JP2019052111A - Heteroacene derivative, organic semiconductor layer, and organic thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機半導体材料等の電子材料への展開が可能な新規なヘテロアセン誘導体、これを用いた有機半導体層及び有機薄膜トランジスタに関するものであり、特に溶解性及び耐熱性に優れることから様々なデバイス作製プロセスに適用可能な新規なヘテロアセン誘導体、これを用いた有機半導体層及び有機薄膜トランジスタに関するものである。 The present invention relates to a novel heteroacene derivative that can be developed into an electronic material such as an organic semiconductor material, an organic semiconductor layer and an organic thin film transistor using the same, and various devices because it is particularly excellent in solubility and heat resistance. The present invention relates to a novel heteroacene derivative applicable to a manufacturing process, an organic semiconductor layer using the same, and an organic thin film transistor.
有機薄膜トランジスタに代表される有機半導体デバイスは、省エネルギー、低コスト及びフレキシブルといった無機半導体デバイスにはない特徴を有することから近年注目されている。この有機半導体デバイスは、有機半導体層、基板、絶縁層、電極等の数種類の材料から構成され、中でも電荷のキャリア移動を担う有機半導体層は該デバイスの中心的な役割を有している。そして、有機半導体デバイス性能は、この有機半導体層を構成する有機半導体材料のキャリア移動度により左右されることから、高キャリア移動度を与える有機半導体材料の出現が所望されている。 Organic semiconductor devices typified by organic thin film transistors have been attracting attention in recent years because they have features not found in inorganic semiconductor devices such as energy saving, low cost, and flexibility. This organic semiconductor device is composed of several kinds of materials such as an organic semiconductor layer, a substrate, an insulating layer, and an electrode. Among them, the organic semiconductor layer responsible for charge carrier movement has a central role of the device. And since organic-semiconductor device performance is influenced by the carrier mobility of the organic-semiconductor material which comprises this organic-semiconductor layer, the appearance of the organic-semiconductor material which gives a high carrier mobility is desired.
有機半導体層を作製する方法としては、高温真空下、有機半導体材料を気化させて実施する真空蒸着法、有機半導体材料を適当な溶媒に溶解させその溶液を塗布する塗布法等の方法が一般的に知られている。このうち、塗布法においては、高温高真空条件を用いることなく印刷技術を用いても実施することができるため、デバイス作製の大幅な製造コストの削減を図ることが期待でき、経済的に好ましいプロセスである。 As a method for producing the organic semiconductor layer, a vacuum deposition method in which an organic semiconductor material is vaporized under a high temperature vacuum, a coating method in which the organic semiconductor material is dissolved in an appropriate solvent, and the solution is applied are generally used. Known to. Of these, the coating method can be carried out using a printing technique without using high-temperature and high-vacuum conditions, so it can be expected to greatly reduce the manufacturing cost of device fabrication, and is an economically preferable process. It is.
このような塗布法に使用される有機半導体材料は、高いキャリア移動度、及びデバイス作製のプロセス上の観点から、１３０℃以上の耐熱性及び室温での溶解度が０．１０重量％以上を持つことが好ましい。 The organic semiconductor material used for such a coating method has a high carrier mobility and a heat resistance of 130 ° C. or more and a solubility at room temperature of 0.10% by weight or more from the viewpoint of device fabrication process. Is preferred.
ここで、一般的に、縮合環系の棒状の分子長軸を有する低分子半導体は、高分子半導体と比べて結晶性が高いため高キャリア移動度を発現しやすいことが知られている。 Here, it is generally known that a low molecular semiconductor having a rod-shaped molecular long axis of a condensed ring system has a higher crystallinity than a high molecular semiconductor and thus easily exhibits high carrier mobility.
低分子半導体としては、例えば、２，７−ジアルキル置換ベンゾチエノベンゾチオフェン（特許文献１参照）、置換ジチエノベンゾジチオフェン（特許文献２参照）が提案されている。しかし、特許文献１における低分子半導体では、１３０℃以上に加熱するとトランジスタ動作が失われるという問題があった。また、特許文献２における低分子半導体は溶解度が低いという問題があった。
As low-molecular semiconductors, for example, 2,7-dialkyl-substituted benzothienobenzothiophene (see Patent Document 1) and substituted dithienobenzodithiophene (see Patent Document 2) have been proposed. However, the low molecular semiconductor disclosed in
このため、高キャリア移動度、高耐熱性及び高溶解度を兼ね合わせた有機半導体材料が求められている。 For this reason, an organic semiconductor material that combines high carrier mobility, high heat resistance, and high solubility is desired.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高キャリア移動度で高耐熱性及び高い溶解性を持つ塗布型の有機半導体材料、及びそれを用いて得られる有機薄膜トランジスタを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a coating type organic semiconductor material having high carrier mobility, high heat resistance and high solubility, and an organic thin film transistor obtained using the same. It is to provide.
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討の結果、新規なアルキニル基を有するヘテロアセン誘導体が高キャリア移動度を与えると共に高耐熱性及び高溶解性を持つ有機半導体材料となることを見出し、本発明を完成するに到った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a heteroacene derivative having a novel alkynyl group provides an organic semiconductor material having high carrier mobility and high heat resistance and high solubility, The present invention has been completed.
即ち、本発明は、下記一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体、有機半導体層、及びそれを用いてなる有機薄膜トランジスタに関するものである。 That is, the present invention relates to a heteroacene derivative represented by the following general formula (1), an organic semiconductor layer, and an organic thin film transistor using the same.
（ここで、Ｒ１及びＲ２は同一又は異なって、炭素数１〜２０のアルキル基を示し、Ｒ３〜Ｒ６は同一又は異なって、水素、又は炭素数１〜２０のアルキル基を示し、Ｘ１〜Ｘ４は同一又は異なって、酸素、硫黄、又はセレンを示す。）
以下に本発明を詳細に説明する。
(Here, R 1 and R 2 are the same or different and represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and R 3 to R 6 are the same or different and represent hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. X 1 to X 4 are the same or different and represent oxygen, sulfur, or selenium.)
The present invention is described in detail below.
本発明で用いられるヘテロアセン誘導体は上記一般式（１）で示される誘導体であり、Ｒ１及びＲ２は同一又は異なって、炭素数１〜２０のアルキル基を示す。 The heteroacene derivative used in the present invention is a derivative represented by the above general formula (1), and R 1 and R 2 are the same or different and represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
Ｒ１及びＲ２における炭素数１〜２０のアルキル基としては、例えば、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、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−テトラデシル基、２−エチルヘキシル基、３−エチルヘプチル基、３−エチルデシル基等の直鎖又は分岐アルキル基が挙げられ、高移動度であることから炭素数３〜１２のアルキル基が好ましく、より高溶解度であることから、ｎ−プロピル基、ｎ−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−ドデシル基がさらに好ましく、ｎ−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−デシル基が特に好ましい。 Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in R 1 and R 2 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, an n-pentyl group, and an n-hexyl group. , N-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-dodecyl group, n-tetradecyl group, 2-ethylhexyl group, 3-ethylheptyl group, 3-ethyldecyl group, etc. Or a branched alkyl group is mentioned, and since it is high mobility, a C3-C12 alkyl group is preferable, and since it is higher solubility, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n -Hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-dodecyl group are more preferable, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n- Heptyl group, n- octyl group, n- nonyl, n- decyl group is particularly preferred.
Ｒ３〜Ｒ６は同一又は異なって、水素、又は炭素数１〜２０のアルキル基を示し、高移動度のため水素が好ましい。 R 3 to R 6 are the same or different and each represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and hydrogen is preferable because of high mobility.
Ｒ３〜Ｒ６における炭素数１〜２０のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、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−テトラデシル基、２−エチルヘキシル基、３−エチルヘプチル基、３−エチルデシル基等の直鎖又は分岐アルキル基が挙げられ、高溶解性のため炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、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、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−デシル基がさらに好ましい。 Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms in R 3 to R 6 include, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n- Linear or branched alkyl such as heptyl, n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-dodecyl, n-tetradecyl, 2-ethylhexyl, 3-ethylheptyl, 3-ethyldecyl Group is preferable, and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable because of high solubility, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n- A hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group and n-decyl group are more preferred.
Ｘ１〜Ｘ４は酸素、硫黄、又はセレンを示すが、高移動度のため硫黄が好ましい。 X 1 to X 4 represent oxygen, sulfur, or selenium, but sulfur is preferable because of high mobility.
本発明で用いられるヘテロアセン誘導体の具体的例示としては、以下のものを挙げることができる。 Specific examples of the heteroacene derivative used in the present invention include the following.
本発明で用いられるヘテロアセン誘導体の製造方法としては、該ヘテロアセン誘導体を製造することが可能であれば如何なる製造方法を用いることも可能である。例えば、無置換ジチエノベンゾジチオフェンを原料とし、下記Ａ及びＢの工程を経る製造方法により、ヘテロアセン誘導体を製造することができる。無置換ジチエノベンゾジチオフェンは、例えば、特開２０１２−１８８４００号公報に記載の内容で合成することができる。 As a method for producing the heteroacene derivative used in the present invention, any production method can be used as long as the heteroacene derivative can be produced. For example, a heteroacene derivative can be produced by a production method using the unsubstituted dithienobenzodithiophene as a raw material and passing through the following steps A and B. Unsubstituted dithienobenzodithiophene can be synthesized, for example, with the contents described in JP 2012-188400 A.
（Ａ工程）；無置換ジチエノベンゾジチオフェンの２，７位ジハロゲン化により、２，７−ジハロジチエノベンゾジチオフェンを合成する工程。 (Step A): A step of synthesizing 2,7-dihalodithienobenzodithiophene by dihalogenation at the 2,7-position of unsubstituted dithienobenzodithiophene.
（Ｂ工程）；パラジウム／銅触媒の存在下、Ａ工程により得られた２，７−ジハロジチエノベンゾジチオフェンとアルキニル化合物の薗頭カップリングにより２，７−ジアルキニルジチエノベンゾジチオフェンを製造する工程。 (Step B); 2,7-dialkynyldithienobenzodithiophene is obtained by Sonogashira coupling of 2,7-dihalodithienobenzodithiophene obtained in Step A and an alkynyl compound in the presence of a palladium / copper catalyst. Manufacturing process.
各工程の詳細を以下に示す。 Details of each step are shown below.
該Ａ工程は、例えば、無置換ジチエノベンゾジチオフェンをハロゲン化剤と反応させ２位と７位をハロゲン化することで２，７−ジハロジチエノベンゾジチオフェンを製造する工程である。
Step A is, for example, a step of producing 2,7-dihalodithienobenzodithiophene by reacting unsubstituted dithienobenzodithiophene with a halogenating agent to
ハロゲン化剤と反応させる条件としては、例えば、２〜４当量のハロゲン化剤を用い、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミンド（以後、ＤＭＦと略す。）、テトラヒドロフラン（以後、ＴＨＦと略す。）、Ｎ−メチルピロリドン（以後、ＮＭＰと略す。）、ジメチルスルホキサイド等の溶媒中、２０℃〜７０℃の温度範囲内で実施することが挙げられる。 The reaction conditions with the halogenating agent include, for example, 2 to 4 equivalents of a halogenating agent, N, N-dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF), For example, it may be carried out in a temperature range of 20 ° C. to 70 ° C. in a solvent such as N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP) and dimethyl sulfoxide.
ハロゲン化剤としては、例えば、Ｎ−ブロモスクシンイミド（以後、ＮＢＳと略す。）、臭素、ヨウ素、Ｎ−ヨードスクシンイミド等が挙げられる。 Examples of the halogenating agent include N-bromosuccinimide (hereinafter abbreviated as NBS), bromine, iodine, N-iodosuccinimide and the like.
該Ｂ工程は、パラジウム触媒及び銅触媒の存在下、Ａ工程により得られた２，７−ジハロジチエノベンゾジチオフェンとアルキニル化合物の薗頭カップリングにより２，７−ジアルキニルジチエノベンゾジチオフェンを製造する工程である。 The step B comprises 2,7-dialkynyldithienobenzodithiophene by Sonogashira coupling of 2,7-dihalodithienobenzodithiophene obtained in step A and an alkynyl compound in the presence of a palladium catalyst and a copper catalyst. Is a process of manufacturing.
その際のパラジウム触媒としては、例えば、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム等が挙げられ、銅触媒としてはヨウ化銅（Ｉ）、臭化銅（Ｉ）、塩化銅（Ｉ）等を挙げることができる。また、薗頭カップリングは、トリエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ピペリジン、ピリジン等の溶媒中、２０℃〜８０℃の温度範囲で実施することができる。なお、溶媒としてトルエン、ＴＨＦ等を添加しても良い。 In this case, examples of the palladium catalyst include tetrakis (triphenylphosphine) palladium, dichlorobis (triphenylphosphine) palladium, and the copper catalyst includes copper iodide (I), copper bromide (I), copper chloride. (I) etc. can be mentioned. The Sonogashira coupling can be carried out in a temperature range of 20 ° C. to 80 ° C. in a solvent such as triethylamine, diisopropylamine, diisopropylethylamine, piperidine, pyridine and the like. Note that toluene, THF, or the like may be added as a solvent.
Ｂ工程におけるアルキニル化合物としては、例えば、１−プロピン、１−ブチン、１−ペンチン、１−ヘキシン、１−ヘプチン、１−オクチン、１−ノニン、１−デシン、１−ウンデシン、１−ドデシン等が挙げられる。 Examples of the alkynyl compound in the step B include 1-propyne, 1-butyne, 1-pentyne, 1-hexyne, 1-heptin, 1-octyne, 1-nonine, 1-decyne, 1-undecin, 1-dodecin and the like. Is mentioned.
そして、反応工程数が少ないことから好ましいより具体的な製造方法を以下の反応スキームに示す。 And since the number of reaction steps is small, a more specific production method which is preferable is shown in the following reaction scheme.
さらに、製造したヘテロアセン誘導体は、カラムクロマトグラフィー等に供することにより精製することができ、その際の分離剤としては、例えば、シリカゲル、活性アルミナ等が挙げられ、溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、ジクロロメタン、クロロホルム等を挙げることができる。 Furthermore, the produced heteroacene derivative can be purified by subjecting it to column chromatography or the like. Examples of the separating agent include silica gel and activated alumina. Solvents include hexane, heptane, and toluene. , Dichloromethane, chloroform and the like.
製造したヘテロアセン誘導体は、活性炭、ゼオライト、活性アルミナ等に供することにより溶液中で脱色精製することができ、その際の溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、ジクロロメタン、クロロホルム等を挙げることができる。 The produced heteroacene derivative can be decolorized and purified in a solution by subjecting it to activated carbon, zeolite, activated alumina or the like, and examples of the solvent include hexane, heptane, toluene, dichloromethane, chloroform and the like.
また、製造したヘテロアセン誘導体は、さらに再結晶により精製してもよく、再結晶の回数を増やすことで純度を向上させることができる。再結晶の回数としては、高純度、高収率の観点から、好ましくは２〜５回である。再結晶に用いる溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等を挙げることができ、これらの任意の割合の混合物であってもよい。 In addition, the produced heteroacene derivative may be further purified by recrystallization, and the purity can be improved by increasing the number of recrystallizations. The number of recrystallizations is preferably 2 to 5 times from the viewpoint of high purity and high yield. Examples of the solvent used for recrystallization include hexane, heptane, octane, toluene, xylene, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, and the like, and a mixture of any ratio thereof may be used.
再結晶では、加熱によりヘテロアセン誘導体の溶液を調製し（その際の溶液の濃度は、不純物を効率よく除去するため、０．０１０〜１０．０重量％の範囲が好ましく、０．０５０〜５．０重量％の範囲がさらに好ましい。）、該溶液を冷却することでヘテロアセン誘導体の結晶を析出させ単離するが、単離する際の最終的な冷却温度は、純度及び回収率向上のため、−２０℃から４０℃の範囲にあることが好ましい。なお、純度を測定する際には液体クロマトグラフィーにより分析することが可能である。 In recrystallization, a solution of a heteroacene derivative is prepared by heating (the concentration of the solution at that time is preferably in the range of 0.010 to 10.0% by weight in order to efficiently remove impurities, and 0.050 to 5. The range of 0% by weight is more preferable.) By cooling the solution, crystals of the heteroacene derivative are precipitated and isolated, but the final cooling temperature at the time of isolation is to improve purity and recovery rate. It is preferably in the range of −20 ° C. to 40 ° C. In addition, when measuring purity, it is possible to analyze by liquid chromatography.
本発明のヘテロアセン誘導体は、適当な溶媒に溶解させることで該ヘテロアセン誘導体を含有する有機半導体層形成用溶液とすることができる。該溶媒としては、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体を溶解することが可能な溶媒であれば如何なる溶媒を使用してもよく、有機半導体層を形成する際、溶媒の乾燥速度を好適なものとすることができることから、常圧での沸点が１００℃以上である有機溶媒が好ましい。 The heteroacene derivative of the present invention can be dissolved in an appropriate solvent to form a solution for forming an organic semiconductor layer containing the heteroacene derivative. As the solvent, any solvent may be used as long as it can dissolve the heteroacene derivative represented by the general formula (1), and when the organic semiconductor layer is formed, the drying rate of the solvent is preferably set. An organic solvent having a boiling point of 100 ° C. or higher at normal pressure is preferable.
本発明で用いることが可能な溶媒として、例えば、トルエン、メシチレン、ｏ−キシレン、イソプロピルベンゼン、ペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、１，２，４−トリメチルベンゼン、テトラリン、インダン等の芳香族炭化水素類；アニソール、２−メチルアニソール、３−メチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、１，２−メチレンジオキシベンゼン、１，２−エチレンジオキシベンゼン等の芳香族エーテル類；クロロベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロベンゼン、１，２−ジフルオロベンゼン、１，３−ジフルオロベンゼン、１，４−ジフルオロベンゼン等の芳香族ハロゲン化合物；チオフェン、３−クロロチオフェン、２−クロロチオフェン、３−メチルチオフェン、２−メチルチオフェン、ベンゾチオフェン、２−メチルベンゾチオフェン、２，３−ジヒドロベンゾチオフェン、フラン、３−メチルフラン、２−メチルフラン、ベンゾフラン、２−メチルベンゾフラン、２，３−ジヒドロベンゾフラン、チアゾール、オキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール、ピリジン等のヘテロ芳香族類；ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、デカリン等の飽和炭化水素類；ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、１,４−ブタンジオールジアセテート、１,３−ブチレングリコールジアセテート、１,６−ヘキサンジオールジアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のグリコール類；フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、テレフタル酸ジメチル、酢酸フェニル、シクロヘキサノールアセテート、３−メトキシブチルアセテート、テトラヒドロフルフリルアセテート、テトラヒドロフルフリルプロピオネート等のエステル類などを挙げられることができ、その中でも適度な乾燥速度を持つことから、好ましくはトルエン、ｏ−キシレン、メシチレン、１，２，４−トリメチルベンゼン、テトラリン、インダン、オクタン、ノナン、デカン、アニソール、２−メチルアニソール、３−メチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、ブチルフェニルエーテル、１，２−メチレンジオキシベンゼン、１，２−エチレンジオキシベンゼン、１，２−ジクロロベンゼン、１，３−ジクロロベンゼン、１，４−ジクロロベンゼン、３−メチルチオフェン、ベンゾチアゾールであり、さらに好ましくは、トルエン、ｏ−キシレン、メシチレン、テトラリン、インダン、オクタン、ノナン、デカン、アニソール、２−メチルアニソール、３−メチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール、２，６−ジメチルアニソールである。 Examples of the solvent that can be used in the present invention include aromatic hydrocarbons such as toluene, mesitylene, o-xylene, isopropylbenzene, pentylbenzene, cyclohexylbenzene, 1,2,4-trimethylbenzene, tetralin, and indane; Anisole, 2-methylanisole, 3-methylanisole, 2,3-dimethylanisole, 3,4-dimethylanisole, 2,6-dimethylanisole, ethylphenylether, butylphenylether, 1,2-methylenedioxybenzene, Aromatic ethers such as 1,2-ethylenedioxybenzene; chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluoro Benzene, 1,4-difluorobe Aromatic halogen compounds such as zen; thiophene, 3-chlorothiophene, 2-chlorothiophene, 3-methylthiophene, 2-methylthiophene, benzothiophene, 2-methylbenzothiophene, 2,3-dihydrobenzothiophene, furan, 3 -Heteroaromatics such as methylfuran, 2-methylfuran, benzofuran, 2-methylbenzofuran, 2,3-dihydrobenzofuran, thiazole, oxazole, benzothiazole, benzoxazole, pyridine; hexane, cyclohexane, heptane, octane, nonane , Decane, undecane, dodecane, decalin and other saturated hydrocarbons; dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diacetate, dipropylene glycol methyl-n-propyl ether, dipropylene Glycol methyl ether acetate, 1,4-butanediol diacetate, 1,3-butylene glycol diacetate, 1,6-hexanediol diacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, Glycols such as diethylene glycol monoethyl ether acetate and diethylene glycol monobutyl ether acetate; dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dimethyl terephthalate, phenyl acetate, cyclohexanol acetate, 3-methoxybutyl acetate, tetrahydrofurfuryl acetate, tetrahydrofurfuryl propio Esters such as nates can be mentioned, among which moderate From the standpoint of having a high drying rate, toluene, o-xylene, mesitylene, 1,2,4-trimethylbenzene, tetralin, indane, octane, nonane, decane, anisole, 2-methylanisole, 3-methylanisole, 2 , 3-dimethylanisole, 3,4-dimethylanisole, 2,6-dimethylanisole, ethylphenyl ether, butylphenyl ether, 1,2-methylenedioxybenzene, 1,2-ethylenedioxybenzene, 1,2- Dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 3-methylthiophene, benzothiazole, more preferably toluene, o-xylene, mesitylene, tetralin, indane, octane, nonane, decane, anisole 2-methylanisole 3-methyl anisole, 2,3-dimethyl anisole, 3,4-dimethyl anisole, 2,6-dimethyl anisole.
なお、本発明で用いる溶媒は、１種類の溶媒を単独で使用、または沸点、極性、溶解度パラメーターなど性質の異なる溶媒を２種類以上混合して使用することが可能である。 As the solvent used in the present invention, one kind of solvent can be used alone, or two or more kinds of solvents having different properties such as boiling point, polarity and solubility parameter can be mixed and used.
一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体を溶媒に混合溶解する際の温度としては、溶解を促進させる目的のため、０〜８０℃の温度範囲で行うことが好ましく、１０〜６０℃の温度範囲で行うことが更に好ましい。 As the temperature at which the heteroacene derivative represented by the general formula (1) is mixed and dissolved in a solvent, it is preferably performed in a temperature range of 0 to 80 ° C. for the purpose of promoting dissolution, and a temperature range of 10 to 60 ° C. More preferably,
また、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体を有機溶媒に溶解混合する時間は、均一溶液を得るため、１分〜１時間で溶解することが好ましい。 In addition, the time for dissolving and mixing the heteroacene derivative represented by the general formula (1) in an organic solvent is preferably 1 minute to 1 hour in order to obtain a uniform solution.
本発明では本発明の有機半導体層形成用溶液における一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の室温での溶解度が０．１０〜１０．０重量％の範囲であると、取り扱い容易になり、有機半導体層を形成する際の効率により優れるものとなる。また、後述の有機半導体層の膜厚の観点から０．２０〜１０．０重量％の範囲がさらに好ましい。さらに、有機半導体層形成用溶液の粘度が０．３０〜１０ｍＰａ・ｓの範囲であると、より好適な塗工性を発現するものとなる。 In the present invention, when the solubility at room temperature of the heteroacene derivative represented by the general formula (1) in the organic semiconductor layer forming solution of the present invention is in the range of 0.10 to 10.0% by weight, the handling becomes easy. It becomes more excellent in the efficiency at the time of forming a semiconductor layer. Moreover, the range of 0.20-10.0 weight% is further more preferable from a viewpoint of the film thickness of the below-mentioned organic-semiconductor layer. Furthermore, when the viscosity of the solution for forming an organic semiconductor layer is in the range of 0.30 to 10 mPa · s, more suitable coating properties are exhibited.
なお該溶液は、該ヘテロアセン誘導体自体が適度の凝集性を有することから比較的に低温で調製することが可能、且つ耐酸化性があることから、塗布法による有機薄膜の製造に好適に適用できる。即ち、雰囲気から空気を除く必要がないことから塗布工程を簡略化することができる。さらに該溶液には、例えば、ポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリ（４−メチルスチレン）、ポリ（１−ビニルナフタレン）、ポリ（２−ビニルナフタレン）、ポリ（スチレン−ブロック−ブタジエン−ブロック−スチレン）、ポリ（スチレン−ブロック−イソプレン−ブロック−スチレン）、ポリ（ビニルトルエン）、ポリ（スチレン−コ−２，４−ジメチルスチレン）、ポリ（クロロスチレン）、ポリ（スチレン−コ−α−メチルスチレン）、ポリ（スチレン−コ−ブタジエン）、ポリ（エチレン−コ−ノルボルネン）、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリカルバゾール、ポリトリアリールアミン、ポリ（９,９−ジオクチルフルオレン−コ−ジメチルトリアリールアミン）、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリメタクリル酸メチル、ポリ（スチレン−コ−メタクリル酸メチル）、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ｎ−プロピル、ポリメタクリル酸イソプロピル、ポリメタクリル酸ｎ−ブチル、ポリメタクリル酸フェニル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ｎ−プロピル等のポリマーをバインダーとして存在させることができ、これらのうち、好ましくはポリスチレン、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリ（エチレン−コ−ノルボルネン）、ポリメタクリル酸メチルである。これらのポリマーバインダーの濃度は、適度な溶液の粘度のため、０．００１０〜１０．０重量％であることが好ましい。 The solution can be suitably applied to the production of an organic thin film by a coating method because it can be prepared at a relatively low temperature because the heteroacene derivative itself has an appropriate cohesive property and has oxidation resistance. . That is, since it is not necessary to remove air from the atmosphere, the coating process can be simplified. Further, the solution includes, for example, polystyrene, poly (α-methylstyrene), poly (4-methylstyrene), poly (1-vinylnaphthalene), poly (2-vinylnaphthalene), poly (styrene-block-butadiene- Block-styrene), poly (styrene-block-isoprene-block-styrene), poly (vinyltoluene), poly (styrene-co-2,4-dimethylstyrene), poly (chlorostyrene), poly (styrene-co-) α-methylstyrene), poly (styrene-co-butadiene), poly (ethylene-co-norbornene), polyphenylene ether, polycarbonate, polycarbazole, polytriarylamine, poly (9,9-dioctylfluorene-co-dimethyltria) Reelamine), poly (N-vinylcarbazole) Poly (methyl methacrylate), poly (styrene-co-methyl methacrylate), poly (ethyl methacrylate), poly (n-propyl methacrylate), poly (isopropyl methacrylate), poly (n-butyl methacrylate), poly (phenyl methacrylate), poly (methyl acrylate), Polymers such as polyethyl acrylate and poly-n-propyl acrylate can be present as a binder, and among these, polystyrene, poly (α-methylstyrene), poly (ethylene-co-norbornene), polymethacryl are preferred. Methyl acid. The concentration of these polymer binders is preferably 0.0010 to 10.0% by weight for an appropriate solution viscosity.
本発明の有機半導体層形成用溶液を用いて有機半導体層を形成する際の塗布方法としては、有機半導体層を形成可能な方法であれば特に制限はなく、例えば、スピンコート、ドロップキャスト、ディップコート、キャストコート等の簡易塗工法；ディスペンサー、インクジェット、スリットコート、ブレードコート、フレキソ印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等の印刷法を挙げることができ、中でも容易に効率よく有機半導体層とすることが可能となることから、スピンコート、ドロップキャスト、インクジェットであることが好ましい。 The coating method for forming the organic semiconductor layer using the organic semiconductor layer forming solution of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of forming the organic semiconductor layer. For example, spin coating, drop cast, dip Simple coating methods such as coating, cast coating, etc .; printing methods such as dispenser, inkjet, slit coating, blade coating, flexographic printing, screen printing, gravure printing, offset printing, etc. can be mentioned. Therefore, spin coating, drop casting, and ink jet are preferable.
本発明の有機半導体層形成用溶液を塗布後、溶媒を乾燥除去することにより、該有機半導体層形成用溶液を用いてなる有機半導体層を形成することが可能である。 After applying the organic semiconductor layer forming solution of the present invention, the organic semiconductor layer formed using the organic semiconductor layer forming solution can be formed by drying and removing the solvent.
塗布した有機半導体層から溶媒を乾燥除去する際、乾燥する条件に特に制限はなく、例えば、常圧下、又は減圧下で溶媒の乾燥除去を行うことが可能である。 When the solvent is dried and removed from the applied organic semiconductor layer, the drying conditions are not particularly limited. For example, the solvent can be removed by drying under normal pressure or reduced pressure.
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する温度に特に制限はないが効率よく塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去することができ、有機半導体層を形成することが可能であるため、１０〜１５０℃の温度範囲で行うことが好ましい。 Although there is no particular limitation on the temperature at which the organic solvent is dried and removed from the applied organic semiconductor layer, the organic solvent can be efficiently removed from the applied organic semiconductor layer by drying, and the organic semiconductor layer can be formed. It is preferable to carry out in a temperature range of 10 to 150 ° C.
塗布した有機半導体層から有機溶媒を乾燥除去する際、除去する有機溶媒の気化速度を調節することで、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体の結晶成長を制御することが可能である。 When the organic solvent is dried and removed from the applied organic semiconductor layer, crystal growth of the heteroacene derivative represented by the general formula (1) can be controlled by adjusting a vaporization rate of the organic solvent to be removed.
本発明の有機半導体層形成用溶液により形成される有機半導体層の膜厚に制限はなく、良好なキャリア移動が得られることから、１ｎｍ〜１μｍの範囲であることが好ましく、１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であることが更に好ましい。 The film thickness of the organic semiconductor layer formed by the organic semiconductor layer forming solution of the present invention is not limited, and good carrier movement is obtained. Therefore, it is preferably in the range of 1 nm to 1 μm, and in the range of 10 nm to 300 nm. More preferably.
本発明の有機半導体層形成用溶液より形成される有機半導体層は、該有機半導体層を含んでなる有機半導体デバイス、特に該有機半導体層を含んでなる有機薄膜トランジスタとして使用することが可能である。 The organic semiconductor layer formed from the organic semiconductor layer forming solution of the present invention can be used as an organic semiconductor device including the organic semiconductor layer, particularly as an organic thin film transistor including the organic semiconductor layer.
有機薄膜トランジスタは、基板上に、ソース電極及びドレイン電極を付設した有機半導体層とゲート電極とを絶縁層を介し積層することにより得ることができ、該有機半導体層に本発明の有機半導体層形成用溶液により形成した有機半導体層を用いることにより、優れた半導体・電気特性を発現する有機薄膜トランジスタとすることが可能である。 The organic thin film transistor can be obtained by laminating an organic semiconductor layer provided with a source electrode and a drain electrode and a gate electrode on a substrate via an insulating layer, and the organic semiconductor layer is formed on the organic semiconductor layer according to the present invention. By using an organic semiconductor layer formed of a solution, an organic thin film transistor that exhibits excellent semiconductor and electrical characteristics can be obtained.
図１に一般的な有機薄膜トランジスタの断面形状による構造を示す。ここで、（Ａ）は、ボトムゲート−トップコンタクト型、（Ｂ）は、ボトムゲート−ボトムコンタクト型、（Ｃ）は、トップゲート−トップコンタクト型、（Ｄ）は、トップゲート−ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタであり、１は有機半導体層、２は基板、３はゲート電極、４はゲート絶縁層、５はソース電極、６はドレイン電極を示し、本発明の有機半導体層形成用溶液より形成される有機半導体層は、いずれの有機薄膜トランジスタにも適用することが可能である。 FIG. 1 shows a structure of a general organic thin film transistor by a sectional shape. Here, (A) is a bottom gate-top contact type, (B) is a bottom gate-bottom contact type, (C) is a top gate-top contact type, and (D) is a top gate-bottom contact type. 1 is an organic semiconductor layer, 2 is a substrate, 3 is a gate electrode, 4 is a gate insulating layer, 5 is a source electrode, 6 is a drain electrode, and is formed from the organic semiconductor layer forming solution of the present invention. The organic semiconductor layer to be applied can be applied to any organic thin film transistor.
本発明に係る基板としては特に制限はなく、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、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、フッ素化環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリ（ジイソプロピルフマレート）、ポリ（ジエチルフマレート）、ポリ（ジイソプロピルマレエート）、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、セルローストリアセテート等のプラスチック基板；ガラス、石英、酸化アルミニウム、シリコン、ハイドープシリコン、酸化シリコン、二酸化タンタル、五酸化タンタル、インジウム錫酸化物等の無機材料基板；金、銅、クロム、チタン、アルミニウム等の金属基板等を挙げることができる。なお、ハイドープシリコンを基板に用いた場合、その基板はゲート電極を兼ねることができる。 The substrate according to the present invention is not particularly limited. For example, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, cyclic polyolefin, fluorinated cyclic polyolefin, polyimide, polycarbonate, polyvinylphenol, Plastic substrates such as polyvinyl alcohol, poly (diisopropyl fumarate), poly (diethyl fumarate), poly (diisopropyl maleate), polyethersulfone, polyphenylene sulfide, cellulose triacetate; glass, quartz, aluminum oxide, silicon, highly doped silicon Inorganic material substrates such as silicon oxide, tantalum dioxide, tantalum pentoxide, and indium tin oxide; gold, copper, chromium Titanium, mention may be made of metal such as aluminum substrate, or the like. When highly doped silicon is used for the substrate, the substrate can also serve as the gate electrode.
本発明に係るゲート電極としては特に制限はなく、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、ハイドープシリコン、スズ酸化物、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、クロム、チタン、タンタル、グラフェン、カーボンナノチューブ等の無機材料；ドープされた導電性高分子（例えばＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）等の有機材料を挙げることができる。 The gate electrode according to the present invention is not particularly limited. For example, aluminum, gold, silver, copper, highly doped silicon, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide, chromium, titanium, tantalum, graphene, carbon nanotube, etc. And inorganic materials such as doped conductive polymers (eg, PEDOT-PSS).
また、上記の無機材料は、金属のナノ粒子インクとしても差し支えなく使用することができる。この場合の溶媒は、適度の分散性のため、水、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール等の極性溶媒；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン等の炭素数６〜１４の脂肪族炭化水素溶媒；トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ペンチルベンゼン、ヘキシルベンゼン、オクチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン、インダン、アニソール、１，２−ジメトキシベンゼン、１，３−ジメトキシベンゼン、１，２−ジメチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、３，４−ジメチルアニソール等の炭素数７〜１４の芳香族炭化水素溶媒であることが好ましい。該ナノ粒子インクを塗布後、導電性向上のため、８０℃〜２００℃の温度範囲でアニール処理することが好ましい。 The inorganic material can be used as a metal nanoparticle ink. The solvent in this case is a polar solvent such as water, methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, and 2-butanol for moderate dispersibility; carbon number such as hexane, heptane, octane, decane, dodecane, and tetradecane. 6-14 aliphatic hydrocarbon solvents; toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, pentylbenzene, hexylbenzene, octylbenzene, cyclohexylbenzene, tetralin, indane, anisole, 1,2-dimethoxybenzene, 1,3-dimethoxybenzene, An aromatic hydrocarbon solvent having 7 to 14 carbon atoms such as 1,2-dimethylanisole, 2,3-dimethylanisole, and 3,4-dimethylanisole is preferable. After applying the nanoparticle ink, it is preferable to perform an annealing treatment in a temperature range of 80 ° C. to 200 ° C. in order to improve conductivity.
本発明に係るゲート絶縁層としては特に制限はなく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、二酸化タンタル、五酸化タンタル、インジウム錫酸化物、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウム、チタン酸ビスマス等の無機材料；ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリイミド、ポリアミド酸ポリカーボネート、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリ（ジイソプロピルフマレート）、ポリ（ジエチルフマレート）、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、ポリけい皮酸エチル、ポリけい皮酸メチル、ポリクロトン酸エチル、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン−コ−１−ブテン、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、ポリシクロペンタン、ポリシクロヘキサン、ポリシクロヘキサン−エチレン共重合体、ポリフッ素化シクロペンタン、ポリフッ素化シクロヘキサン、ポリフッ素化シクロヘキサン−エチレン共重合体、ＢＣＢ樹脂（商品名：サイクロテン、ダウ・ケミカル社製）、Ｃｙｔｏｐ（登録商標）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、パリレンＣ等のパリレン（登録商標）類のポリマー絶縁材料を挙げることができ、製法が簡便であることから、塗布法が適用できるポリマー絶縁材料（ポリマーゲート絶縁層）であることが好ましい。 The gate insulating layer according to the present invention is not particularly limited. For example, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium oxide, tantalum dioxide, tantalum pentoxide, indium tin oxide, tin oxide, vanadium oxide, titanium Inorganic materials such as barium acid and bismuth titanate; polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyimide, polyamic acid polycarbonate, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, poly (diisopropyl fumarate), poly (diethyl fumarate), polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate Phthalate, polyethyl cinnamate, polymethyl cinnamate, ethyl polycrotonate, polyethersulfone, polypropylene-co-1-butene, polyisobutylene, polypropylene, Lopentane, polycyclohexane, polycyclohexane-ethylene copolymer, polyfluorinated cyclopentane, polyfluorinated cyclohexane, polyfluorinated cyclohexane-ethylene copolymer, BCB resin (trade name: cycloten, manufactured by Dow Chemical Company), Examples include polymer insulating materials of Parylene (registered trademark) such as Cytop (registered trademark), Teflon (registered trademark), and Parylene C. Since the manufacturing method is simple, a polymer insulating material (polymer) to which a coating method can be applied Gate insulating layer).
該ポリマー絶縁材料を溶解させる場合、溶解に用いる溶媒としては特に制限がなく、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン等の炭素数６〜１４の脂肪族炭化水素溶媒；ＴＨＦ、１，２−ジメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル系溶媒；エタノール、イソプロピルアルコール、１−ブタノール、２−ブタノール、１−オクタノール、２−エチルヘキサノール、テトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール系溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセトフェノン等のケトン系溶媒；酢酸エチル、γ−ブチロラクトン、シクロヘキサノールアセテート、３−メトキシブチルアセテート、テトラヒドロフルフリルアセテート、テトラヒドロフルフリルプロピオネート等のエステル系溶媒；ＤＭＦ、ＮＭＰ等のアミド系溶媒；ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールメチル−ｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、１，４−ブタンジオールジアセテート、１，３−ブチレングリコールジアセテート、１，６−ヘキサンジオールジアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のグリコール系溶媒；パーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、２−（ペンタフルオロエチル）ヘキサン、３−（ペンタフルオロエチル）ヘプタン等のフッ素化溶媒等が挙げられる。 When the polymer insulating material is dissolved, the solvent used for dissolution is not particularly limited, and examples thereof include aliphatic hydrocarbon solvents having 6 to 14 carbon atoms such as hexane, heptane, octane, decane, dodecane, and tetradecane; Ether solvents such as ethanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, 1-octanol, 2-ethylhexanol, tetrahydrofurfuryl alcohol; acetone, methyl ethyl ketone, diethyl Ketone solvents such as ketone, diisopropyl ketone, acetophenone; ethyl acetate, γ-butyrolactone, cyclohexanol acetate, 3-methoxybutyl acetate, tetrahydrofurfuryl acetate, tetrahydrofurfuryl propylene Ester solvents such as nates; amide solvents such as DMF and NMP; dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diacetate, dipropylene glycol methyl-n-propyl ether, dipropylene glycol methyl ether acetate, 1,4-butanediol Diacetate, 1,3-butylene glycol diacetate, 1,6-hexanediol diacetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate, etc. Glycol solvents of: perfluorohexane, perfluorooctane, 2- (pe Fluorinated solvents such as ntafluoroethyl) hexane and 3- (pentafluoroethyl) heptane.
該ポリマー絶縁材料の濃度は、例えば、２０〜４０℃の温度において０．１０〜１０．０重量％である。当該濃度において得られる絶縁層の膜厚に特に制限はなく、絶縁性の観点から、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは１５０ｎｍ〜９００ｎｍである。 The concentration of the polymer insulating material is, for example, 0.10 to 10.0% by weight at a temperature of 20 to 40 ° C. There is no restriction | limiting in particular in the film thickness of the insulating layer obtained in the said density | concentration, From an insulating viewpoint, Preferably it is 100 nm-1 micrometer, More preferably, it is 150 nm-900 nm.
なお、パリレンＣ等のパリレン類のポリマー絶縁層は、ジパラキシリレン類をラボコータにて、基板上に真空蒸着することで形成することができる。 In addition, the polymer insulating layer of parylenes such as parylene C can be formed by vacuum-depositing diparaxylylene on a substrate with a lab coater.
本発明に係るゲート絶縁層の表面は、例えば、オクタデシルトリクロロシラン、デシルトリクロロシラン、デシルトリメトキシシラン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、β−フェネチルトリクロロシラン、β−フェネチルトリメトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン等のシラン類；オクタデシルホスホン酸、デシルホスホン酸、オクチルホスホン酸等のホスホン酸類；ヘキサメチルジシラザン等のシリルアミン類で修飾処理したものであっても使用することができる。一般的にゲート絶縁層の表面処理を行うことにより、有機半導体材料の結晶粒径の増大及び分子配向の向上のため、キャリア移動度、電流オン・オフ比の向上、及び閾値電圧の低下という好ましい結果が得られる。 The surface of the gate insulating layer according to the present invention includes, for example, octadecyltrichlorosilane, decyltrichlorosilane, decyltrimethoxysilane, octyltrichlorosilane, octadecyltrimethoxysilane, β-phenethyltrichlorosilane, β-phenethyltrimethoxysilane, phenyltri Silanes such as chlorosilane and phenyltrimethoxysilane; phosphonic acids such as octadecylphosphonic acid, decylphosphonic acid and octylphosphonic acid; and those modified with silylamines such as hexamethyldisilazane can also be used. In general, the surface treatment of the gate insulating layer is preferable in order to increase the crystal grain size and molecular orientation of the organic semiconductor material, and to improve carrier mobility, current on / off ratio, and threshold voltage. Results are obtained.
本発明の有機薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極の材料としては特に制限がなく、ゲート電極と同様の材料を用いることができ、ゲート電極の材料と同じであっても異なっていてもよく、異種材料を積層してもよい。また、キャリアの注入効率を上げるために、これらの電極材料に表面処理を実施することもできる。表面処理に用いる表明処理剤としては、例えば、ベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、４−フルオロベンゼンチオール、４−メトキシベンゼンチオール等を挙げることができる。 The material of the source electrode and the drain electrode of the organic thin film transistor of the present invention is not particularly limited, and the same material as the gate electrode can be used, which may be the same as or different from the material of the gate electrode. May be laminated. In order to increase the carrier injection efficiency, surface treatment can be performed on these electrode materials. Examples of the manifestation treatment agent used for the surface treatment include benzenethiol, pentafluorobenzenethiol, 4-fluorobenzenethiol, 4-methoxybenzenethiol, and the like.
本発明の有機薄膜トランジスタは、速い動作性のため、キャリア移動度が、０．２０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上であることが好ましい。また、高いスイッチ特性のため、電流オン・オフ比が、１．０×１０６以上であることが好ましい。 The organic thin film transistor of the present invention preferably has a carrier mobility of 0.20 cm 2 / V · sec or more for fast operation. In addition, the current on / off ratio is preferably 1.0 × 10 6 or more for high switching characteristics.
本発明の有機薄膜トランジスタは、高耐熱性のため、１３０℃で１５分間アニール処理した後にキャリア移動度及び電流オン・オフ比が低下しないことが好ましい。 Since the organic thin film transistor of the present invention has high heat resistance, it is preferable that the carrier mobility and the current on / off ratio do not decrease after annealing at 130 ° C. for 15 minutes.
本発明の有機薄膜トランジスタは、電子ペーパー、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＩＣタグ（ＲＦＩＤタグ）、圧力センサー、バイオセンサー等のトランジスタの有機半導体層用途；有機ＥＬディスプレイ材料；有機半導体レーザー材料；有機薄膜太陽電池材料；フォトニック結晶材料等の電子材料に利用することができ、一般式（１）で示されるヘテロアセン誘導体が結晶性の薄膜となるため、有機薄膜トランジスタの半導体層用途として用いられることが好ましい。 The organic thin film transistor of the present invention is used for organic semiconductor layers of transistors such as electronic paper, organic EL display, liquid crystal display, IC tag (RFID tag), pressure sensor, biosensor, etc .; organic EL display material; organic semiconductor laser material; It can be used for solar cell materials; electronic materials such as photonic crystal materials, and the heteroacene derivative represented by the general formula (1) is a crystalline thin film. Therefore, it is preferably used as a semiconductor layer for organic thin film transistors. .
本発明の新規なアルキニル基を有するヘテロアセン誘導体は、高いキャリア移動度を与えると共に高耐熱性及び高溶解性を持っている。従って、塗布で優れた半導体特性を発現する有機薄膜トランジスタを提供することが可能となり、その効果は極めて高いものである。 The heteroacene derivative having a novel alkynyl group of the present invention provides high carrier mobility and high heat resistance and high solubility. Therefore, it is possible to provide an organic thin film transistor that exhibits excellent semiconductor characteristics by coating, and the effect is extremely high.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
生成物の同定には１Ｈ−ＮＭＲスペクトル及び液体クロマトグラフィー−マススペクトル（ＬＣＭＳ）分析を用いた。 1 H-NMR spectrum and liquid chromatography-mass spectrum (LCMS) analysis were used to identify the product.
＜１Ｈ−ＮＭＲスペクトル分析＞
装置；日本電子製、（商品名）Ｄｅｌｔａ Ｖ５（４００ＭＨｚ）
測定温度；２３℃（温度指定がない場合）
＜液体クロマトグラフィー−マススペクトル（ＬＣＭＳ）分析＞
装置；ブルカー・ダルトニクス、（商品名）ｍｉｃｒｏＴＯＦ ｆｏｃｕｓ
ＭＳイオン化；大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法
ＬＣ条件；下記液体クロマトグラフィー（ＬＣ）分析の項目にて記載の条件
反応の進行の確認等は薄層クロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）分析を用いた。ヘテロアセン誘導体の純度測定についても液体クロマトグラフィー分析を用いた実施した。
<1 H-NMR spectrum analysis>
Device: JEOL Ltd. (trade name) Delta V5 (400 MHz)
Measurement temperature: 23 ° C (when no temperature is specified)
<Liquid chromatography-mass spectrum (LCMS) analysis>
Equipment: Bruker Daltonics, (trade name) microTOF focus
MS ionization; Atmospheric pressure chemical ionization (APCI) method LC conditions; Conditions described in the following liquid chromatography (LC) analysis items: Thin layer chromatography and liquid chromatography (LC) analysis are used for confirmation of reaction progress, etc. It was. The purity of the heteroacene derivative was also measured using liquid chromatography analysis.
＜薄層クロマトグラフィー分析＞
メルク社の薄層クロマトグラフィー用ＰＬＣシリカゲル６０Ｆ２５４ ０．５ｍｍを使用し、展開溶媒として、ヘキサン又は／及びトルエンを用いた。
<Thin layer chromatography analysis>
Merck PLC silica gel 60F254 0.5 mm for thin layer chromatography was used, and hexane and / or toluene was used as a developing solvent.
＜液体クロマトグラフィー（ＬＣ）分析＞
装置；東ソー製（コントローラー；ＰＸ−８０２０、ポンプ；ＣＣＰＭ−ＩＩ、デガッサー；ＳＤ−８０２２）
カラム；東ソー製、（商品名）ＯＤＳ−１００Ｖ、５μｍ、４．６ｍｍ×２５０ｍｍ
カラム温度；３３℃
溶離液；ジクロロメタン：アセトニトリル＝２：８（容積比）
流量；１．０ｍｌ／分
検出器；ＵＶ（東ソー製、（商品名）ＵＶ−８０２０、波長；２５４ｎｍ）
ヘテロアセン誘導体の融点測定はＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いた。
<Liquid chromatography (LC) analysis>
Device: manufactured by Tosoh (controller; PX-8020, pump; CCPM-II, degasser; SD-8022)
Column: manufactured by Tosoh (trade name) ODS-100V, 5 μm, 4.6 mm × 250 mm
Column temperature: 33 ° C
Eluent: dichloromethane: acetonitrile = 2: 8 (volume ratio)
Flow rate: 1.0 ml / min detector; UV (manufactured by Tosoh, (trade name) UV-8020, wavelength: 254 nm)
DSC (differential scanning calorimeter) was used for the melting point measurement of the heteroacene derivative.
＜ＤＳＣ測定＞
装置；エスアイアイナノテクノロジー社製、型式；ＤＳＣ６２２０
昇降温速度；１０℃／ｍｉｎ
走査範囲；３０℃〜２５０℃
合成例１（２，７−ジブロモジチエノベンゾジチオフェンの合成）（Ａ工程）
窒素雰囲気下、５００ｍｌシュレンク反応容器に、特開２０１２−１８８４００号公報に記載の方法で合成した無置換ジチエノベンゾジチオフェン６２９ｍｇ（２．０８ｍｍｏｌ）及びＴＨＦ（脱水グレード）３００ｍｌを添加した。ここへ、室温下、ＮＢＳ（和光純薬工業）１．１０ｇ（６．１９ｍｍｏｌ）及びＤＭＦ３０ｍｌを投入した。２５℃で３０時間攪拌後、得られた懸濁反応混合物に水１５０ｍｌを添加した。得られた懸濁物を濾過し、固形物を水５０ｍｌ、メタノール３０ｍｌ、トルエン２０ｍｌ、及びヘキサン１０ｍｌの順に洗浄した。固形物を減圧乾燥し、２，７−ジブロモジチエノベンゾジチオフェンの肌色固体７２０ｍｇを得た（収率７５％）。
<DSC measurement>
Device; manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd .; Model: DSC6220
Temperature increase / decrease rate: 10 ° C / min
Scanning range: 30 ° C to 250 ° C
Synthesis Example 1 (Synthesis of 2,7-dibromodithienobenzodithiophene) (Step A)
Under a nitrogen atmosphere, 629 mg (2.08 mmol) of unsubstituted dithienobenzodithiophene synthesized by the method described in JP 2012-188400 A and 300 ml of THF (dehydrated grade) were added to a 500 ml Schlenk reaction vessel. Here, 1.10 g (6.19 mmol) of NBS (Wako Pure Chemical Industries) and 30 ml of DMF were added at room temperature. After stirring at 25 ° C. for 30 hours, 150 ml of water was added to the resulting suspension reaction mixture. The obtained suspension was filtered, and the solid was washed with 50 ml of water, 30 ml of methanol, 20 ml of toluene, and 10 ml of hexane in this order. The solid was dried under reduced pressure to obtain 720 mg of a skin-colored solid of 2,7-dibromodithienobenzodithiophene (yield 75%).
ＭＳ ｍ／ｚ： ４６１（Ｍ＋＋１）。 MS m / z: 461 (M ++ 1).
実施例１ （２，７−ジオクチニルジチエノベンゾジチオフェン（化合物１）の合成）（Ｂ工程）
窒素雰囲気下、１００ｍｌシュレンク反応容器に、合成例１で合成した２，７−ジブロモジチエノベンゾジチオフェン１７６ｍｇ（０．３８２ｍｍｏｌ）、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（和光純薬工業）３６．４ｍｇ（０．０５１７ｍｍｏｌ）、ヨウ化銅（Ｉ）（和光純薬工業）２２．２ｍｇ（０．１１６ｍｍｏｌ）、トルエン２ｍｌ、及びトリエチルアミン４ｍｌを添加した。さらに１−オクチン（和光純薬工業）３５６ｍｇ（３．２３ｍｍｏｌ）を添加した。この混合物を６０℃で５０時間反応を実施した。得られた反応混合物を室温まで冷却し、トルエン及び水を添加した。分相後、有機相を水で２回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。有機相を減圧濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した（溶媒；ヘキサンのみからヘキサン：トルエン＝１０：１）。さらにトルエンから２回再結晶精製し、２，７−ジオクチニルジチエノベンゾジチオフェンの黄色固体９７ｍｇを得た（収率４９％）。ＬＣ分析より純度は９９．３％であった。
Example 1 (Synthesis of 2,7-dioctynyldithienobenzodithiophene (Compound 1)) (Step B)
Under a nitrogen atmosphere, in a 100 ml Schlenk reaction vessel, 176 mg (0.382 mmol) of 2,7-dibromodithienobenzodithiophene synthesized in Synthesis Example 1, 36.4 mg of dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.0517 mmol), copper iodide (I) (Wako Pure Chemical Industries) 22.2 mg (0.116 mmol),
融点：１９１℃
ＭＳ ｍ／ｚ： ５１９（Ｍ＋＋１）。
Melting point: 191 ° C
MS m / z: 519 (M ++ 1).
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝８．２２（ｓ，２Ｈ），７．３１（ｓ，２Ｈ），２．４９（ｔ，Ｊ＝７．６Ｈｚ，４Ｈ），１．６５（ｍ，４Ｈ），１．４９（ｍ，４Ｈ），１．３５（ｍ，８Ｈ），０．９３（ｔ，Ｊ＝６．８Ｈｚ，６Ｈ）。 1 H-NMR (CDCl 3 ): δ = 8.22 (s, 2H), 7.31 (s, 2H), 2.49 (t, J = 7.6 Hz, 4H), 1.65 (m, 4H), 1.49 (m, 4H), 1.35 (m, 8H), 0.93 (t, J = 6.8 Hz, 6H).
実施例２ （有機半導体層形成用溶液の作製）
空気下、１０ｍｌサンプル管に、実施例１で合成した２，７−ジオクチニルジチエノベンゾジチオフェン１．７４ｍｇ及びトルエン（和光純薬工業、ピュアーグレード）４３４ｍｇを添加し、５０℃に加熱溶解後、室温下（２５℃）に放冷し、有機半導体層形成用溶液を調製した。２５℃で１０時間後も溶液状態を維持しており（濃度は０．４０重量％）、ドロップキャスト及びインクジェットによる製膜に適した化合物であることを確認した。
Example 2 (Preparation of a solution for forming an organic semiconductor layer)
1.74 mg of 2,7-dioctynyldithienobenzodithiophene synthesized in Example 1 and 434 mg of toluene (Wako Pure Chemical Industries, Pure Grade) were added to a 10 ml sample tube under air and dissolved at 50 ° C. by heating. Then, it stood to cool at room temperature (25 degreeC), and prepared the solution for organic-semiconductor layer formation. The solution state was maintained even after 10 hours at 25 ° C. (concentration was 0.40 wt%), and it was confirmed that the compound was suitable for film formation by drop casting and inkjet.
実施例３ （有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製）
（ゲート電極の形成）
３ｃｍ画のガラス基板上に、アルミニウムを真空蒸着することで厚み５０ｎｍのゲート電極を形成した。
Example 3 (Production of Organic Semiconductor Layer and Organic Thin Film Transistor)
(Formation of gate electrode)
A gate electrode having a thickness of 50 nm was formed on a 3 cm glass substrate by vacuum evaporation of aluminum.
（ゲート絶縁膜の形成）
ジクロロジパラキシリレン（商品名：ｄｉｘ−Ｃ））（第三化成社製）０．９ｇをラボコータ（日本パリレン社製、ＰＤＳ２０１０）にて、上述のゲート電極を形成した基板上に真空蒸着することで膜厚５５０ｎｍのポリ（クロロパラキシリレン）のゲート絶縁膜を形成した。
(Formation of gate insulating film)
0.9 g of dichlorodiparaxylylene (trade name: dix-C) (manufactured by Daisan Kasei Co., Ltd.) is vacuum-deposited on a substrate on which the above gate electrode is formed, using a lab coater (manufactured by Japan Parylene Co., PDS2010). A gate insulating film of poly (chloroparaxylylene) having a thickness of 550 nm was formed.
（有機半導体層の作製）
上述のゲート絶縁膜を形成した基板上に、実施例２で作製した有機半導体層形成用溶液をシリンジに充填し、０．２μｍのフィルターを通した溶液を、空気下、ドロップキャストした。室温下（２５℃）で自然乾燥し、膜厚７６ｎｍのヘテロアセン誘導体（化合物１）の薄膜を形成させた。
(Production of organic semiconductor layer)
On the substrate on which the gate insulating film was formed, the organic semiconductor layer forming solution prepared in Example 2 was filled in a syringe, and the solution passed through a 0.2 μm filter was drop-cast in the air. The film was naturally dried at room temperature (25 ° C.) to form a thin film of heteroacene derivative (compound 1) having a thickness of 76 nm.
（ソース・ドレイン電極の形成及び有機薄膜トランジスタの作製）
上述の有機半導体層上にチャネル長１００μｍ、チャネル幅５００μｍのシャドウマスクを置き、金を真空蒸着することでソース及びドレイン電極を形成することで、ボトムゲート−トップコンタクト型のｐ型有機薄膜トランジスタを作製した。
(Formation of source / drain electrodes and fabrication of organic thin-film transistors)
A shadow mask with a channel length of 100 μm and a channel width of 500 μm is placed on the organic semiconductor layer described above, and a source and drain electrodes are formed by vacuum deposition of gold, thereby producing a bottom gate-top contact type p-type organic thin film transistor. did.
作製した有機薄膜トランジスタの電気物性を半導体パラメーターアナライザー（ケースレー４２００ＳＣＳ）を用いて、ドレイン電圧（Ｖｄ＝−７０Ｖ）で、ゲート電圧（Ｖｇ）を＋５〜−７０Ｖまで１Ｖ刻みで走査し、伝達特性の評価を行った。正孔のキャリア移動度は０．２１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流オン・オフ比は１．８×１０６であった。 Using the semiconductor parameter analyzer (Keutley 4200SCS), the electrical properties of the fabricated organic thin film transistor are scanned with a drain voltage (Vd = −70 V) and a gate voltage (Vg) from +5 to −70 V in increments of 1 V to evaluate transfer characteristics. Went. The hole carrier mobility was 0.21 cm 2 / V · sec, and the current on / off ratio was 1.8 × 10 6 .
また、この有機薄膜トランジスタを１３０℃で１５分間アニール処理した後の電気物性を測定した。正孔のキャリア移動度は０．２０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流オン・オフ比は１．９×１０６であり、熱処理による性能の低下はほとんど見られなかった。 In addition, the electrical properties of the organic thin film transistor after annealing at 130 ° C. for 15 minutes were measured. The hole carrier mobility was 0.20 cm 2 / V · sec, the current on / off ratio was 1.9 × 10 6 , and almost no deterioration in performance due to heat treatment was observed.
実施例４ （２，７−ジデシニルジチエノベンゾジチオフェン（化合物２）の合成）（Ｂ工程）
実施例１で、１−オクチンの代わりに１−デシン（和光純薬工業）を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、２，７−ジデシニルジチエノベンゾジチオフェン（化合物２）を合成した。
Example 4 (Synthesis of 2,7-didecynyldithienobenzodithiophene (Compound 2)) (Step B)
In Example 1, 2,7-didecynyldithienobenzodithiophene (Compound 2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1-decyne (Wako Pure Chemical Industries) was used instead of 1-octyne. Was synthesized.
融点：１８０℃
ＭＳ ｍ／ｚ： ５７５（Ｍ＋＋１）。
Melting point: 180 ° C
MS m / z: 575 (M ++ 1).
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：δ＝８．２１（ｓ，２Ｈ），７．３０（ｓ，２Ｈ），２．４８（ｔ，Ｊ＝７．３Ｈｚ，４Ｈ），１．６５（ｍ，４Ｈ），１．４９（ｍ，４Ｈ），１．３４（ｍ，１２Ｈ），０．９３（ｔ，Ｊ＝６．８Ｈｚ，６Ｈ）。 1 H-NMR (CDCl 3 ): δ = 8.21 (s, 2H), 7.30 (s, 2H), 2.48 (t, J = 7.3 Hz, 4H), 1.65 (m, 4H), 1.49 (m, 4H), 1.34 (m, 12H), 0.93 (t, J = 6.8 Hz, 6H).
実施例５ （有機半導体層形成用溶液の作製）
空気下、１０ｍｌサンプル管に、実施例４で合成した２，７−ジデシニルジチエノベンゾジチオフェン１．７５ｍｇ及びトルエン（和光純薬工業、ピュアーグレード）４３４ｍｇを添加し、５０℃に加熱溶解後、室温下（２５℃）に放冷し、有機半導体層形成用溶液を調製した。２５℃で１０時間後も溶液状態を維持しており（濃度は０．４０重量％）、ドロップキャスト及びインクジェットによる製膜に適した化合物であることを確認した。
Example 5 (Preparation of a solution for forming an organic semiconductor layer)
Under air, 1.75 mg of 2,7-didecynyldithienobenzodithiophene synthesized in Example 4 and 434 mg of toluene (Wako Pure Chemical Industries, Pure Grade) were added to a 10 ml sample tube, and heated and dissolved at 50 ° C. The mixture was allowed to cool to room temperature (25 ° C.) to prepare an organic semiconductor layer forming solution. The solution state was maintained even after 10 hours at 25 ° C. (concentration was 0.40 wt%), and it was confirmed that the compound was suitable for film formation by drop casting and inkjet.
実施例６ （有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製）
実施例３で、実施例２で作製した有機半導体層形成用溶液の代わりに実施例５で作製した２，７−ジデシニルジチエノベンゾジチオフェンを含む有機半導体層形成用溶液を用いた以外は、実施例３と同様の方法によりｐ型有機薄膜トランジスタを作製し、電気物性を評価した。
Example 6 (Production of Organic Semiconductor Layer and Organic Thin Film Transistor)
In Example 3, an organic semiconductor layer forming solution containing 2,7-didecynyldithienobenzodithiophene prepared in Example 5 was used instead of the organic semiconductor layer forming solution prepared in Example 2. A p-type organic thin film transistor was produced by the same method as in Example 3, and the electrical properties were evaluated.
正孔のキャリア移動度は０．２８ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流オン・オフ比は１．９×１０６であった。 The hole carrier mobility was 0.28 cm 2 / V · sec, and the current on / off ratio was 1.9 × 10 6 .
また、この有機薄膜トランジスタを１３０℃で１５分間アニール処理した後の正孔のキャリア移動度は０．２６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流オン・オフ比は１．８×１０６であり、熱処理による性能の低下はほとんど見られなかった。
Further, after this organic thin film transistor was annealed at 130 ° C. for 15 minutes, the hole carrier mobility was 0.26 cm 2 / V · sec, and the current on / off ratio was 1.8 × 10 6. There was almost no drop in the.
比較例１
（２，７−ジ（フェニルエチニル）ジチエノベンゾジチオフェンの合成）
特開２０１３−３５８１４号公報に記載の方法を用いて、２，７−ジ（フェニルエチニル）ジチエノベンゾジチオフェンを合成した。構造を下記に示した。
Comparative Example 1
(Synthesis of 2,7-di (phenylethynyl) dithienobenzodithiophene)
2,7-di (phenylethynyl) dithienobenzodithiophene was synthesized using the method described in JP2013-35814A. The structure is shown below.
（有機半導体層形成用溶液の作製）
合成した２，７−ジ（フェニルエチニル）ジチエノベンゾジチオフェン１．７２ｍｇ及びトルエン（和光純薬工業、ピュアーグレード）４３４ｍｇを添加し、５０℃に加熱したが（溶解した場合の濃度は０．３９重量％）、大部分が溶解せずに残り、ドロップキャスト及びインクジェットによる製膜に適していない化合物であった。
(Preparation of organic semiconductor layer forming solution)
1.72 mg of synthesized 2,7-di (phenylethynyl) dithienobenzodithiophene and 434 mg of toluene (Wako Pure Chemical Industries, Pure Grade) were added and heated to 50 ° C. (the concentration when dissolved was 0. 39% by weight), most of the compound remained undissolved and was not suitable for film formation by drop casting or ink jet.
比較例２
（有機半導体層形成用溶液の作製）
空気下、１０ｍｌサンプル管に、２，７−ジオクチルベンゾチエノベンゾチオフェン（シグマ−アルドリッチ）を用い、実施例２と同様の方法により、有機半導体層形成用溶液を調製した。２５℃で１０時間後も溶液状態を維持しており（０．４０重量％）、ドロップキャスト及びインクジェットによる製膜に適した化合物であることを確認した。
Comparative Example 2
(Preparation of organic semiconductor layer forming solution)
In the air, a solution for forming an organic semiconductor layer was prepared in the same manner as in Example 2 using 2,7-dioctylbenzothienobenzothiophene (Sigma-Aldrich) in a 10 ml sample tube. The solution state was maintained even after 10 hours at 25 ° C. (0.40 wt%), and it was confirmed that the compound was suitable for film formation by drop casting and ink jet.
（有機半導体層及び有機薄膜トランジスタの作製）
該有機半導体層形成用溶液を用い、実施例３と同様の方法により、膜厚８０ｎｍの２，７−ジオクチルベンゾチエノベンゾチオフェンの薄膜を作製し、ボトムゲート−トップコンタクト型のｐ型有機薄膜トランジスタを作製した。
(Production of organic semiconductor layer and organic thin film transistor)
A thin film of 2,7-dioctylbenzothienobenzothiophene having a film thickness of 80 nm is prepared by using the organic semiconductor layer forming solution in the same manner as in Example 3, and a bottom gate-top contact type p-type organic thin film transistor is manufactured. Produced.
該トランジスタ素子の伝達特性の評価を行った結果、正孔のキャリア移動度は０．０１６ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、電流オン・オフ比は３．０×１０５であった。 As a result of evaluating the transfer characteristics of the transistor element, the hole carrier mobility was 0.016 cm 2 / V · sec, and the current on / off ratio was 3.0 × 10 5 .
さらにこの有機薄膜トランジスタを１３０℃で１５分間アニール処理した後の電気物性を測定した。その結果、トランジスタ動作は得られず、熱処理による著しい性能の低下が見られた。顕微鏡観察から有機半導体層が加熱により破壊されていることが確認された。 Furthermore, the electrical properties of the organic thin film transistor after annealing at 130 ° C. for 15 minutes were measured. As a result, transistor operation was not obtained, and a significant performance degradation was observed due to heat treatment. Microscopic observation confirmed that the organic semiconductor layer was destroyed by heating.
本発明の有機薄膜トランジスタは、高いキャリア移動度を与えると共に、耐熱性及び溶解性に優れることから有機薄膜トランジスタに代表される半導体デバイス材料としての適用が期待できる。 The organic thin film transistor of the present invention is expected to be applied as a semiconductor device material typified by an organic thin film transistor because it provides high carrier mobility and is excellent in heat resistance and solubility.
（Ａ）：ボトムゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
（Ｂ）：ボトムゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
（Ｃ）：トップゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタ
（Ｄ）：トップゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタ
１：有機半導体層
２：基板
３：ゲート電極
４：ゲート絶縁層
５：ソース電極
６：ドレイン電極
(A): Bottom gate-top contact type organic thin film transistor (B): Bottom gate-bottom contact type organic thin film transistor (C): Top gate-top contact type organic thin film transistor (D): Top gate-bottom contact type organic thin film transistor 1: Organic semiconductor layer 2: Substrate 3: Gate electrode 4: Gate insulating layer 5: Source electrode 6: Drain electrode
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