invention. FIG. 4A shows the current-voltage characteristics of the organic transistor prepared as Example 5 with the drain voltage (Vd / V) on the horizontal axis and the drain current (−Id / A) on the vertical axis. It is a graph. The gate voltage (Vg) is set at intervals of 10V from -60V to 0V, and current-voltage characteristics are measured at each setting. From the current-voltage characteristics shown in FIG. 4A, the organic transistor according to Example 5 is saturated regardless of the gate voltage when the drain voltage is −60V.

図4(b)は、横軸にゲート電圧(Vg /V)をとり、縦軸にドレイン電流(−Id /A;左端目盛り)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|Id |1/2 /A1/2 ;右端目盛り)とをとって、実施例5として作成した有機トランジスタの特性を示したグラフである。図4(b)では、ドレイン電圧を飽和領域である−60Vに固定し、ゲート電圧を20Vから−60Vまで走査し、ドレイン電流−ゲート電圧(トランスファー)特性を測定した結果を示している。 In FIG. 4B, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg / V), the vertical axis represents the drain current (−Id / A; left end scale), and the square root of the absolute value of the drain current (| Id | 1/2). / A 1/2 ; right end scale) and is a graph showing the characteristics of the organic transistor produced as Example 5. FIG. 4B shows the result of measuring the drain current-gate voltage (transfer) characteristics by fixing the drain voltage to −60 V which is the saturation region, scanning the gate voltage from 20 V to −60 V.

そして、測定結果より、実施例5として作成した有機トランジスタの半導体特性を示す数値として閾値電圧、キャリア移動度及びオン/オフ比を求めた。半導体特性を示す各数値の求め方は以下の通りである。   From the measurement results, the threshold voltage, carrier mobility, and on / off ratio were obtained as numerical values indicating the semiconductor characteristics of the organic transistor prepared as Example 5. The method for obtaining each numerical value indicating the semiconductor characteristics is as follows.

<閾値電圧>
図4(b)に示すゲート電圧(Vg /V)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|Id |1/2 /A1/2 )との関係を示すグラフでは、0V近傍で、傾きが大きく変化している。閾値電圧は、図4(b)に示すグラフのうちで、傾きが略一定と見なせる範囲(図4(b)に例示する測定結果では−60〜−30V)を直線近似し、その近似線を外挿した直線がX軸と交わる点(Id=0Aとなる点)の電圧値として求めた。
<Threshold voltage>
In the graph showing the relationship between the gate voltage (Vg / V) and the square root of the absolute value of the drain current (| Id | 1/2 / A1 / 2 ) shown in FIG. 4B, the slope is near 0V. It has changed greatly. In the graph shown in FIG. 4B, the threshold voltage linearly approximates a range in which the slope can be regarded as substantially constant (−60 to −30 V in the measurement result illustrated in FIG. 4B), and the approximate line is A voltage value at a point where the extrapolated straight line intersects the X axis (a point where Id = 0 A) was obtained.

<キャリア移動度>
飽和領域における電流−電圧特性は、下記の式aで表されることから、キャリア移動度は式aを用いて算出した。
<Carrier mobility>
Since the current-voltage characteristic in the saturation region is expressed by the following formula a, the carrier mobility was calculated using the formula a.

Id =(1/2)WμCp (Vg −Vth)2 /L …式a
但し、Id :ドレイン電流
W :チャネル幅
μ :キャリア移動度
Cp :絶縁体層4の静電容量
Vg :ゲート電圧
Vth:閾値電圧
L :チャネル長
Id = (1/2) W [mu] Cp (Vg-Vth) < 2 > / L Equation a
Where Id: drain current
W: Channel width
μ: Carrier mobility
Cp: Capacitance of the insulator layer 4
Vg: Gate voltage
Vth: threshold voltage
L: Channel length

<オン/オフ比>
オン/オフ比は、電流−電圧特性の測定範囲内において、ドレイン電流の最大値(Vd=−60Vの場合の電流値)と、最小値との比として算出した。
<On / off ratio>
The on / off ratio was calculated as a ratio between the maximum value of the drain current (current value when Vd = −60 V) and the minimum value within the measurement range of the current-voltage characteristics.

なお、今回の測定において、チャネル幅Wは3000μm、絶縁体層4の静電容量は17.3×10-9F、チャネル長Lは40μmである。また、ゲート電圧Vg は、飽和領域となる−60Vとした。 In this measurement, the channel width W is 3000 μm, the capacitance of the insulating layer 4 is 17.3 × 10 −9 F, and the channel length L is 40 μm. Further, the gate voltage Vg was set to −60 V which becomes a saturation region.

以上の測定及び計算により、実施例4に係る有機トランジスタのキャリア移動度は4.4×10-1cm2/Vsであり、閾値電圧は−22V、オン/オフ比Ion/Ioffは106であった。 Based on the above measurement and calculation, the carrier mobility of the organic transistor according to Example 4 is 4.4 × 10 −1 cm 2 / Vs, the threshold voltage is −22 V, and the on / off ratio I on / I off is 10 It was 6 .

また、実施例5として作成した有機トランジスタに用いた有機半導体材料、即ち、実施例1として作成した構造式(10)で表される多環縮環化合物について、イオン化ポテンシャルを測定した。イオン化ポテンシャルは、有機半導体材料の大気安定性の指標の一つとして用いられる。イオン化ポテンシャルは、一般的に、5.0eVより大きい値となることが好ましく、5.0eVより大きい場合に大気安定性があるとして評価される。なお、イオン化ポテンシャルの測定は、真空蒸着法によりITOガラス上に、実施例1に係る有機半導体材料の薄膜を作製し、理研計器株式会社製のAC−2を用いて測定するものとした。   Further, the ionization potential of the organic semiconductor material used for the organic transistor prepared as Example 5, that is, the polycyclic fused ring compound represented by Structural Formula (10) prepared as Example 1 was measured. The ionization potential is used as one of the indicators of atmospheric stability of organic semiconductor materials. In general, the ionization potential is preferably a value larger than 5.0 eV, and when it is larger than 5.0 eV, it is evaluated as having atmospheric stability. In addition, the measurement of ionization potential shall measure the thin film of the organic-semiconductor material which concerns on Example 1 on ITO glass by the vacuum evaporation method, and measures using AC-2 by Riken Keiki Co., Ltd.

実施例1として作成した構造式(10)で表される多環縮環化合物のイオン化ポテンシャルの測定値は、5.6eVであった。なお、参考実験として、従来から有機トランジスタ用の材料として知られている多環縮環化合物の一つであるペンタセンを用いて同様の実験を行った。その結果、ペンタセンに係るイオン化ポテンシャルの測定値は5.0eVであった。即ち、構造式(10)で表される本発明に係る多環縮環化合物は、充分に大気安定性が高く、その値は、既知の有機半導体材料であるペンタセンよりも優れたものであるということが判明した。   The measured value of the ionization potential of the polycyclic fused ring compound represented by the structural formula (10) prepared as Example 1 was 5.6 eV. As a reference experiment, a similar experiment was performed using pentacene, which is one of the polycyclic fused ring compounds conventionally known as materials for organic transistors. As a result, the measured ionization potential of pentacene was 5.0 eV. That is, the polycyclic fused-ring compound according to the present invention represented by the structural formula (10) has sufficiently high atmospheric stability, and its value is superior to pentacene, which is a known organic semiconductor material. It has been found.

さらに、実施例5として作成した有機トランジスタについて、大気雰囲気下で6ヶ月間保管した上で各特性値の経時変化について測定した。以下に、有機トランジスタのキャリア移動度、閾値電圧及びオン/オフ比の測定値について、作成直後及び6ヶ月後の値を示す。   Further, the organic transistor prepared as Example 5 was stored for 6 months in an air atmosphere, and the change with time of each characteristic value was measured. Hereinafter, the measured values of carrier mobility, threshold voltage, and on / off ratio of the organic transistor are shown immediately after creation and after 6 months.

Figure 2015199716
Figure 2015199716

特性は上記のような結果であり、移動度及びオン/オフ比に若干の低下が見られたものの、問題なく駆動することができ、充分な大気安定性を有していることが確認できた。   The characteristics were as described above, and although there was a slight decrease in mobility and on / off ratio, it was possible to drive without problems and to confirm that it had sufficient atmospheric stability. .

<実施例6> 構造式(40)で表される化合物を用いた有機トランジスタの作製
本発明に係る多環縮環化合物として、実施例1で得られた構造式(10)で表される化合物に代えて、実施例2で得られた構造式(40)で表される化合物を使用し、有機トランジスタを作製した。なお、使用した多環縮環化合物以外の条件は、実施例5と同様である。得られた有機トランジスタに対し、実施例5と同様の方法により、半導体特性を測定した。
Example 6 Production of Organic Transistor Using Compound Represented by Structural Formula (40) Compound represented by Structural Formula (10) Obtained in Example 1 as a Polycyclic Fused Compound According to the Present Invention Instead of this, an organic transistor was produced using the compound represented by the structural formula (40) obtained in Example 2. The conditions other than the used polycyclic fused ring compound are the same as in Example 5. The semiconductor characteristics of the obtained organic transistor were measured by the same method as in Example 5.

図5は、本発明に係る有機トランジスタの半導体特性を示すグラフである。図5(a)は、横軸にドレイン電圧(Vd /V)をとり、縦軸にドレイン電流(−Id /A)をとって、実施例5として作成した有機トランジスタの電流−電圧特性を示したグラフである。図5(a)に示す電流−電圧特性より、実施例6に係る有機トランジスタは、ドレイン電圧が−60Vの場合、ゲート電圧に関わらず飽和状態となっている。   FIG. 5 is a graph showing semiconductor characteristics of the organic transistor according to the present invention. FIG. 5A shows the current-voltage characteristics of the organic transistor produced as Example 5 with the drain voltage (Vd / V) on the horizontal axis and the drain current (−Id / A) on the vertical axis. It is a graph. From the current-voltage characteristics shown in FIG. 5A, the organic transistor according to Example 6 is saturated regardless of the gate voltage when the drain voltage is −60V.

図5(b)は、横軸にゲート電圧(Vg /V)をとり、縦軸にドレイン電流(−Id /A;左端目盛り)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|Id |1/2 /A1/2 |;右端目盛り)とをとって、実施例6として作成した有機トランジスタの特性を示したグラフである。図5(b)では、ドレイン電圧を飽和領域である−60Vに固定し、ゲート電圧を20Vから−60Vまで走査し、ドレイン電流−ゲート電圧(トランスファー)特性を測定した結果を示している。 In FIG. 5B, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg / V), the vertical axis represents the drain current (−Id / A; left end scale), and the square root of the absolute value of the drain current (| Id | 1/2). / A 1/2 |; right scale) is a graph showing the characteristics of the organic transistor produced as Example 6. FIG. 5B shows the result of measuring the drain current-gate voltage (transfer) characteristics by fixing the drain voltage to −60 V which is the saturation region, scanning the gate voltage from 20 V to −60 V.

測定した結果より、実施例6として作成した有機トランジスタのキャリア移動度、閾値電圧及びオン/オフ比を求めた。なお、具体的な条件は、実施例5と同様である。   From the measurement results, the carrier mobility, threshold voltage, and on / off ratio of the organic transistor prepared as Example 6 were determined. The specific conditions are the same as in Example 5.

以上の測定及び計算により、実施例6に係る有機トランジスタのキャリア移動度は4.2×10-1cm2/Vsであり、閾値電圧は−8V、オン/オフ比Ion/Ioffは106であった。 Based on the above measurement and calculation, the carrier mobility of the organic transistor according to Example 6 is 4.2 × 10 −1 cm 2 / Vs, the threshold voltage is −8 V, and the on / off ratio I on / I off is 10 It was 6 .

また、実施例6として作成した有機トランジスタに用いた有機半導体材料、即ち、実施例2として作成した構造式(40)で表される多環縮環化合物について、実施例5と同様の方法により、イオン化ポテンシャルを測定した。   In addition, for the organic semiconductor material used in the organic transistor prepared as Example 6, that is, the polycyclic fused ring compound represented by the structural formula (40) prepared as Example 2, by the same method as in Example 5, The ionization potential was measured.

実施例2として作成した構造式(40)で表される多環縮環化合物のイオン化ポテンシャルの測定値は、5.5eVであった。即ち、構造式(40)で表される本発明に係る多環縮環化合物においても、充分に大気安定性が高く、その値は、既知の有機半導体材料であるペンタセンよりも優れたものであるということが判明した。   The measured value of the ionization potential of the polycyclic fused ring compound represented by the structural formula (40) prepared as Example 2 was 5.5 eV. That is, the polycyclic fused ring compound according to the present invention represented by the structural formula (40) also has sufficiently high atmospheric stability, and its value is superior to that of pentacene, which is a known organic semiconductor material. It turned out that.

さらに、実施例6として作成した有機トランジスタについて、大気下で6ヶ月間保管した上で各特性値の経時変化について測定した。以下に、有機トランジスタのキャリア移動度、閾値電圧及びオン/オフ比の測定値について、作成直後及び6ヶ月後の値を示す。   Further, the organic transistor prepared as Example 6 was stored for 6 months in the atmosphere, and the change with time of each characteristic value was measured. Hereinafter, the measured values of carrier mobility, threshold voltage, and on / off ratio of the organic transistor are shown immediately after creation and after 6 months.

Figure 2015199716
Figure 2015199716

特性は上記のような結果であり、移動度及びオン/オフ比に若干の低下が見られたものの、問題なく駆動することができ、充分な大気安定性を有していることが確認できた。   The characteristics were as described above, and although there was a slight decrease in mobility and on / off ratio, it was possible to drive without problems and to confirm that it had sufficient atmospheric stability. .

<実施例7> 構造式(50)で表される化合物を用いた有機トランジスタの作製
本発明に係る多環縮環化合物として、実施例1で得られた構造式(10)で表される化合物に代えて、実施例3で得られた構造式(50)で表される化合物を使用し、有機トランジスタを作製した。なお、使用した多環縮環化合物以外の条件は、実施例5と同様である。得られた有機トランジスタに対し、実施例5と同様の方法により、半導体特性を測定した。
<Example 7> Preparation of organic transistor using compound represented by structural formula (50) Compound represented by structural formula (10) obtained in Example 1 as a polycyclic fused ring compound according to the present invention Instead of this, an organic transistor was produced using the compound represented by the structural formula (50) obtained in Example 3. The conditions other than the used polycyclic fused ring compound are the same as in Example 5. The semiconductor characteristics of the obtained organic transistor were measured by the same method as in Example 5.

図6は、本発明に係る有機トランジスタの半導体特性を示すグラフである。図6(a)は、横軸にドレイン電圧(Vd /V)をとり、縦軸にドレイン電流(−Id /A)をとって、実施例5として作成した有機トランジスタの電流−電圧特性を示したグラフである。図6(a)に示す電流−電圧特性より、実施例7に係る有機トランジスタは、ドレイン電圧が−60Vの場合、ゲート電圧に関わらず飽和状態となっている。   FIG. 6 is a graph showing the semiconductor characteristics of the organic transistor according to the present invention. FIG. 6A shows the current-voltage characteristics of the organic transistor prepared as Example 5 with the drain voltage (Vd / V) on the horizontal axis and the drain current (−Id / A) on the vertical axis. It is a graph. From the current-voltage characteristics shown in FIG. 6A, the organic transistor according to Example 7 is saturated regardless of the gate voltage when the drain voltage is −60V.

図6(b)は、横軸にゲート電圧(Vg /V)をとり、縦軸にドレイン電流(−Id /A;左端目盛り)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|Id |1/2 /A1/2 |;右端目盛り)とをとって、実施例7として作成した有機トランジスタの特性を示したグラフである。図6(b)では、ドレイン電圧を飽和領域である−60Vに固定し、ゲート電圧を20Vから−60Vまで走査し、ドレイン電流−ゲート電圧(トランスファー)特性を測定した結果を示している。 In FIG. 6B, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg / V), the vertical axis represents the drain current (−Id / A; left-end scale), and the square root of the absolute value of the drain current (| Id | 1/2). / A 1/2 |; right end scale) is a graph showing the characteristics of the organic transistor produced as Example 7. FIG. 6B shows the result of measuring the drain current-gate voltage (transfer) characteristics by fixing the drain voltage to −60 V which is the saturation region, scanning the gate voltage from 20 V to −60 V.

測定した結果より、実施例7として作成した有機トランジスタのキャリア移動度、閾値電圧及びオン/オフ比を求めた。なお、具体的な条件は、実施例5と同様である。   From the measurement results, the carrier mobility, threshold voltage, and on / off ratio of the organic transistor prepared as Example 7 were determined. The specific conditions are the same as in Example 5.

以上の測定及び計算により、実施例7に係る有機トランジスタのキャリア移動度は6.0×10-1cm2/Vsであり、閾値電圧は−15V、オン/オフ比Ion/Ioffは106であった。 Based on the above measurement and calculation, the carrier mobility of the organic transistor according to Example 7 is 6.0 × 10 −1 cm 2 / Vs, the threshold voltage is −15 V, and the on / off ratio I on / I off is 10 It was 6 .

また、実施例7として作成した有機トランジスタに用いた有機半導体材料、即ち、実施例3として作成した構造式(50)で表される多環縮環化合物について、実施例5と同様の方法により、イオン化ポテンシャルを測定した。   In addition, for the organic semiconductor material used in the organic transistor prepared as Example 7, that is, the polycyclic fused ring compound represented by the structural formula (50) prepared as Example 3, by the same method as in Example 5, The ionization potential was measured.

実施例3として作成した構造式(50)で表される多環縮環化合物のイオン化ポテンシャルの測定値は、5.7eVであった。即ち、構造式(50)で表される本発明に係る多環縮環化合物においても、充分に大気安定性が高く、その値は、既知の有機半導体材料であるペンタセンよりも優れたものであるということが判明した。   The measured ionization potential of the polycyclic fused ring compound represented by the structural formula (50) prepared as Example 3 was 5.7 eV. That is, the polycyclic fused ring compound according to the present invention represented by the structural formula (50) also has sufficiently high atmospheric stability, and its value is superior to that of pentacene, which is a known organic semiconductor material. It turned out that.

さらに、実施例7として作成した有機トランジスタについて、大気下で1ヶ月間保管した上で各特性値の経時変化について測定した。以下に、有機トランジスタのキャリア移動度、閾値電圧及びオン/オフ比の測定値について、作成直後及び1ヶ月後の値を示す。   Further, the organic transistor prepared as Example 7 was stored in the atmosphere for one month, and the change with time of each characteristic value was measured. Hereinafter, the measured values of the carrier mobility, the threshold voltage, and the on / off ratio of the organic transistor are shown immediately after creation and after one month.

Figure 2015199716
Figure 2015199716

特性は上記のような結果であり、移動度及び閾値電圧に若干の変化が見られたものの、問題なく駆動することができ、充分な大気安定性を有していることが確認できた。   The characteristics were as described above, and although there were some changes in mobility and threshold voltage, it was possible to drive without problems and to confirm that it had sufficient atmospheric stability.

以上詳細に説明したように、本発明に係る多環縮環化合物(有機半導体材料)は、有機トランジスタの有機半導体層を形成する薄膜の材料として使用できる。本発明の多環縮環化合物は有機半導体層の材料として高いキャリア移動度を有しているので、この有機トランジスタは、応答速度(駆動速度)が高速で、トランジスタとしての性能が高いものであり、発光可能な有機薄膜発光トランジスタとしても利用できる。   As explained in detail above, the polycyclic fused ring compound (organic semiconductor material) according to the present invention can be used as a material for a thin film forming an organic semiconductor layer of an organic transistor. Since the polycyclic fused ring compound of the present invention has high carrier mobility as a material of the organic semiconductor layer, this organic transistor has a high response speed (driving speed) and high performance as a transistor. It can also be used as an organic thin film light emitting transistor capable of emitting light.

上記に本発明の実施形態及び/又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び/又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。   Although several embodiments and / or examples of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will appreciate that these exemplary embodiments and / or embodiments are substantially without departing from the novel teachings and advantages of the present invention. It is easy to make many changes to the embodiment. Accordingly, many of these modifications are within the scope of the present invention.

本発明に係る多環縮環化合物は、有機半導体材料として、有機トランジスタ等の有機半導体デバイスの材料として、好適に用いることができる。また、本発明に係る有機半導体デバイスは、有機トランジスタの他、ダイオード、コンデンサ、薄膜光電変換デバイス、色素増感太陽電池、有機ELデバイス等の分野にも利用することが可能である。   The polycyclic fused ring compound according to the present invention can be suitably used as a material for an organic semiconductor device such as an organic transistor as an organic semiconductor material. The organic semiconductor device according to the present invention can be used in fields such as a diode, a capacitor, a thin film photoelectric conversion device, a dye-sensitized solar cell, and an organic EL device in addition to an organic transistor.

1 ソース電極
2 有機半導体層
3 ドレイン電極
4 絶縁体層
5 ゲート電極
6 基板
7 保護層
1 Source electrode 2 Organic semiconductor layer 3 Drain electrode 4 Insulator layer 5 Gate electrode 6 Substrate 7 Protective layer

Claims (12)

一般式(1)
Figure 2015199716
(一般式(1)において、X1〜X4は、それぞれ独立して酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表し、R1〜R12は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルコキシ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキルチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、置換若しくは無置換の炭素数2〜60のジアルキルアミノ基(アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環状構造を形成してもよい)、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のハロアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数3〜60のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数3〜20のアルキルシリル基、置換若しくは無置換の炭素数5〜60のアルキルシリルエチニル基、置換若しくは無置換の炭素数3〜60のアリールアミノ基、置換若しくは無置換の炭素数6〜120のジアリールアミノ基又はシアノ基を表す。)で表されることを特徴とする多環縮環化合物。
General formula (1)
Figure 2015199716
(In General Formula (1), X < 1 > -X < 4 > represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a selenium atom each independently, and R < 1 > -R < 12 > is respectively independently a hydrogen atom, a halogen atom, substitution, or An unsubstituted alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted haloalkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon group having 1 to 30 carbon atoms Haloalkoxy group, substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted haloalkylthio group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 30 carbon atoms, substituted Or an unsubstituted dialkylamino group having 2 to 60 carbon atoms (the alkyl groups may be bonded to each other to form a cyclic structure containing a nitrogen atom), substituted or unsubstituted carbon number -30 alkylsulfonyl group, substituted or unsubstituted haloalkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 3 to 60 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkylsilyl group having 3 to 20 carbon atoms A substituted or unsubstituted alkylsilylethynyl group having 5 to 60 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylamino group having 3 to 60 carbon atoms, a substituted or unsubstituted diarylamino group having 6 to 120 carbon atoms, or a cyano group. A polycyclic fusedring compound represented by the formula:
請求項1に記載の多環縮環化合物であって、
1〜X4が、硫黄原子であることを特徴とする多環縮環化合物。
The polycyclic fused ring compound according to claim 1,
X < 1 > -X < 4 > is a sulfur atom, The polycyclic fused-ring compound characterized by the above-mentioned.
請求項1又は請求項2に記載の多環縮環化合物であって、
6及びR12が、炭素数1〜30のアルキル基であることを特徴とする多環縮環化合物。
The polycyclic fusedring compound according to claim 1 or 2, wherein
R 6 and R 12 are each an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms.
請求項1又は請求項2に記載の多環縮環化合物であって、
6及びR12が、置換若しくは無置換のフェニル基であることを特徴とする多環縮環化合物。
The polycyclic fusedring compound according to claim 1 or 2, wherein
A polycyclic fused ring compound, wherein R 6 and R 12 are substituted or unsubstituted phenyl groups.
請求項1又は請求項2に記載の多環縮環化合物であって、
6及びR12が、炭素数5〜60のアルキルシリルエチニル基であることを特徴とする多環縮環化合物。
The polycyclic fusedring compound according to claim 1 or 2, wherein
A polycyclic fused ring compound, wherein R 6 and R 12 are alkylsilylethynyl groups having 5 to 60 carbon atoms.
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の多環縮環化合物であって、
1〜R5及びR7〜R11が、水素原子であることを特徴とする多環縮環化合物。
It is a polycyclic fused-ring compound of any one of Claims 1 thru | or 5, Comprising:
A polycyclic condensed ring compound, wherein R 1 to R 5 and R 7 to R 11 are hydrogen atoms.
請求項1又は請求項2に記載の多環縮環化合物であって、
2及びR8が、置換若しくは無置換のフェニル基であることを特徴とする多環縮環化合物。
The polycyclic fusedring compound according to claim 1 or 2, wherein
A polycyclic fused ring compound, wherein R 2 and R 8 are substituted or unsubstituted phenyl groups.
請求項7に記載の多環縮環化合物であって、
1、R3〜R7及びR9〜R12が、水素原子であることを特徴とする多環縮環化合物。
The polycyclic condensed ring compound according to claim 7,
A polycyclic fused ring compound, wherein R 1 , R 3 to R 7 and R 9 to R 12 are hydrogen atoms.
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の多環縮環化合物を含有することを特徴とする有機半導体材料。   An organic semiconductor material comprising the polycyclic fusedring compound according to any one of claims 1 to 8. 請求項9に記載の有機半導体材料であって、
有機トランジスタ用材料であることを特徴とする有機半導体材料。
The organic semiconductor material according to claim 9,
An organic semiconductor material characterized by being a material for an organic transistor.
請求項9に記載の有機半導体材料を用いて形成した薄膜を有することを特徴とする有機半導体デバイス。   An organic semiconductor device comprising a thin film formed using the organic semiconductor material according to claim 9. 基板と、
前記基板上に配置されたゲート電極と、
前記基板上に離隔して配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極との間を電気的に絶縁する絶縁体層と、
前記ソース電極及びドレイン電極に接する有機半導体層と
を備え、
前記有機半導体層は、請求項10に記載の有機半導体材料を用いて形成される
ことを特徴とする有機トランジスタ。
A substrate,
A gate electrode disposed on the substrate;
A source electrode and a drain electrode spaced apart on the substrate;
An insulator layer that electrically insulates between the gate electrode and the source and drain electrodes;
An organic semiconductor layer in contact with the source electrode and the drain electrode,
The said organic-semiconductor layer is formed using the organic-semiconductor material of Claim 10. The organic transistor characterized by the above-mentioned.
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