JP4752269B2 - Porphyrin compound and method for producing the same, organic semiconductor film, and semiconductor device - Google Patents

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本発明は、ポルフィリン化合物及びその製造方法、有機半導体膜及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a porphyrin compound and a manufacturing method thereof, an organic semiconductor film and a manufacturing method thereof, and a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

現在、トランジスタやダイオードなどの様々な半導体デバイスは、主にシリコンなどの無機半導体材料によって形成されている。その製造方法はフォトリソグラフィとエッチングによる半導体層のパターニングを基本としており、高価な装置と多数の工程を必要とするので、生産コストが高い。また、高温での熱処理が必要であることから、基板などの材料が制約される。   Currently, various semiconductor devices such as transistors and diodes are mainly formed of inorganic semiconductor materials such as silicon. The manufacturing method is based on patterning of a semiconductor layer by photolithography and etching, and requires an expensive apparatus and a large number of processes, so that the production cost is high. In addition, since heat treatment at a high temperature is necessary, materials such as a substrate are limited.

それに対し、有機半導体デバイスは、塗布法や浸漬法などの簡易なプロセスで製造でき、無機半導体デバイスに比べて低コストで大面積のデバイスが作製可能である。また、プラスチック基板などの、軟らかくて曲げやすく、フレキシブルであるが耐熱性のない基板にも形成でき、機械的衝撃に対しても安定である。   On the other hand, an organic semiconductor device can be manufactured by a simple process such as a coating method or a dipping method, and a large-area device can be manufactured at a lower cost than an inorganic semiconductor device. Further, it can be formed on a soft substrate that is soft and easy to bend, is flexible but does not have heat resistance, and is stable against mechanical shock.

そこで、近年、表示装置のアクティブマトリックス回路に用いられる薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、TFTと略記する。)などを想定して、トランジスタのチャネル層をシリコン層から有機半導体層に置き換えようとする、有機半導体材料を用いた有機電界効果トランジスタの開発研究が活発に行われている。   Therefore, in recent years, assuming a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) used in an active matrix circuit of a display device, an attempt is made to replace the channel layer of the transistor from a silicon layer to an organic semiconductor layer. Research and development of organic field effect transistors using organic semiconductor materials has been actively conducted.

有機チャネル材料としては、ペンタセン(S.Nelsonら, Appl. Phys. Lett., (1998), 72, 1854-1856)、オリゴチオフェン((a)G.Horowitzら, Solid State Commun., (1989), 72, 381-384、(b)F.Garnier, Pure Appl. Chem., (1996), 68, 1455-1462、(c)H.E.Katz, J. Mater. Chem., (1997), 7, 369-379)など、低分子量で、蒸着によって半導体層を形成する材料や、レジオレギュラーポリチオフェンなど、高分子量で、溶液の塗布によって半導体層を形成する材料((a)Z.Baoら, Appl. Phys. Lett., (1996), 69, 4108-4110、(b)Z.Baoら, Chem. Mater., (1997), 9, 1299-1301、B.S.Ongら, J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 3378-3379)を用いた研究が主流となっている。   Organic channel materials include pentacene (S. Nelson et al., Appl. Phys. Lett., (1998), 72, 1854-1856), oligothiophene ((a) G. Horowitz et al., Solid State Commun., (1989). , 72, 381-384, (b) F. Garnier, Pure Appl. Chem., (1996), 68, 1455-1462, (c) HEKatz, J. Mater. Chem., (1997), 7, 369 -379) and other materials that form a semiconductor layer by vapor deposition, and regioregular polythiophene, such as high molecular weight materials that form a semiconductor layer by application of a solution ((a) Z. Bao et al., Appl. Phys Lett., (1996), 69, 4108-4110, (b) Z. Bao et al., Chem. Mater., (1997), 9, 1299-1301, BSOng et al., J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 3378-3379) are the mainstream.

また、オリゴチオフェン、ペンタセン、ポルフィリンなどの前駆体を塗布により成膜する研究も注目を浴びている(A.R.Murphyら, J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 1596-1597、(a)P.T.Herwigら, Adv. Mater., (1999), 11, 480-483、(b)A.Afzaliら, J. Am. Chem. Soc., (2002), 124, 8812-8813、S.Aramakiら, Appl. Phys. Lett., (2004), 84,2085-2087、(a)G.Horowitzら, Adv. Mater., (1998), 10, 365-377、(b)H.E.Katz, Acc. Chem. Res., (2001), 34, 359-369、(c)C.D.Dimitrakopoulosら, Adv. Mater., (2002), 14, 99-117)。   In addition, research for forming a film by coating a precursor such as oligothiophene, pentacene, porphyrin has attracted attention (ARMurphy et al., J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 1596-1597, ( a) PTHerwig et al., Adv. Mater., (1999), 11, 480-483, (b) A. Afzali et al., J. Am. Chem. Soc., (2002), 124, 8812-8813, S. Aramaki et al., Appl. Phys. Lett., (2004), 84,2085-2087, (a) G. Horowitz et al., Adv. Mater., (1998), 10, 365-377, (b) HEKatz, Acc Chem. Res., (2001), 34, 359-369, (c) CDDimitrakopoulos et al., Adv. Mater., (2002), 14, 99-117).

また、後述の特許文献1のように、それぞれがトランジスタのチャンネル材料として応用されているポルフィリンとオリゴチオフェンTを1つの分子に組み込み、ポルフィリン環とオリゴチオフェン鎖とを有する複合体分子を用いた有機電界効果トランジスタなども試作されている。   In addition, as described in Patent Document 1 described later, an organic material using a complex molecule having a porphyrin ring and an oligothiophene chain in which porphyrin and oligothiophene T, each of which is applied as a channel material of a transistor, is incorporated into one molecule. Field effect transistors and the like have also been prototyped.

特開2004−6758号公報(第5−14、17及び18頁、図1)JP 2004-6758 A (Pages 5-14, 17 and 18; FIG. 1)

しかしながら、有機半導体材料では、TFTの特性指標であるキャリア移動度は、典型的な値として10-3〜1cm2/Vsが得られているにすぎない(C.D.Dimitrakopoulosら, Adv. Mater., (2002), 14, 99-117)。この値は、アモルファスシリコンの移動度である数cm2/Vsや多結晶シリコンの移動度である約100cm2/Vsに比べて低く、ディスプレイ用TFTで要求される移動度1〜3cm2/Vsに達していない。このため、移動度を改善することが有機半導体材料開発の大きな課題となっている。 However, in organic semiconductor materials, carrier mobility, which is a characteristic index of TFT, is only 10 −3 to 1 cm 2 / Vs as a typical value (CDDimitrakopoulos et al., Adv. Mater., (2002). ), 14, 99-117). This value is lower than the mobility of amorphous silicon of several cm 2 / Vs and the mobility of polycrystalline silicon of about 100 cm 2 / Vs, and the mobility required for display TFTs is 1 to 3 cm 2 / Vs. Not reached. For this reason, improving the mobility is a major issue in the development of organic semiconductor materials.

有機半導体材料の移動度は、分子内の電荷移動および分子間の電荷移動によって決定される。分子内の電荷移動は、π電子が非局在化して共役π電子系を形成することによって可能となる。分子間の電荷移動は、分子間の結合、π−π相互作用による分子軌道の重なりによる伝導、または分子間のトラップ準位を介してのホッピング伝導によって行われる。   The mobility of organic semiconductor materials is determined by intramolecular charge transfer and intermolecular charge transfer. Intramolecular charge transfer is made possible by the delocalization of π electrons to form a conjugated π electron system. Charge transfer between molecules is performed by intermolecular coupling, conduction due to overlapping of molecular orbitals due to π-π interaction, or hopping conduction through trap levels between molecules.

この場合、分子内での移動度をμ-intra、分子間の結合による移動度をμ-inter、分子間のホッピング伝導の移動度をμ-hopとすると、
μ-intra ≫ μ-inter > μ-hop
の関係があり、有機半導体材料では、遅い分子間の電荷移動が全体としての移動度を制限しているため、電荷の移動度が小さくなっている。
In this case, the mobility in the molecule is μ-intra, the mobility due to the bond between molecules is μ-inter, and the mobility of hopping conduction between molecules is μ-hop.
μ-intra ≫ μ-inter > μ-hop
In the organic semiconductor material, since the charge transfer between slow molecules restricts the mobility as a whole, the mobility of charges is small.

従って、有機半導体材料の高いキャリア移動度を実現するには、共役π電子系を有する分子同士をどのように配置してパッキングするかということが最も重要になる。   Therefore, in order to realize high carrier mobility of the organic semiconductor material, it is most important how to arrange and pack molecules having a conjugated π electron system.

一方、作製工程の簡易化という観点からは、有機半導体材料を適当な溶媒に溶解させ、この溶液を塗布したり印刷したりすることによって有機半導体層を形成するデバイス作製方法が望ましく、これを可能とする有機半導体材料の開発が今後の重要な課題になっている。   On the other hand, from the viewpoint of simplifying the manufacturing process, it is desirable to have a device manufacturing method in which an organic semiconductor layer is formed by dissolving an organic semiconductor material in an appropriate solvent and applying or printing this solution. Development of organic semiconductor materials is an important issue for the future.

有機半導体材料の有機溶媒に対する溶解性を高め、溶液から半導体層を成膜する工程を容易とするため、アルキル基などの親油性基を有機半導体材料に導入することが知られている。しかし、スピンコーティング法などの溶液からの半導体層成膜プロセスを用いた場合に、溶解性向上のために導入された置換基が、良好な分子間キャリア移動を実現する分子同士の間の配列やパッキングを阻害する可能性がある(C.Videlotetら, Adv. Mater.. (2003), 15, 306-310)。実際、溶液から成膜された半導体層のキャリア移動度を、蒸着によって成膜された半導体層のキャリア移動度と比べると、キャリア移動度は十分の1から千分の1と小さく、トランジスタ特性が低い(W.Geensら, Synth. Met., (2001), 122, 191-194)。   In order to increase the solubility of an organic semiconductor material in an organic solvent and facilitate the process of forming a semiconductor layer from a solution, it is known to introduce an oleophilic group such as an alkyl group into the organic semiconductor material. However, when a semiconductor layer deposition process from a solution such as a spin coating method is used, the substituents introduced for improving the solubility are arranged between molecules that realize good intermolecular carrier transfer, It may inhibit packing (C. Videlotet et al., Adv. Mater .. (2003), 15, 306-310). In fact, when the carrier mobility of a semiconductor layer formed from a solution is compared with the carrier mobility of a semiconductor layer formed by vapor deposition, the carrier mobility is as small as 1 to 1 / 1,000, and transistor characteristics are low. Low (W. Geens et al., Synth. Met., (2001), 122, 191-194).

また、トランジスタのチャネルに用いられる有機半導体分子は、分子長軸が基板面にほぼ垂直に配列し(薄膜相)、基板に平行な方向に分子がスタッキングして積層して安定化した構造が形成された場合に、高いキャリア移動度が得られている。   In addition, the organic semiconductor molecules used in the transistor channels have a stable structure in which the molecular long axes are arranged almost perpendicular to the substrate surface (thin film phase), and the molecules are stacked and stacked in a direction parallel to the substrate. In this case, high carrier mobility is obtained.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、良好な分子間キャリア移動を実現する半導体膜を溶液から成膜することのできるポルフィリン化合物及びその製造方法、有機半導体膜及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is a porphyrin compound that can form a semiconductor film that realizes good intermolecular carrier transfer from a solution, a method for producing the same, an organic A semiconductor film and a manufacturing method thereof, and a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

即ち、本発明は、下記一般式[I]又は[II]で示されるポルフィリン化合物に係わるものである。
[但し、前記一般式[I]又は[II]において、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8は、互いに同一の若しくは異なる、炭素数が1〜10の、置換若しくは非置換のアルキル基であり、a、b、c、d、e及びfは、互いに同一の若しくは異なる1〜6の整数であり、Mは金属イオンである。]
That is, the present invention relates to a porphyrin compound represented by the following general formula [I] or [II].
[However, in the above general formula [I] or [II], R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are the same or different from each other and have 1 carbon atom. 10 or a substituted or unsubstituted alkyl group, a, b, c, d, e and f are the same or different integers of 1 to 6, and M is a metal ion. ]

また、前記ポルフィリン化合物の第1の製造方法であって、アルデヒドRBCHOとピロールとの縮合反応によって、下記一般式[III]で示されるアルキルジ(2−ピロリル)メタンを合成し、次に下記一般式[IV]で示されるオリゴチオフェンカルバルデヒドと前記アルキルジ(2−ピロリル)メタンとの縮合反応によって、下記一般式[V]で示される化合物を合成し、次にこの化合物を酸化してポルフィリン環を完成し、次にポルフィリン環に金属イオンM2+を導入して、一般式[I]で示されるポルフィリン化合物を合成する、ポルフィリン化合物の製造方法に係わるものである。
[但し、前記一般式[III]〜[V]において、RA及びRBは、互いに同一の若しくは異なる、炭素数が1〜10の、置換若しくは非置換のアルキル基であり、nは1〜6の整数である。]
Moreover, it is the 1st manufacturing method of the said porphyrin compound, Comprising: Alkyl di (2-pyrrolyl) methane shown by the following general formula [III] is synthesize | combined by condensation reaction of aldehyde R B CHO and pyrrole, A compound represented by the following general formula [V] is synthesized by a condensation reaction between the oligothiophenecarbaldehyde represented by the general formula [IV] and the alkyldi (2-pyrrolyl) methane, and then this compound is oxidized to produce porphyrin. The present invention relates to a method for producing a porphyrin compound, in which a ring is completed and then a metal ion M 2+ is introduced into the porphyrin ring to synthesize a porphyrin compound represented by the general formula [I].
[However, in the general formulas [III] to [V], R A and R B are the same or different, each having a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. It is an integer of 6. ]

また、前記ポルフィリン化合物の第2の製造方法であって、下記一般式[IV]で示されるオリゴチオフェンカルバルデヒドとピロールとの縮合反応によって、下記一般式[VI]で示される化合物を合成し、次にこの化合物を酸化してポルフィリン環を完成し、次にポルフィリン環に金属イオンM2+を導入して、一般式[II]で示されるポルフィリン化合物を合成する、ポルフィリン化合物の製造方法に係わるものである。
[但し、前記一般式[IV]及び[VI]において、RAは、炭素数が1〜10の置換若しくは非置換のアルキル基であり、nは1〜6の整数である。]
Further, in the second production method of the porphyrin compound, a compound represented by the following general formula [VI] is synthesized by a condensation reaction of oligothiophenecarbaldehyde represented by the following general formula [IV] and pyrrole, Next, the compound is oxidized to complete a porphyrin ring, and then a metal ion M 2+ is introduced into the porphyrin ring to synthesize a porphyrin compound represented by the general formula [II]. Is.
[However, in the said general formula [IV] and [VI], RA is a C1-C10 substituted or unsubstituted alkyl group, and n is an integer of 1-6. ]

また、前記ポルフィリン化合物の第3の製造方法であって、アルデヒドRBCHOとピロールとの縮合反応によって、下記一般式[III]で示されるアルキルジ(2−ピロリル)メタンを合成し、次に下記一般式[VII]で示されるオリゴチオフェンカルバルデヒドと前記アルキルジ(2−ピロリル)メタンとの縮合反応及びその後の酸化反応によって、下記一般式[VIII]で示されるポルフィリンコア化合物を合成する工程と、ポルフィリン環に金属イオンM2+を導入する反応、及び下記一般式[IX]で示される化合物とのカップリング反応によって、前記ポルフィリンコア化合物から一般式[I]で示されるポルフィリン化合物を合成する工程とを有する、ポルフィリン化合物の製造方法に係わるものである。
[但し、前記一般式[III]及び[VII]〜[IX]において、RA及びRBは、互いに同一の若しくは異なる、炭素数が1〜10の、置換若しくは非置換のアルキル基であり、Xはハロゲン原子であり、RDは置換若しくは非置換のアルキル基であり、iとjの和は2〜6の整数である。]
Further, in the third production method of the porphyrin compound, an alkyldi (2-pyrrolyl) methane represented by the following general formula [III] is synthesized by a condensation reaction of aldehyde R B CHO and pyrrole, and then A step of synthesizing a porphyrin core compound represented by the following general formula [VIII] by a condensation reaction of the oligothiophenecarbaldehyde represented by the general formula [VII] and the alkyldi (2-pyrrolyl) methane and a subsequent oxidation reaction; A step of synthesizing a porphyrin compound represented by the general formula [I] from the porphyrin core compound by a reaction for introducing a metal ion M 2+ into the porphyrin ring and a coupling reaction with a compound represented by the following general formula [IX]. The present invention relates to a method for producing a porphyrin compound.
[However, in the general formulas [III] and [VII] to [IX], R A and R B are the same or different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, X is a halogen atom, R D is a substituted or unsubstituted alkyl group, and the sum of i and j is an integer of 2-6. ]

また、前記ポルフィリン化合物からなる有機半導体膜に係わり、また、前記ポルフィリン化合物が極性溶媒に溶解している溶液と、無極性溶媒或いは前記極性溶媒よりも極性の小さい溶媒とを混合し、この混合液を塗布して溶媒を蒸発させる、有機半導体膜の製造方法に係わるものである。   Further, the present invention relates to an organic semiconductor film made of the porphyrin compound, and a solution in which the porphyrin compound is dissolved in a polar solvent and a nonpolar solvent or a solvent having a polarity smaller than that of the polar solvent are mixed, and this mixed solution Is applied to a method for producing an organic semiconductor film in which the solvent is evaporated.

また、前記ポルフィリン化合物からなる導電路を有する半導体装置に係わり、また、この半導体装置の製造方法であって、前記ポルフィリン化合物が極性溶媒に溶解している溶液と、無極性溶媒或いは前記極性溶媒よりも極性の小さい溶媒とを混合し、この混合液を塗布して溶媒を蒸発させ、前記導電路を形成する、半導体装置の製造方法に係わるものである。   Further, the present invention relates to a semiconductor device having a conductive path made of the porphyrin compound, and also a method for manufacturing the semiconductor device, comprising: a solution in which the porphyrin compound is dissolved in a polar solvent; and a nonpolar solvent or the polar solvent. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device, in which a solvent having a small polarity is mixed, the mixed solution is applied, the solvent is evaporated, and the conductive path is formed.

前記一般式[I]及び[II]で示されるポルフィリン化合物(以下、ポルフィリン化合物[I]及び[II]と略記する。)は、ポルフィリン環のメソ位にオリゴチオフェン鎖が2つあるいは4つ結合し、さらにポルフィリン環のメソ位、またはメソ位に結合しているオリゴチオフェン鎖の末端にアルキル基が結合している新規化合物である。   The porphyrin compounds represented by the general formulas [I] and [II] (hereinafter abbreviated as porphyrin compounds [I] and [II]) have two or four oligothiophene chains bonded to the meso position of the porphyrin ring. Furthermore, it is a novel compound in which an alkyl group is bonded to the end of the oligothiophene chain bonded to the meso position of the porphyrin ring or the meso position.

ポルフィリンは18個のπ電子をもつ2次元の共役π電子系を有する分子である。そのHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)のエネルギー準位は約5.4eVであるので、室温で容易に金電極(仕事関数:5.1eV)から電子を注入することができる。ポルフィリン化合物[I]及び[II]では、ポルフィリン環のメソ位にオリゴチオフェン鎖が結合しているので、分子内では、ポルフィリン環およびオリゴチオフェン鎖のそれぞれが、電荷キャリアの導電路として機能することが可能である。   Porphyrin is a molecule having a two-dimensional conjugated π electron system with 18 π electrons. Since the energy level of HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) is about 5.4 eV, electrons can be easily injected from a gold electrode (work function: 5.1 eV) at room temperature. In the porphyrin compounds [I] and [II], since the oligothiophene chain is bonded to the meso position of the porphyrin ring, each of the porphyrin ring and the oligothiophene chain functions as a charge carrier conduction path in the molecule. Is possible.

分子間においては、ポルフィリン分子間には強いπ−π相互作用が作用し、かつ、オリゴチオフェン分子間にもπ−π相互作用が作用するから、2つの分子のπ共役π電子系を1つの分子中に組み込んだポルフィリン化合物[I]及び[II]のそれぞれの分子間には、一層強化されたπ−π相互作用による強い分子間力が作用することになる。分子の配列やパッキングなどによる自己集合体の形成には、分子の対称性やオリゴチオフェン鎖の長さなどが影響を及ぼすので、分子内のオリゴチオフェン鎖の長さは同じであることが望ましい(N.E.Gruhnら, J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 3430-3431)。   Between molecules, a strong π-π interaction acts between porphyrin molecules, and a π-π interaction also acts between oligothiophene molecules. A strong intermolecular force due to a further strengthened π-π interaction acts between each of the porphyrin compounds [I] and [II] incorporated in the molecule. Since the molecular symmetry and the length of the oligothiophene chain influence the formation of self-assembly by molecular arrangement and packing, it is desirable that the oligothiophene chain length in the molecule is the same ( NEGruhn et al., J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 3430-3431).

以上の理由から、ポルフィリン化合物[I]及び[II]のそれぞれの分子集合体では、高い分子内及び分子間のキャリア移動度を期待できる。実際、後に実施例で後述するように、3個のチオフェン鎖を有するポルフィリン化合物[I]を用いて作製された電界効果トランジスタ(FET)と、5個のチオフェン鎖を有するポルフィリン化合物[I]を用いて作製されたFETとの特性を比較すると、後者のFETは前者のFETに比べ、ホール移動度が4倍、On/Off比が10倍優れており、これはチオフェン鎖の効果を実証する結果と考えられる。   For the above reasons, high molecular mobility between molecules and between molecules can be expected in each of the molecular aggregates of the porphyrin compounds [I] and [II]. Actually, as will be described later in Examples, a field effect transistor (FET) produced using a porphyrin compound [I] having three thiophene chains and a porphyrin compound [I] having five thiophene chains are used. Comparing the characteristics with the FETs fabricated using the latter, the latter FET is 4 times the hole mobility and 10 times the On / Off ratio superior to the former FET, which demonstrates the effect of the thiophene chain. The result is considered.

一方、ポルフィリン化合物[I]及び[II]では、ポルフィリン環とチオフェン鎖との共役π電子系ユニットの周辺に4つのアルキル基が配置されている。共役π電子系は極性ユニットであるのに対し、アルキル鎖は非極性ユニットである。すなわち、ポルフィリン化合物[I]及び[II]は、中心部の極性ユニットと外縁部の非極性ユニットからなる両親媒和性物質である。このため、クロロホルムやジクロロメタンやテトラヒドロフラン(THF)などの極性溶媒ばかりでなく、アルキル鎖との強い親和性によって、トルエンやヘキサンなどの低極性又は無極性の有機溶媒に対しても高い溶解性をもつことができる。このため、ポルフィリン化合物[I]及び[II]は、溶液プロセスによって分子集合体からなる有機半導体膜を形成することが容易である。   On the other hand, in the porphyrin compounds [I] and [II], four alkyl groups are arranged around the conjugated π electron system unit of the porphyrin ring and the thiophene chain. Conjugated π-electron systems are polar units, whereas alkyl chains are nonpolar units. That is, porphyrin compounds [I] and [II] are amphiphilic substances composed of a polar unit at the center and a nonpolar unit at the outer edge. For this reason, it has high solubility not only in polar solvents such as chloroform, dichloromethane and tetrahydrofuran (THF) but also in low-polar or nonpolar organic solvents such as toluene and hexane due to its strong affinity with alkyl chains. be able to. Therefore, the porphyrin compounds [I] and [II] can easily form an organic semiconductor film composed of molecular aggregates by a solution process.

その上、ポルフィリン化合物[I]及び[II]では、溶媒の極性を変化させることによって、ポルフィリン化合物[I]又は[II]と溶媒分子との結びつきを変化させ、これを通じてポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子間の相互作用を制御することが可能である(N.Kiriyら, Nano Lett., (2003), 3, 707)。   In addition, in the porphyrin compounds [I] and [II], by changing the polarity of the solvent, the association between the porphyrin compound [I] or [II] and the solvent molecule is changed, and thereby the porphyrin compound [I] or It is possible to control the interaction between molecules of [II] (N.Kiriy et al., Nano Lett., (2003), 3, 707).

従って、本発明では、ポルフィリン化合物[I]又は[II]が極性溶媒に溶解している溶液と、無極性溶媒或いは前記極性溶媒よりも極性の小さい溶媒とを混合し、この混合液を塗布して溶媒を蒸発させて、ポルフィリン化合物[I]又は[II]からなる有機半導体膜を製造する。例えば、ポルフィリン化合物[I]又は[II]がクロロホルムのような極性溶媒に溶けている溶液に、へキサンのような無極性または低極性溶媒を加えていくと、共役π電子系ユニットは溶媒分子と溶媒和しにくくなる。その結果、溶媒にはじかれた共役π電子系ユニットは、共役π電子系ユニット同士が分子間で集合しようとする傾向が強くなり、ポルフィリン環などの共役π電子系ユニットがスタッキングして積層し、溶媒とは外縁部のアルキル基で溶媒和する構造を有するポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子集合体の形成が誘導される(このような集合体の形成機構は、せっけん水溶液におけるせっけん分子のミセルの形成と類似した機構である)。   Therefore, in the present invention, a solution in which the porphyrin compound [I] or [II] is dissolved in a polar solvent is mixed with a nonpolar solvent or a solvent having a smaller polarity than the polar solvent, and this mixed solution is applied. The solvent is evaporated to produce an organic semiconductor film made of the porphyrin compound [I] or [II]. For example, when a nonpolar or low polarity solvent such as hexane is added to a solution in which a porphyrin compound [I] or [II] is dissolved in a polar solvent such as chloroform, the conjugated π-electron unit becomes a solvent molecule. It becomes difficult to solvate. As a result, the conjugated π electron system unit repelled by the solvent has a strong tendency to assemble the conjugated π electron system units between molecules, and the conjugated π electron system unit such as a porphyrin ring is stacked and stacked, Formation of a molecular assembly of a porphyrin compound [I] or [II] having a structure that solvates with an alkyl group at the outer edge of the solvent is induced (the mechanism of formation of such an assembly is a soap molecule in an aqueous soap solution. It is a mechanism similar to the formation of micelles).

但し、アルキル鎖同士は、ファンデルワールス力により分子間相互作用を強化する効果がある((a)H.E.Katzら, Chem. Mater., (1995), 7, 2238、(b)C.D.Dimitrakopoulosら, Synth. Met., (1998), 92, 47)ものの、その長さが短かすぎても、長すぎてもトランジスタの特性は低下するとされている。一般的には、有機半導体分子の有機溶媒への溶解性を向上させるアルキル基として、ヘキシル基(−C613)、オクチル基(−C817)、あるいはデシル基(−C1021)がよく用いられている(M.Halikら, Adv. Mater., (2003), 15, 917-922)。従って、ポルフィリン化合物[I]及び[II]のアルキル鎖の炭素数は、1〜10が適切である。 However, alkyl chains have the effect of strengthening intermolecular interactions by van der Waals forces ((a) HEKatz et al., Chem. Mater., (1995), 7, 2238, (b) CDDimitrakopoulos et al., Synth. Met., (1998), 92, 47), however, it is said that the characteristics of the transistor are degraded if the length is too short or too long. In general, as an alkyl group for improving the solubility of an organic semiconductor molecule in an organic solvent, a hexyl group (—C 6 H 13 ), an octyl group (—C 8 H 17 ), or a decyl group (—C 10 H) is used. 21 ) is often used (M.Halik et al., Adv. Mater., (2003), 15, 917-922). Therefore, 1-10 is suitable for the carbon number of the alkyl chain of porphyrin compounds [I] and [II].

また、本発明のポルフィリン化合物の第1、第2及び第3の製造方法は、いずれも、既に確立された反応の組み合わせによって実現されているので、確実に前記ポルフィリン化合物を得ることができる。   Moreover, since the 1st, 2nd and 3rd manufacturing methods of the porphyrin compound of this invention are all implement | achieved by the combination of the already established reaction, the said porphyrin compound can be obtained reliably.

また、本発明の半導体装置及びその製造方法は、前記ポルフィリン化合物[I]又は[II]からなる導電路を有する半導体装置、及び、前述したように、ポルフィリン化合物[I]又は[II]が極性溶媒に溶解している溶液と、無極性溶媒或いは前記極性溶媒よりも極性の小さい溶媒とを混合し、この混合液を塗布して溶媒を蒸発させ、前記分子集合体からなる前記導電路の形成を誘導する半導体装置の製造方法であるので、前記ポルフィリン化合物[I]又は[II]の特性を生かした半導体装置及びその製造方法である。   The semiconductor device of the present invention and the method for manufacturing the same include a semiconductor device having a conductive path composed of the porphyrin compound [I] or [II], and, as described above, the porphyrin compound [I] or [II] is polar. A solution dissolved in a solvent is mixed with a nonpolar solvent or a solvent having a polarity smaller than that of the polar solvent, and the mixture is applied to evaporate the solvent, thereby forming the conductive path made of the molecular assembly. Therefore, the semiconductor device utilizes the characteristics of the porphyrin compound [I] or [II] and the method for manufacturing the semiconductor device.

本発明のポルフィリン化合物において、前記金属イオンが、亜鉛、マグネシウム、銅、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、又は白金のいずれかの金属元素のイオンであるのがよい。   In the porphyrin compound of the present invention, the metal ion may be an ion of any metal element of zinc, magnesium, copper, iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum.

本発明の有機半導体膜の製造方法において、前記塗布をスピンコーティング法によって行うのがよい。スピンコーティング法によれば、前記分子集合体を整列させる効果を期待できる。   In the method for producing an organic semiconductor film of the present invention, the coating is preferably performed by a spin coating method. According to the spin coating method, an effect of aligning the molecular assembly can be expected.

本発明の半導体装置及びその製造方法において、電界を印加する手段が形成され、前記導電路の導電性が前記電界によって制御されるように構成されているのがよい。   In the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is preferable that a means for applying an electric field is formed and the conductivity of the conductive path is controlled by the electric field.

その際、前記半導体装置が、前記導電路を有するチャネル領域が形成され、このチャネル領域の両側にソース及びドレイン電極が設けられ、これらの両電極間にゲート電極が設けられている絶縁ゲート型電界効果トランジスタとして構成されているのがよい。この他に、前記半導体装置として各種センサなどへの応用が考えられる。   In that case, the semiconductor device has an insulated gate electric field in which a channel region having the conductive path is formed, source and drain electrodes are provided on both sides of the channel region, and a gate electrode is provided between the two electrodes. It may be configured as an effect transistor. In addition, the semiconductor device can be applied to various sensors.

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.

ポルフィリン化合物[I]及び[II]の合成
図1は、ポルフィリン化合物[I]及び[II]の合成スキームを示す説明図である(P.A.van Halら, Chem. Eur. J., (2002), 8, 5415-5429、B.Liら, J. Am. Chem. Soc., (2004), 126,3430-3431)。
Synthesis of Porphyrin Compounds [I] and [II] FIG. 1 is an explanatory diagram showing a synthesis scheme of porphyrin compounds [I] and [II] (PAvan Hal et al., Chem. Eur. J., (2002), 8 , 5415-5429, B. Li et al., J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 3430-3431).

図1の合成スキーム1は、前記ポルフィリン化合物の第1の製造方法の例である。この合成スキーム1では、まず、通常のアルデヒドRBCHOとピロールとの縮合反応によって、アルキルジ(2−ピロリル)メタン[III]を生成させる。次に、このアルキルジ(2−ピロリル)メタンと、アルキル基−RAをもつオリゴチオフェンカルバルデヒド[IV]との縮合反応によって、下記一般式[V]で示される化合物を合成する。
次にこの化合物[V]をp−クロルアニル(テトラクロロ-p-ベンゾキノン)で酸化してポルフィリン環を完成し、次にポルフィリン環に金属イオンM2+を導入して、一般式[I]で示されるポルフィリン化合物を合成する。
Synthesis scheme 1 in FIG. 1 is an example of the first production method of the porphyrin compound. In this synthesis scheme 1, first, alkyldi (2-pyrrolyl) methane [III] is produced by a condensation reaction of a normal aldehyde R B CHO and pyrrole. Next, the alkyl di (2-pyrrolyl) and methane, by condensation reaction with oligothiophene-carbaldehyde [IV] with an alkyl group -R A, to synthesize a compound represented by the following general formula [V].
Next, this compound [V] is oxidized with p-chloroanil (tetrachloro-p-benzoquinone) to complete a porphyrin ring. Next, a metal ion M 2+ is introduced into the porphyrin ring, and the general formula [I] The indicated porphyrin compound is synthesized.

合成スキーム1では、対向する2箇所のメソ位だけにオリゴチオフェン鎖を導入する合成方法である。また、メソ位に直接導入されるアルキル基−RBとオリゴチオフェン鎖を介して導入されるアルキル基−RAとを異なるものにすることができ、多様なポルフィリン化合物[I]を合成することができる。 Synthesis scheme 1 is a synthesis method in which an oligothiophene chain is introduced only at two opposing meso positions. In addition, the alkyl group —R B introduced directly into the meso position and the alkyl group —R A introduced via the oligothiophene chain can be made different to synthesize various porphyrin compounds [I]. Can do.

図1の合成スキーム2は、前記ポルフィリン化合物の第2の製造方法の例である。この合成スキーム2では、まず、前記アルキル基−RAをもつオリゴチオフェンカルバルデヒド[IV]とピロールとの縮合反応によって、下記一般式[VI]で示される化合物を合成する。
次に化合物[VI]をp−クロルアニルで酸化してポルフィリン環を完成し、次にポルフィリン環に金属イオンM2+を導入して、一般式[II]で示されるポルフィリン化合物を合成する。この合成方法は、4箇所のメソ位にオリゴチオフェン鎖を導入でき、簡便である。
Synthesis scheme 2 in FIG. 1 is an example of the second production method of the porphyrin compound. In the synthetic scheme 2, firstly, by a condensation reaction with oligothiophene-carbaldehyde [IV] pyrrole having the alkyl group -R A, to synthesize a compound represented by the following general formula [VI].
Next, compound [VI] is oxidized with p-chloroanil to complete a porphyrin ring, and then a metal ion M 2+ is introduced into the porphyrin ring to synthesize a porphyrin compound represented by general formula [II]. This synthesis method is simple because it can introduce oligothiophene chains at four meso positions.

図1の合成スキーム3は、前記ポルフィリン化合物の第3の製造方法の例である。この合成スキーム3は、前記合成スキーム1または2の変形例ともみなせる方法である(図1には、合成スキーム1の変形例を示したが、アルキルジ(2−ピロリル)メタン[III]の代わりにピロールを用いれば、合成スキーム2の変形例を構成することができる。)。   Synthesis scheme 3 in FIG. 1 is an example of the third production method of the porphyrin compound. This synthetic scheme 3 is a method that can be regarded as a modified example of the synthetic scheme 1 or 2 (FIG. 1 shows a modified example of the synthetic scheme 1, but instead of alkyldi (2-pyrrolyl) methane [III]. If pyrrole is used, a modification of Synthesis Scheme 2 can be configured.)

図1の合成スキーム3は、まず、合成スキーム1で用いたオリゴチオフェンカルバルデヒド[IV]の代わりに、臭素基をもつオリゴチオフェンカルバルデヒド[X]で示されるを用いて、合成スキーム1と同様にアルキルジ(2−ピロリル)メタン[III]と反応させ、この生成物をp−クロルアニルで酸化して、下記一般式で示されるポルフィリンコア化合物[XI]を合成する。
次に、このポルフィリンコア化合物[XI]に金属イオンM2+を導入した後、一般式[XII]で示される化合物とのカップリング反応によって、前記ポルフィリンコア化合物[XI]から一般式[I]で示されるポルフィリン化合物を合成する。
Synthetic scheme 3 in FIG. 1 is the same as synthetic scheme 1 except that oligothiophenecarbaldehyde [X] having a bromine group is used instead of oligothiophenecarbaldehyde [IV] used in synthetic scheme 1. Is reacted with alkyldi (2-pyrrolyl) methane [III], and this product is oxidized with p-chloroanil to synthesize a porphyrin core compound [XI] represented by the following general formula.
Next, after introducing a metal ion M 2+ into the porphyrin core compound [XI], the porphyrin core compound [XI] is converted into the general formula [I] by a coupling reaction with the compound represented by the general formula [XII]. A porphyrin compound represented by is synthesized.

この合成スキーム3によれば、合成スキーム1または2よりも長いオリゴチオフェン鎖をもつポルフィリン化合物[I]又は[II]を合成することができる。   According to this synthesis scheme 3, a porphyrin compound [I] or [II] having an oligothiophene chain longer than synthesis scheme 1 or 2 can be synthesized.

図2は、上記の合成スキームで用いられる各種オリゴチオフェン誘導体を合成する反応を示す説明図である。図2は一例としてオリゴチオフェンが3量体である例を示したが、これに限るものではなく、単量体から6量体まで同様の反応を行うことができる(P.A.van Halら, Chem. Eur. J., (2002), 8, 5415-5429、B.Liら, J. Am. Chem. Soc., (2004), 126,3430-3431)。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing reactions for synthesizing various oligothiophene derivatives used in the above synthesis scheme. Although FIG. 2 shows an example in which oligothiophene is a trimer as an example, the present invention is not limited to this, and a similar reaction can be performed from a monomer to a hexamer (PAvan Hal et al., Chem. Eur. J., (2002), 8, 5415-5429, B. Li et al., J. Am. Chem. Soc., (2004), 126, 3430-3431).

反応(1)は、オリゴチオフェンにカルボニルクロリドROClを作用させ、オリゴチオフェンにアシル基−CORを導入する反応である。反応(2)は、このアシル基をリチウムアルミニウムハイドライドLiAlH4で還元する反応であり、反応(1)及び(2)によって、オリゴチオフェンにアルキル基を導入することができる。 Reaction (1) is a reaction in which carbonyl chloride ROCl is allowed to act on oligothiophene and an acyl group —COR is introduced into oligothiophene. Reaction (2) is a reaction in which this acyl group is reduced with lithium aluminum hydride LiAlH 4 , and an alkyl group can be introduced into oligothiophene by reactions (1) and (2).

反応(3)は、オリゴチオフェンにブチルリチウムBuLiとトリブチルクロロスタンナンとを作用させることによって、オリゴチオフェンにトリブチルスタンニル基−SnBu3を導入する反応である。 Reaction (3) is a reaction for introducing a tributylstannyl group —SnBu 3 into oligothiophene by allowing butyllithium BuLi and tributylchlorostannane to act on oligothiophene.

反応(4)は、ホスホリルクロリドPOCl3の存在下で、オリゴチオフェンにN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を作用させることによって、オリゴチオフェンにアルデヒド基−CHOを導入する反応である。 Reaction (4) is a reaction in which an aldehyde group —CHO is introduced into oligothiophene by allowing N, N-dimethylformamide (DMF) to act on oligothiophene in the presence of phosphoryl chloride POCl 3 .

反応(5)は、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)の存在下で、オリゴチオフェンにN-ブロモスクシンイミド(NBS)を作用させることによって、オリゴチオフェンを選択的に臭素化する反応である。   Reaction (5) is a reaction in which oligothiophene is selectively brominated by allowing N-bromosuccinimide (NBS) to act on oligothiophene in the presence of N, N-dimethylformamide (DMF).

反応(6)は、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)Pd(PPh3 )4触媒などのパラジウム触媒の存在下で、臭素化されたオリゴチオフェンと、反応(3)によって合成されたトリブチルスタンニル基−SnBu3を有するオリゴチオフェンとをカップリング反応させ、2つのオリゴチオフェン鎖を連結する反応である。 Reaction (6) consists of tributylstane synthesized by reaction with brominated oligothiophene in the presence of a palladium catalyst such as tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) Pd (PPh 3 ) 4 catalyst. This is a reaction in which an oligothiophene having a nyl group —SnBu 3 is coupled to couple two oligothiophene chains.

分子集合体の形成
ポルフィリン化合物[I]及び[II]では、ポルフィリン環とチオフェン鎖との共役π電子系ユニットの外縁部に4つのアルキル基が配置されている。共役π電子系は極性ユニットであるのに対し、アルキル鎖は非極性ユニットである。従って、前述したように、溶媒分子の極性を変化させることによって、ポルフィリン化合物[I]又は[II]と溶媒分子との結びつきを変化させ、これを通じてポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子間の相互作用を制御することが可能である(N.Kiriyら, Nano Lett., (2003), 3, 707)。
Formation of molecular assembly In the porphyrin compounds [I] and [II], four alkyl groups are arranged at the outer edge of the conjugated π-electron system unit of the porphyrin ring and the thiophene chain. Conjugated π-electron systems are polar units, whereas alkyl chains are nonpolar units. Therefore, as described above, by changing the polarity of the solvent molecule, the association between the porphyrin compound [I] or [II] and the solvent molecule is changed, and through this, the intermolecularity of the porphyrin compound [I] or [II] is changed. Can be controlled (N.Kiriy et al., Nano Lett., (2003), 3, 707).

図3は、ポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子集合体からなる有機半導体膜を作製する工程を示すフロー図である。例えば、ポルフィリン化合物[I]又は[II]がクロロホルムのような極性溶媒に溶けている溶液に、へキサンのような無極性または低極性溶媒を加えていくと、共役π電子系ユニットは溶媒分子と溶媒和しにくくなる。その結果、溶媒にはじかれた共役π電子系ユニットは、共役π電子系ユニット同士が分子間で集合しようとする傾向が強くなり、ポルフィリン環などの共役π電子系ユニットがスタッキングして積層し、溶媒とは外縁部のアルキル基で溶媒和する構造を有するポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子集合体の形成が誘導される。このような集合体の形成機構は、せっけん水溶液におけるせっけん分子のミセルの形成と類似した機構である。この際用いる溶媒としては、例えば、クロロホルム(polarity index: 4.1)、トルエン(polarity index: 2.1)、へキサン(polarity index: 0)を用いることができる。   FIG. 3 is a flowchart showing a process for producing an organic semiconductor film made of a molecular assembly of porphyrin compound [I] or [II]. For example, when a nonpolar or low polarity solvent such as hexane is added to a solution in which a porphyrin compound [I] or [II] is dissolved in a polar solvent such as chloroform, the conjugated π-electron unit becomes a solvent molecule. It becomes difficult to solvate. As a result, the conjugated π electron system unit repelled by the solvent has a strong tendency to assemble the conjugated π electron system units between molecules, and the conjugated π electron system unit such as a porphyrin ring is stacked and stacked, Formation of a molecular assembly of the porphyrin compound [I] or [II] having a structure that solvates with the alkyl group at the outer edge of the solvent is induced. The formation mechanism of such aggregates is similar to the formation of micelles of soap molecules in an aqueous soap solution. As the solvent used in this case, for example, chloroform (polarity index: 4.1), toluene (polarity index: 2.1), and hexane (polarity index: 0) can be used.

図4は、ポルフィリン分子のスタッキング構造を示す概略図である。図4に示すように、ポルフィリン分子のスタッキング構造には、ポルフィリン環同士が環の面方向に位置ずれすることなく、環の面に対し垂直な直線上に環の中心位置が重なるようにface-to-faceに積層するH型集合体(H-aggregate)と、ポルフィリン環同士が環の面方向に位置ずれして、環の面に対し斜めに傾斜した直線上に環の中心が並ぶように積層するJ型集合体(J-aggregate)との2つがある。   FIG. 4 is a schematic diagram showing a stacking structure of porphyrin molecules. As shown in FIG. 4, the stacking structure of porphyrin molecules has a face-type structure in which the center positions of the rings overlap on a straight line perpendicular to the plane of the ring without displacement of the porphyrin rings in the plane direction of the rings. H-aggregates stacked on the to-face and porphyrin rings are displaced in the plane direction of the rings so that the centers of the rings are aligned on a straight line that is slanted with respect to the plane of the ring There are two types of J-aggregates to be stacked.

ポルフィリンの2つのスタッキング構造は、可視紫外光吸収スペクトルを測定することで識別することができる。ポルフィリン分子は、後述するように400−500nm付近に強いソーレーバンドの吸収帯をもつ。このソーレーバンドは、分子間相互作用に応じてユニークなスペクトル変化を生じ、H型集合体(H-aggregate)ではソーレーバンドが短波長側へ移動(the blue shift)し、J型集合体(J-aggregate)ではソーレーバンドが長波長側へ移動(the red shift)する((a)M.Shirakawaら, J. Org. Chem., (2003), 68, 5037-5044、(b)V.Kralら, Org. Lett., (2002), 4, 51-54、M. Kashaら, Pure. Appl. Chem., (1965), 11, 371)。   The two stacking structures of porphyrin can be distinguished by measuring the visible ultraviolet light absorption spectrum. The porphyrin molecule has a strong Soray band absorption band around 400-500 nm, as will be described later. This Soray band causes a unique spectral change depending on the intermolecular interaction. In the H-aggregate, the Soray band shifts to the short wavelength side (the blue shift), and the J-type aggregate (J-aggregate) ) The red shift of the Soray band ((a) M. Shirakawa et al., J. Org. Chem., (2003), 68, 5037-5044, (b) V. Kral et al., Org Lett., (2002), 4, 51-54, M. Kasha et al., Pure. Appl. Chem., (1965), 11, 371).

上記のように溶液中で生成した高規則性の有機半導体分子集合体を、スピンコーティングなどの溶液プロセスを用い、FETのゲート絶縁膜表面上に移して整列させて、前記導電路となる前記有機半導体膜を形成することが可能となるので、キャリア移動度の大きい有機FETを実現することができる。   The organic semiconductor molecular assemblies with high regularity generated in the solution as described above are transferred and aligned on the surface of the gate insulating film of the FET by using a solution process such as spin coating, and the organic to be the conductive path. Since a semiconductor film can be formed, an organic FET with high carrier mobility can be realized.

有機FETの作製Fabrication of organic FET

図5は、本実施の形態に基づく絶縁ゲート型FETのデバイス構造を示す断面図である。本発明に基づく絶縁ゲート型FETには、図4に示したボトムゲート型のデバイス構造が好適である。このFETでは、シリコン基板などの基板1の上に金などからなるゲート電極3、酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜2、金などからなるソース電極4およびドレイン電極5を形成しておき、ゲート絶縁膜2の上の、ソース電極4とドレイン電極5との間の領域に有機半導体膜からなる導電層6を形成するものである。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a device structure of an insulated gate FET according to the present embodiment. For the insulated gate FET according to the present invention, the bottom gate type device structure shown in FIG. 4 is suitable. In this FET, a gate electrode 3 made of gold or the like, a gate insulating film 2 made of silicon oxide or the like, a source electrode 4 and a drain electrode 5 made of gold or the like are formed on a substrate 1 such as a silicon substrate, and gate insulation is performed. A conductive layer 6 made of an organic semiconductor film is formed on the film 2 in a region between the source electrode 4 and the drain electrode 5.

図6は、望ましい絶縁ゲート型FETのデバイス構造を示す断面図である。上記のように溶液中で生成した高規則性のポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子集合体を、スピンコーティングなどの溶液プロセスを用い、FETのゲート絶縁膜2の表面上に移し、分子長軸が基板面にほぼ垂直に配列し、基板に平行な方向に分子がスタッキングして積層するように整列させ、前記導電路となる前記有機半導体膜を形成することが可能となるので、キャリア移動度の大きい有機FETを実現できると期待される。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a device structure of a desirable insulated gate FET. The molecular assembly of the highly ordered porphyrin compound [I] or [II] generated in the solution as described above is transferred onto the surface of the gate insulating film 2 of the FET using a solution process such as spin coating, and the molecule Since the major axis is arranged substantially perpendicular to the substrate surface and molecules are stacked and aligned in a direction parallel to the substrate, the organic semiconductor film serving as the conductive path can be formed. It is expected that organic FETs with high mobility can be realized.

以下に本発明の好ましい実施例について具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Although the preferable Example of this invention is described concretely below, this invention is not limited to a following example.

ポルフィリン化合物[I]及び[II]の合成
前述した合成スキーム1および3によって、3個および5個のオリゴチオフェン鎖をもつポルフィリン化合物[I]であるポルフィリン化合物(9)および(10)を合成し、合成スキーム2によって、3個のオリゴチオフェン鎖をもつポルフィリン化合物[II]であるポルフィリン化合物(11)を合成した。分子の同定は、1H NMR測定とMALDI−TOF−MS(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization−Time of Flight-Mass Spectroscopy)測定で行い、ポルフィリン化合物(9)〜(11)の可視紫外光吸収スペクトルを検討した。測定結果は、詳細な合成方法とともに、下記に示す。
Synthesis of Porphyrin Compounds [I] and [II] Porphyrin compounds (9) and (10), which are porphyrin compounds [I] having 3 and 5 oligothiophene chains, were synthesized according to the synthesis schemes 1 and 3 described above. According to Synthesis Scheme 2, a porphyrin compound (11), which is a porphyrin compound [II] having three oligothiophene chains, was synthesized. Molecular identification is performed by 1 H NMR measurement and MALDI-TOF-MS (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight-Mass Spectroscopy) measurement, and the visible ultraviolet light absorption spectra of porphyrin compounds (9) to (11) are examined. did. The measurement results are shown below together with the detailed synthesis method.

<5−ヘキサノイル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン(2)の合成>
<Synthesis of 5-hexanoyl-2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene (2)>

アルゴン雰囲気下、2,2’:5’,2”−テルチオフェン(1)5.0g(20mmol)に無水ジクロロメタンCH2Cl230mlを加え、撹拌しながら4℃に冷却した。この溶液にヘキサノイルクロリドCH3CH2CH2CH2CH2COCl2.6ml(20mmol)を徐々に滴下し、続いて塩化スズ(II)SnCl2の1.0Mジクロロメタン溶液20mlを滴下した。滴下後、4℃で1時間撹拌した後、さらに室温で2時間撹拌した。 Under argon atmosphere, 30 ml of anhydrous dichloromethane CH 2 Cl 2 was added to 5.0 g (20 mmol) of 2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene (1) and cooled to 4 ° C. with stirring. 2.6 ml (20 mmol) of noyl chloride CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 COCl was gradually added dropwise, followed by dropwise addition of 20 ml of a 1.0 M solution of tin (II) chloride SnCl 2 at 4 ° C. After stirring for 1 hour, the mixture was further stirred at room temperature for 2 hours.

反応液を0.5M塩酸に徐々に加え、ジクロロメタンで徹底的に抽出し、飽和炭酸水素ナトリウムNaHCO3水溶液と飽和食塩水で洗浄した。無水硫酸ナトリウムNa2SO4で乾燥させた後、ジクロロメタンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製して、固体状の5−ヘキサノイル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン(2)4.8g(収率70%)を得た。 The reaction solution was gradually added to 0.5 M hydrochloric acid, extracted thoroughly with dichloromethane, and washed with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate NaHCO 3 solution and saturated brine. After drying over anhydrous sodium sulfate Na 2 SO 4 , the product was purified by silica gel column chromatography using dichloromethane as a developing solvent to obtain solid 5-hexanoyl-2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene (2) 4.8 g (70% yield) was obtained.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.98(t, 3H; CH3), 1.44(m, 4H, CH2), 1.82(t, 2H, CH2), 2.93(t, 2H, CH2), 7.10-7.60(m, 6H, Ar-H), 7.66(d, 1H, Ar-H).
MALDI-TOF-MS:[M]+のm/z:calcd:346.052;obsd:345.900.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 0.98 (t, 3H; CH 3 ), 1.44 (m, 4H, CH 2 ), 1.82 (t, 2H, CH 2 ), 2.93 (t, 2H, CH 2 ), 7.10-7.60 (m, 6H, Ar-H), 7.66 (d, 1H, Ar-H).
MALDI-TOF-MS: [M] + m / z: calcd: 346.052; obsd: 345.900.

<5−ヘキシル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン(3)の合成>
<Synthesis of 5-hexyl-2,2 ': 5', 2 "-terthiophene (3)>

アルゴン雰囲気下、塩化アルミニウムAlCl32.5g(18.9mmol)とリチウムアルミニウムハイドライドLiAlH42.8g(75.6mmol)に無水エーテル300mlを加え、撹拌しながら4℃に冷却した。この溶液に、生成物(2)4.2g(12.6mmol)を無水トルエン200mlに溶かした溶液を徐々に滴下した。滴下後、4℃で30分間撹拌した後、さらに室温で2時間撹拌した。 Under an argon atmosphere, 300 ml of anhydrous ether was added to 2.5 g (18.9 mmol) of aluminum chloride AlCl 3 and 2.8 g (75.6 mmol) of lithium aluminum hydride LiAlH 4 and cooled to 4 ° C. with stirring. A solution prepared by dissolving 4.2 g (12.6 mmol) of the product (2) in 200 ml of anhydrous toluene was gradually added dropwise to this solution. After dropping, the mixture was stirred at 4 ° C. for 30 minutes, and further stirred at room temperature for 2 hours.

この溶液を4℃に冷却した後、酢酸エチル38mlを滴下して過剰のリチウムアルミニウムハイドライドを分解した。さらに、濃塩酸12mlを徐々に加えて撹拌すると、透明な薄い緑色の溶液になった。ろ過後、ろ液を濃縮し、ヘキサンを加え、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを、ジクロロメタンとヘキサンとの体積比1:1の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製して、油状の5−ヘキシル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン(3)3.0g(収率72%)を得た。   After cooling the solution to 4 ° C., 38 ml of ethyl acetate was added dropwise to decompose excess lithium aluminum hydride. Further, when 12 ml of concentrated hydrochloric acid was gradually added and stirred, a clear light green solution was obtained. After filtration, the filtrate was concentrated, hexane was added, washed with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and saturated brine, and dried over anhydrous sodium sulfate. This was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane and hexane in a volume ratio of 1: 1 as a developing solvent to give oily 5-hexyl-2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene (3 ) 3.0 g (yield 72%) was obtained.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.87(d, 3H; CH3), 1.30(s, 6H, CH2), 1.65(t, 2H, CH2), 2.75(t, 2H, CH2), 6.64-6.97(m, 6H, Ar-H), 7.16(d, 1H, Ar-H).
MALDI-TOF-MS:[M]+のm/z:calcd:332.073;obsd:331.932.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 0.87 (d, 3H; CH 3 ), 1.30 (s, 6H, CH 2 ), 1.65 (t, 2H, CH 2 ), 2.75 (t, 2H, CH 2 ), 6.64-6.97 (m, 6H, Ar-H), 7.16 (d, 1H, Ar-H).
MALDI-TOF-MS: [M] + m / z: calcd: 332.073; obsd: 331.932.

<5−ヘキシル−5”−トリブチルスタンニル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン(4)の合成>
<Synthesis of 5-hexyl-5 "-tributylstannyl-2,2 ': 5', 2" -terthiophene (4)>

アルゴン雰囲気下、生成物(3)3.0g(9mmol)に無水テトラヒドロフラン(THF)100mlを加え、撹拌しながら−78℃に冷却した。この溶液に、ブチルリチウムBuLi(11.7mmol)の1.6Mヘキサン溶液7.4mlを徐々に滴下し、さらにトリブチルクロロスタンナン3.2ml(11.7mmol)を徐々に加えた。滴下後、−78℃で1時間撹拌した後、さらに室温で16時間撹拌した。   Under an argon atmosphere, 100 ml of anhydrous tetrahydrofuran (THF) was added to 3.0 g (9 mmol) of the product (3), and the mixture was cooled to −78 ° C. with stirring. To this solution, 7.4 ml of a 1.6 M hexane solution of butyllithium BuLi (11.7 mmol) was gradually added dropwise, and further 3.2 ml (11.7 mmol) of tributylchlorostannane was gradually added. After dropping, the mixture was stirred at −78 ° C. for 1 hour, and further stirred at room temperature for 16 hours.

反応液を濃縮後、ヘキサン200mlを加え、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを、酢酸エチルとヘキサンとの体積比1:5の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製して、油状の5−ヘキシル−5”−トリブチルスタンニル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン(4)5.6g(収率100%)を得た。   After the reaction solution was concentrated, 200 ml of hexane was added, washed with a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and saturated brine, and dried over anhydrous sodium sulfate. This was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of ethyl acetate and hexane in a volume ratio of 1: 5 as a developing solvent to give oily 5-hexyl-5 "-tributylstannyl-2,2 ': 5' 5.6 g (100% yield) of 2,2 "-terthiophene (4) were obtained.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.87(t, 3H; CH3), 1.30(s, 6H, CH2), 1.65(t, 2H, CH2), 2.75(t, 2H, CH2), 6.64-6.97(m, 6H, Ar-H), 7.16(d, 1H, Ar-H).
MALDI-TOF-MS:[M]+のm/z:calcd:622.178;obsd:622.035.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 0.87 (t, 3H; CH 3 ), 1.30 (s, 6H, CH 2 ), 1.65 (t, 2H, CH 2 ), 2.75 (t, 2H, CH 2 ), 6.64-6.97 (m, 6H, Ar-H), 7.16 (d, 1H, Ar-H).
MALDI-TOF-MS: [M] + m / z: calcd: 622.178; obsd: 622.035.

<5”−ヘキシル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン−5−カルバルデヒド(5)の合成>
<Synthesis of 5 "-hexyl-2,2 ': 5', 2" -terthiophene-5-carbaldehyde (5)>

アルゴン雰囲気下、生成物(3)3.0g(9mmol)に無水1,2−ジクロロエタン60mlと無水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)0.84ml(10.8mmol)を加え、撹拌しながら−4℃に冷却した。この溶液にホスホリルクロリドPOCl30.96ml(10.8mmol)を徐々に滴下した。滴下後、1時間撹拌した後、さらに18時間還流加熱した。 Under an argon atmosphere, 60 ml of anhydrous 1,2-dichloroethane and 0.84 ml (10.8 mmol) of anhydrous N, N-dimethylformamide (DMF) are added to 3.0 g (9 mmol) of the product (3), and while stirring, -4 Cooled to ° C. To this solution, 0.96 ml (10.8 mmol) of phosphoryl chloride POCl 3 was gradually added dropwise. After the dropwise addition, the mixture was stirred for 1 hour, and further heated at reflux for 18 hours.

反応液を飽和酢酸ナトリウム水溶液200ml中に注ぎ、1時間撹拌した。有機層を水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。これを、ジクロロメタンとヘキサンとの体積比1:1の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製して、固体状の5”−ヘキシル−2,2’:5’,2”−テルチオフェン−5−カルバルデヒド(5)2.3g(収率72%)を得た。   The reaction solution was poured into 200 ml of a saturated aqueous sodium acetate solution and stirred for 1 hour. The organic layer was washed with water and dried over anhydrous sodium sulfate. This was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane and hexane in a volume ratio of 1: 1 as a developing solvent to obtain solid 5 "-hexyl-2,2 ': 5', 2" -terthiophene. 2.3 g (yield 72%) of -5-carbaldehyde (5) was obtained.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.94(t, 3H; CH3), 1.33(d, 6H, CH2), 1.71(t, 2H, CH2), 2.81(t, 2H, CH2), 7.00-7.27(m, 6H, Ar-H), 9.88(s, 1H, CHO).
MALDI-TOF-MS:[M]+のm/z:calcd:360.068;obsd:359.676.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 0.94 (t, 3H; CH 3 ), 1.33 (d, 6H, CH 2 ), 1.71 (t, 2H, CH 2 ), 2.81 (t, 2H, CH 2 ), 7.00-7.27 (m, 6H, Ar-H), 9.88 (s, 1H, CHO).
MALDI-TOF-MS: [M] + m / z: calcd: 360.068; obsd: 359.676.

<ペンチルジ(2−ピロリル)メタン(7)の合成>
<Synthesis of pentyldi (2-pyrrolyl) methane (7)>

アルゴン雰囲気下、ヘキサナール6.1ml(0.05mol)を含むピロール150ml(1.5mol)溶液にトリフルオロ酢酸(TFA)2mlを徐々に加え、40分間撹拌した後、トリエチルアミン(TEA)2mlを加えて反応を停止させた。そのまま減圧濃縮し、未反応のピロールを除去する。濃縮された反応液を、酢酸エチルとヘキサンとの体積比1:4の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製して、油状のペンチルジ(2−ピロリル)メタン(7)3.3g(収率30%)を得た。   Under an argon atmosphere, gradually add 2 ml of trifluoroacetic acid (TFA) to 150 ml (1.5 mol) of pyrrole containing 6.1 ml (0.05 mol) of hexanal, stir for 40 minutes, and then add 2 ml of triethylamine (TEA). The reaction was stopped. Concentrate under reduced pressure to remove unreacted pyrrole. The concentrated reaction solution was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of ethyl acetate and hexane in a volume ratio of 1: 4 as a developing solvent to obtain 3.3 g of oily pentyldi (2-pyrrolyl) methane (7) ( Yield 30%).

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.89(t, 3H; CH3), 1.31(s, 6H, CH2), 1.95(q, 2H, CH2), 3.99(t, 1H, methane-H), 6.09-6.18(m, 4H, Ar-H), 6.65(d, 2H, Ar-H), 7.77(s, 2H, NH). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 0.89 (t, 3H; CH 3 ), 1.31 (s, 6H, CH 2 ), 1.95 (q, 2H, CH 2 ), 3.99 (t, 1H, methane-H), 6.09-6.18 (m, 4H, Ar-H), 6.65 (d, 2H, Ar-H), 7.77 (s, 2H, NH).

<ポルフィリン化合物(9)の合成>
<Synthesis of Porphyrin Compound (9)>

アルゴン雰囲気下、カルバルデヒド(5)1.5g(4.2mmol)とペンチルジ(2−ピロリル)メタン(7)0.96g(4.2mmol)とを含むクロロホルム溶液400mlに、トリフルオロ酢酸(TFA)0.5mlを徐々に加えた後、17時間攪拌した。その後、p−クロルアニル(テトラクロロ-p-ベンゾキノン)1.0g(4.1mmol)を加え、30分攪拌した後、トリエチルアミン(TEA)1.0mlを加え、反応を停止させた。反応液をそのまま濃縮し、水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。さらに、酢酸亜鉛Zn(CH3COO)2のメタノール飽和溶液を加え、1時間撹拌し、ポルフィリン環に亜鉛イオンを導入し、水で洗浄した。 In an argon atmosphere, trifluoroacetic acid (TFA) was added to 400 ml of a chloroform solution containing 1.5 g (4.2 mmol) of carbaldehyde (5) and 0.96 g (4.2 mmol) of pentyldi (2-pyrrolyl) methane (7). After gradually adding 0.5 ml, the mixture was stirred for 17 hours. Thereafter, 1.0 g (4.1 mmol) of p-chloroanil (tetrachloro-p-benzoquinone) was added and stirred for 30 minutes, and then 1.0 ml of triethylamine (TEA) was added to stop the reaction. The reaction solution was concentrated as it was, washed with water, and dried over anhydrous sodium sulfate. Further, a methanol saturated solution of zinc acetate Zn (CH 3 COO) 2 was added and stirred for 1 hour, zinc ions were introduced into the porphyrin ring and washed with water.

これを、ジクロロメタンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製してポリマーを除去した後、BioBeadsS-X1からなるカラムを用い、THFを溶媒とする分取ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)にて精製し、固体状のポルフィリン化合物(9)0.7g(収率30%)を得た。但し、上式中のPenはペンチル基を、Hexはヘキシル基を示す。   This was purified by silica gel column chromatography using dichloromethane as a developing solvent to remove the polymer, and then purified by preparative gel permeation chromatography (GPC) using THF as a solvent, using a column consisting of BioBeads S-X1, 0.7 g (yield 30%) of a solid porphyrin compound (9) was obtained. However, Pen in the above formula represents a pentyl group, and Hex represents a hexyl group.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.94-0.98(m, 12H; CH3), 1.29-1.62(m, 20H, CH2), 1.75-1.86(m, 8H, CH2), 2.57(t, 4H, CH2), 4.94(s, 4H, CH2), 7.10-7.19(m, 4H, thiophene-H), 7.28(2H, thiophene-H, overlapped with CDCl3 peak), 7.33(d, 2H, thiophene-H), 7.59(d, 2H, thiophene-H), 7.80(d, 2H, thiophene-H), 9.31(d, 4H, pyrrole-H), 9.52(d, 4H, pyrrole-H).
UV−Vis(CHCl3):λmax/nm=359.5, 435, 562, 616.5.
MALDI-TOF-MS:[M+H]+のm/z:calcd:1172.306;obsd:1172.160.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C): δ (ppm) = 0.94-0.98 (m, 12H; CH 3 ), 1.29-1.62 (m, 20H, CH 2 ), 1.75-1.86 (m, 8H , CH 2 ), 2.57 (t, 4H, CH 2 ), 4.94 (s, 4H, CH 2 ), 7.10-7.19 (m, 4H, thiophene-H), 7.28 (2H, thiophene-H, overlapped with CDCl 3 peak), 7.33 (d, 2H, thiophene-H), 7.59 (d, 2H, thiophene-H), 7.80 (d, 2H, thiophene-H), 9.31 (d, 4H, pyrrole-H), 9.52 (d , 4H, pyrrole-H).
UV-Vis (CHCl 3 ): λ max /nm=359.5, 435, 562, 616.5.
MALDI-TOF-MS: [M + H] + m / z: calcd: 1172.306; obsd: 1172.160.

<ポルフィリンコア化合物(8)の合成>
<Synthesis of Porphyrin Core Compound (8)>

アルゴン雰囲気下、ペンチルジ(2−ピロリル)メタン(7)1.6g(7.0mmol)と5’−ブロモ−2,2’−ビチオフェン−5−カルバルデヒド1.9g(7.0mmol)を含むクロロホルム溶液700mlにトリフルオロ酢酸(TFA)0.82mlを徐々に加え、18時間撹拌した。その後、p−クロルアニル1.7g(7.0mmol)を加えて30分間撹拌した後、トリエチルアミン(TEA)1.5mlを加えて反応を停止させた。反応液をそのまま濃縮し、水で洗浄した。さらに、酢酸亜鉛Zn(CH3COO)2のメタノール飽和溶液を加え、1時間撹拌し、ポルフィリン環に亜鉛イオンを導入し、水で洗浄した。 Chloroform containing 1.6 g (7.0 mmol) of pentyldi (2-pyrrolyl) methane (7) and 1.9 g (7.0 mmol) of 5′-bromo-2,2′-bithiophene-5-carbaldehyde under an argon atmosphere To 700 ml of the solution, 0.82 ml of trifluoroacetic acid (TFA) was gradually added and stirred for 18 hours. Thereafter, 1.7 g (7.0 mmol) of p-chloroanil was added and stirred for 30 minutes, and then 1.5 ml of triethylamine (TEA) was added to stop the reaction. The reaction solution was concentrated as it was and washed with water. Further, a methanol saturated solution of zinc acetate Zn (CH 3 COO) 2 was added and stirred for 1 hour, zinc ions were introduced into the porphyrin ring and washed with water.

これを、ジクロロメタンとヘキサンとの体積比3:2の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製して、固体状のポルフィリンコア化合物(8)2.1g(収率46%)を得た。但し、上式中のPenはペンチル基を示す。   This was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane and hexane in a volume ratio of 3: 2 as a developing solvent to obtain 2.1 g (yield 46%) of a solid porphyrin core compound (8). . However, Pen in the above formula represents a pentyl group.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=1.01(m, 6H; CH3), 1.60(t, 4H, CH2), 1.87(t, 4H, CH2), 2.54(t, 4H, CH2), 4.96(t, 4H, CH2), 7.12(d, 2H, thiophene-H), 7.19(d, 2H, thiophene-H), 7.54(d, 2H, thiophene-H), 7.79(d, 2H, thiophene-H), 9.28(d, 4H, pyrrole-H), 9.53(d, 4H, pyrrole-H).
MALDI-TOF-MS:[M]+のm/z:calcd:997.962;obsd:997.732.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 1.01 (m, 6H; CH 3 ), 1.60 (t, 4H, CH 2 ), 1.87 (t, 4H, CH 2 ), 2.54 (t, 4H, CH 2 ), 4.96 (t, 4H, CH 2 ), 7.12 (d, 2H, thiophene-H), 7.19 (d, 2H, thiophene-H), 7.54 (d, 2H, thiophene-H ), 7.79 (d, 2H, thiophene-H), 9.28 (d, 4H, pyrrole-H), 9.53 (d, 4H, pyrrole-H).
MALDI-TOF-MS: [M] + m / z: calcd: 997.962; obsd: 997.732.

<ポルフィリン化合物(10)の合成>
<Synthesis of Porphyrin Compound (10)>

アルゴン雰囲気下、テルチオフェンから合成されたチオフェン誘導体(4)56mg(0.09mmol)と、ポルフィリンコア化合物(8)30mg(0.03mmol)とテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)Pd(PPh3 )4触媒4.3mg(0.0037mmol)とを含む無水トルエン溶液5mlを18時間還流加熱した。 In an argon atmosphere, 56 mg (0.09 mmol) of the thiophene derivative (4) synthesized from terthiophene, 30 mg (0.03 mmol) of the porphyrin core compound (8), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) Pd (PPh 3 ) 5 ml of an anhydrous toluene solution containing 4.3 mg (0.0037 mmol) of 4 catalysts was heated to reflux for 18 hours.

反応液をそのまま濃縮し、ジクロロメタンとヘキサンとの体積比1:1の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製してポリマーを除去した後、BioBeadsS-X1からなるカラムを用い、THFを溶媒とする分取ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)にて精製し、固体状のポルフィリン化合物(10)1.8mg(収率4%)を得た。但し、上式中のPenはペンチル基を、Hexはヘキシル基を示す。   The reaction solution is concentrated as it is, purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane and hexane in a volume ratio of 1: 1 as a developing solvent to remove the polymer, and then a column made of BioBeadsS-X1 is used to remove THF. Was purified by preparative gel permeation chromatography (GPC) to obtain 1.8 mg (yield 4%) of a solid porphyrin compound (10). However, Pen in the above formula represents a pentyl group, and Hex represents a hexyl group.

1H NMR(400 MHz, CDCl3, 23 ℃):δ(ppm)=0.92(t, 12H; CH3), 1.00-1.33(m, 20H, CH2), 1.70(t, 4H, CH2), 1.84(t, 4H, CH2), 2.57(t, 4H, CH2), 4.96(t, 4H, CH2), 6.84(d, 2H, thiophene-H), 6.98-7.23(m, 12H, thiophene-H), 7.36(q, 2H, thiophene-H), 7.62(d, 2H, thiophene-H), 7.81(d, 2H, thiophene-H), 9.32(d, 4H, pyrrole-H), 9.54(d, 4H, pyrrole-H).
UV−Vis(CHCl3):λmax/nm=430.5, 560.5, 615.
MALDI-TOF-MS:[M+H]+のm/z:calcd:1501.257;obsd:1501.954.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 23 ° C.): δ (ppm) = 0.92 (t, 12H; CH 3 ), 1.00-1.33 (m, 20H, CH 2 ), 1.70 (t, 4H, CH 2 ) , 1.84 (t, 4H, CH 2 ), 2.57 (t, 4H, CH 2 ), 4.96 (t, 4H, CH 2 ), 6.84 (d, 2H, thiophene-H), 6.98-7.23 (m, 12H, thiophene-H), 7.36 (q, 2H, thiophene-H), 7.62 (d, 2H, thiophene-H), 7.81 (d, 2H, thiophene-H), 9.32 (d, 4H, pyrrole-H), 9.54 (d, 4H, pyrrole-H).
UV-Vis (CHCl 3 ): λ max /nm=430.5, 560.5, 615.
MALDI-TOF-MS: [M + H] + m / z: calcd: 1501.257; obsd: 1501.954.

<ポルフィリン化合物(11)の合成>
<Synthesis of Porphyrin Compound (11)>

アルゴン雰囲気下、テルチオフェンカルバルデヒド(5)0.50g(1.4mmol)と、ピロール95μl(1.4mmol)とを含むクロロホルム溶液130mlに、トリフルオロ酢酸(TFA)0.16mlを徐々に加えた後、17時間撹拌した。その後、p−クロルアニル0.33g(1.3mmol)を加えて30分間撹拌した後、トリエチルアミン(TEA)0.33mlを加えて反応を停止させた。反応液をそのまま濃縮し、水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。さらに、酢酸亜鉛Zn(CH3COO)2のメタノール飽和溶液を加え、1時間撹拌し、ポルフィリン環に亜鉛イオンを導入し、水で洗浄した。 Under an argon atmosphere, 0.16 ml of trifluoroacetic acid (TFA) was gradually added to 130 ml of a chloroform solution containing 0.50 g (1.4 mmol) of terthiophenecarbaldehyde (5) and 95 μl (1.4 mmol) of pyrrole. Thereafter, the mixture was stirred for 17 hours. Thereafter, 0.33 g (1.3 mmol) of p-chloroanil was added and stirred for 30 minutes, and then 0.33 ml of triethylamine (TEA) was added to stop the reaction. The reaction solution was concentrated as it was, washed with water, and dried over anhydrous sodium sulfate. Further, a methanol saturated solution of zinc acetate Zn (CH 3 COO) 2 was added and stirred for 1 hour, zinc ions were introduced into the porphyrin ring and washed with water.

これを、ジクロロメタンとヘキサンとの体積比1:1の混合溶媒を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製してポリマーを除去した後、BioBeadsS-X1からなるカラムを用い、THFを溶媒とする分取ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)にて精製し、固体状のポルフィリン化合物(11)0.1g(収率9%)を得た。但し、上式中のHexはヘキシル基を示す。   This was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane and hexane in a volume ratio of 1: 1 as a developing solvent to remove the polymer, and then a column consisting of BioBeads S-X1 was used and fractionated using THF as the solvent. Purification by gel permeation chromatography (GPC) gave 0.1 g (yield 9%) of a solid porphyrin compound (11). However, Hex in the above formula represents a hexyl group.

The 1H NMR(400 MHz, CDCl3)spectrum was not detectable due to rather broadening of each peaks even at an elevated temperature such as 55 ℃.
UV−Vis(CHCl3):λmax/nm=362, 448, 568, 615.
MALDI-TOF-MS:[M+H]+のm/z:calcd. 1693.264;obsd. 1693.744.
The 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) spectrum was not detectable due to rather broadening of each peaks even at an elevated temperature such as 55 ° C.
UV-Vis (CHCl 3 ): λ max / nm = 362, 448, 568, 615.
MALDI-TOF-MS: [M + H] + m / z: calcd. 1693.264; obsd. 1693.744.

<MALDI-TOF-MS>
図7は、MALDI−TOF−MSによるポルフィリン化合物(9)〜(11)の質量スペクトルである。これらの質量スペクトルでは、分子量の測定値が計算値とよく一致した。
<MALDI-TOF-MS>
FIG. 7 is a mass spectrum of porphyrin compounds (9) to (11) by MALDI-TOF-MS. In these mass spectra, the measured molecular weight agreed well with the calculated value.

<可視紫外光吸収スペクトル>
図8は、クロロホルム中のポルフィリン化合物(9)〜(11)の可視紫外光吸収スペクトルである。ポルフィリン由来の吸収としては、400−500nmの間に強いソーレーバンドがあり、550−650nmの間にQバンドの2つの吸収ピークがある。チオフェン由来の吸収は、350nm付近の吸収である。
<Visible UV light absorption spectrum>
FIG. 8 is a visible ultraviolet light absorption spectrum of porphyrin compounds (9) to (11) in chloroform. As absorption derived from porphyrin, there is a strong Soray band between 400 and 500 nm, and two absorption peaks of Q band between 550 and 650 nm. The absorption derived from thiophene is absorption around 350 nm.

ポルフィリン化合物(9)の場合には、チオフェン3量体の吸収ピークが359.5nmに、ポルフィリンソーレーバンドの吸収ピークが435nmに、Qバンドの吸収ピークが562nmと616.5nmに現れる。ポルフィリン化合物(10)の場合には、チオフェン5量体の吸収ピークがポルフィリンソーレーバンドの吸収ピークと重なっているので、ソーレーバンドが若干広がっている。ポルフィリン化合物(11)の場合には、チオフェン3量体を4つもつため、より大きなチオフェン由来の吸収ピークが362nmに現れる。また、チオフェンユニットとポルフィリンユニット間の相互作用が増すことにより、ポルフィリンソーレーバンドがより長波長側へシフトし、吸収ピークが448nmに現れる。   In the case of the porphyrin compound (9), the absorption peak of the thiophene trimer appears at 359.5 nm, the absorption peak of the porphyrin sorter band appears at 435 nm, and the absorption peaks of the Q band appear at 562 nm and 616.5 nm. In the case of the porphyrin compound (10), since the absorption peak of the thiophene pentamer overlaps with the absorption peak of the porphyrin sorter band, the sorter band is slightly broadened. In the case of the porphyrin compound (11), since it has four thiophene trimers, a larger absorption peak derived from thiophene appears at 362 nm. Moreover, when the interaction between the thiophene unit and the porphyrin unit is increased, the porphyrin solay band is shifted to a longer wavelength side, and an absorption peak appears at 448 nm.

自己集合体の形成
高濃度のクロロホルム溶液10μlを3mlのクロロホルムおよびへキサンにそれぞれ加え、軽く振った後、30秒間超音波処理して、試料溶液を形成した。試料溶液におけるポルフィリン化合物の濃度は、3.0×10-6Mである。極性が異なる2つの有機溶媒の極性(polarity index)は、クロロホルム:4.1およびへキサン:0である。
Formation of Self-Assembly 10 μl of high-concentration chloroform solution was added to 3 ml of chloroform and hexane, respectively, shaken gently, and then sonicated for 30 seconds to form a sample solution. The concentration of the porphyrin compound in the sample solution is 3.0 × 10 −6 M. The polarities of the two organic solvents with different polarities are chloroform: 4.1 and hexane: 0.

<可視紫外光吸収スペクトル測定による検討>
図9は、ポルフィリン化合物(9)〜(11)の可視紫外光吸収スペクトルの溶媒による変化を調べた結果である。これらの吸収スペクトルによれば、溶媒の極性が低くなると、ポルフィリンのソーレーバンドが、短波長側へ移動する(blue shift)傾向が見られた。
<Examination by measurement of visible light absorption spectrum>
FIG. 9 shows the results of examining changes in the visible ultraviolet light absorption spectra of the porphyrin compounds (9) to (11) depending on the solvent. According to these absorption spectra, when the polarity of the solvent was lowered, the porphyrin Soray band tended to shift to the short wavelength side (blue shift).

このような吸収波長の移動は、一般的に観測される深色シフトであるのか、先述したH型集合体(H-aggregate)の形成によるものなのか、明らかではない。もしこの吸収波長の移動がH型集合体(H-aggregate)の形成によるものであれば、この結果は、ポルフィリン化合物(9)〜(11)のクロロホルム溶液にヘキサンのような無極性溶媒を加えることによって、H型集合体(H-aggregate)の形成を誘導できることを示している。   It is not clear whether such shift of the absorption wavelength is a generally observed deep color shift or the formation of the H-aggregate described above. If this shift in absorption wavelength is due to the formation of an H-aggregate, the result is that a nonpolar solvent such as hexane is added to the chloroform solution of the porphyrin compounds (9) to (11). This indicates that the formation of an H-aggregate can be induced.

<透過型電子顕微鏡(TEM)による自己集合体の観察>
図10は、マイクログリット貼り付けメッシュに、ポルフィリン化合物(9)〜(11)のへキサン溶液を滴下し、自然乾燥させ、加速電圧200kVの透過型電子顕微鏡により表面観察を行ったTEM写真である。棒状物が集合している様子が観察された。
<Observation of self-assembly by transmission electron microscope (TEM)>
FIG. 10 is a TEM photograph in which a hexane solution of porphyrin compounds (9) to (11) is dropped onto a microgrit-attached mesh, air-dried, and surface observation is performed with a transmission electron microscope with an acceleration voltage of 200 kV. . It was observed that rods were gathering.

図10(a)に示すポルフィリン化合物(9)のTEM写真では、粒状物が集合している様子が観察された。ただし、個々の形状は、粒というよりも、くびれを持つ棒状、もしくはダンベルのような形状に見受けられる。図10(b)に示すポルフィリン化合物(10)のTEM写真では、個々の棒状物の長さは数百nmで、その太さは約50nm程度であった。図10(c)に示すポルフィリン化合物(11)のTEM写真では、塊状物の回りに粒状物が付着しているような様子が観察された。粒状物の中には、小さな棒状のものや(長さ数十nm)や、細かい繊維状のようなランダムな縞模様が見られた。   In the TEM photograph of the porphyrin compound (9) shown in FIG. 10 (a), it was observed that the granular materials were gathered. However, the individual shapes appear to be constricted rods or dumbbells rather than grains. In the TEM photograph of the porphyrin compound (10) shown in FIG. 10 (b), the length of each bar was several hundred nm and the thickness was about 50 nm. In the TEM photograph of the porphyrin compound (11) shown in FIG. 10 (c), it was observed that the particulate matter was attached around the lump. In the granular materials, small strips (several tens of nm) and random striped patterns such as fine fibers were observed.

この結果から、図10(b)に示すポルフィリン化合物(10)の分子は安定な数百nm程度の長さの棒状の分子集合体を形成することが明らかになった。これから、FETへの応用に向け、分子集合体のサイズ制御が次の課題となる。   From this result, it was revealed that the porphyrin compound (10) molecule shown in FIG. 10 (b) forms a stable rod-like molecular aggregate having a length of about several hundreds of nanometers. From now on, the size control of molecular assemblies will be the next issue for application to FETs.

有機FETの作製と動作確認
図5に示したボトムゲート型の絶縁ゲート型FETを作製した。このFETでは、シリコン基板1の上に金からなるゲート電極3、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2、金からなるソース電極4およびドレイン電極5を形成しておき、ゲート絶縁膜2の上の、ソース電極4とドレイン電極5との間の領域に有機半導体膜からなる導電層6を形成した。
Production of Organic FET and Confirmation of Operation The bottom gate type insulated gate FET shown in FIG. 5 was produced. In this FET, a gate electrode 3 made of gold, a gate insulating film 2 made of silicon oxide, a source electrode 4 and a drain electrode 5 made of gold are formed on a silicon substrate 1. A conductive layer 6 made of an organic semiconductor film was formed in a region between the source electrode 4 and the drain electrode 5.

導電層6は、ポルフィリン化合物(9)および(10)のクロロホルム溶液(0.1mg/ml)をスピンコーティングにより、シリコン基板1上のHMDS処理した酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2の上に成膜した。HMDS処理は、ウェーハ上の酸化膜とレジスト膜などとの密着性向上を目的とする処理で、一般的に、HMDS((CH3)3SiNHSi(CH3)3)を蒸気状にして塗布する。 The conductive layer 6 is formed on the gate insulating film 2 made of HMDS-treated silicon oxide on the silicon substrate 1 by spin coating a chloroform solution (0.1 mg / ml) of the porphyrin compounds (9) and (10). did. The HMDS treatment is a treatment aimed at improving the adhesion between the oxide film on the wafer and the resist film, and is generally applied by vaporizing HMDS ((CH 3 ) 3 SiNHSi (CH 3 ) 3 ). .

図11および図12は、それぞれ、ポルフィリン化合物(9)および(10)を用いて作製された有機FETにおける、ドレイン電流Idとゲート電圧Vgとの関係を示すグラフ(a)と、ドレイン電流Idとドレイン電圧Vdとの関係を示すグラフ(b)とである。 FIGS. 11 and 12 are a graph (a) showing the relationship between the drain current I d and the gate voltage V g and the drain current in an organic FET manufactured using the porphyrin compounds (9) and (10), respectively. is a graph showing the relationship between I d and the drain voltage V d (b).

図11(a)および図12(a)に示されたゲート電圧Vgの変化にともなうドレイン電流Idの変化から、有機FETのOn/Off比は、ポルフィリン化合物(9)を用いて作製された有機FETで104程度、ポルフィリン化合物(10)を用いて作製された有機FETで105である。また、ホール移動度は、ポルフィリン化合物(9)を用いて作製された有機FETで1.08×10-5cm2/Vs程度であり、ポルフィリン化合物(10)を用いて作製された有機FETで4.17×10-5cm2/Vsである。 From the change in the drain current I d accompanying the change in the gate voltage V g shown in FIGS. 11 (a) and 12 (a), the On / Off ratio of the organic FET is produced using the porphyrin compound (9). The organic FET was about 10 4 , and the organic FET produced using the porphyrin compound (10) was 10 5 . Moreover, hole mobility is about 1.08 * 10 < -5 > cm < 2 > / Vs by organic FET produced using the porphyrin compound (9), and is organic FET produced using the porphyrin compound (10). 4.17 × 10 −5 cm 2 / Vs.

ポルフィリン化合物(9)を用いて作製された有機FETよりも、ポルフィリン化合物(10)を用いて作製された有機FETで、キヤリア移動度などのFET性能が高いのは、ポルフィリン化合物(10)では分子間相互作用が強く、分子のパッキングが密接になっているためと考えられる。   The organic FET manufactured using the porphyrin compound (10) has higher FET performance such as carrier mobility than the organic FET manufactured using the porphyrin compound (9). This is thought to be due to the strong interaction between molecules and the close packing of molecules.

以上のように、新規のポルフィリン化合物(9)および(10)を用いたFETにおいて、カーブのヒステリシスも小さく、高品質のFET動作が確認できた。さらに、長さが制御された自己集合体のH型集合体(H-aggregate)構造をFETのチャンネル層としてFETへ転写することが可能となれば、キヤリア転送速度の向上が期待される。   As described above, in the FETs using the novel porphyrin compounds (9) and (10), the curve hysteresis was small and high-quality FET operation was confirmed. Further, if it is possible to transfer the H-aggregate structure of the self-assembly having a controlled length to the FET as a channel layer of the FET, it is expected that the carrier transfer speed is improved.

以上、本発明を実施の形態および実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   Although the present invention has been described based on the embodiments and examples, it is needless to say that the present invention is not limited to these examples and can be appropriately changed without departing from the gist of the invention. .

本発明のポルフィリン化合物及びその製造方法、有機半導体膜及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法は、種々の電子回路、特にディスプレイのアクティブマトリックス回路などのスイッチング素子として広く用いられている薄膜トランジスタ(TFT)などの半導体装置及びその製造方法として用いられ、その低コスト化や、プラスチック等の耐熱性のないフレキシブルな基板への適用などの新規な用途の開発に貢献することができる。   The porphyrin compound and the manufacturing method thereof, the organic semiconductor film and the manufacturing method thereof, and the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are widely used as switching elements for various electronic circuits, particularly display active matrix circuits. It is used as a semiconductor device such as TFT) and a manufacturing method thereof, and can contribute to the development of new uses such as cost reduction and application to a flexible substrate having no heat resistance such as plastic.

本発明の実施の形態に基づくポルフィリン化合物の合成スキームを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the synthetic scheme of the porphyrin compound based on embodiment of this invention. 同、前記合成スキームで用いられる各種オリゴチオフェン誘導体を合成する反応を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows reaction which synthesize | combines the various oligothiophene derivatives used in the said synthetic scheme. 同、ポルフィリン化合物[I]又は[II]の分子集合体からなる半導体膜を作製する工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process of producing the semiconductor film which consists of a molecular assembly of a porphyrin compound [I] or [II] similarly. 同、ポルフィリン分子のスタッキング構造を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a stacking structure of porphyrin molecules. 同、絶縁ゲート型FETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of an insulated gate FET similarly. 同、望ましい絶縁ゲート型FETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the desirable insulated gate FET similarly. 本発明の実施例によるMALDI−TOF−MSによるポルフィリン化合物(9)〜(11)の質量スペクトルである。It is a mass spectrum of porphyrin compounds (9)-(11) by MALDI-TOF-MS by the example of the present invention. 同、クロロホルム中のポルフィリン化合物(9)〜(11)の可視紫外光吸収スペクトルである。It is a visible ultraviolet light absorption spectrum of porphyrin compounds (9) to (11) in chloroform. 同、ポルフィリン化合物(9)〜(11)の可視紫外光吸収スペクトルの溶媒による変化である。It is a change by the solvent of the visible ultraviolet light absorption spectrum of porphyrin compounds (9)-(11). 同、ポルフィリン化合物(9)〜(11)の分子集合体の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of molecular aggregates of porphyrin compounds (9) to (11). 同、有機FETにおけるドレイン電流Idとゲート電圧Vgとの関係を示すグラフ(a)と、ドレイン電流Idとドレイン電圧Vdとの関係を示すグラフ(b)とである。Same is a graph (a) showing the relationship between the drain current I d and the gate voltage V g in organic FET, a graph showing the relationship between the drain current I d and the drain voltage V d and (b). 同、有機FETにおけるドレイン電流Idとゲート電圧Vgとの関係を示すグラフ(a)と、ドレイン電流Idとドレイン電圧Vdとの関係を示すグラフ(b)とである。Same is a graph (a) showing the relationship between the drain current I d and the gate voltage V g in organic FET, a graph showing the relationship between the drain current I d and the drain voltage V d and (b).

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2…ゲート絶縁層、3…ゲート電極、4…ソース電極、5…ドレイン電極、6…有機半導体膜(導電路)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Gate insulating layer, 3 ... Gate electrode, 4 ... Source electrode, 5 ... Drain electrode, 6 ... Organic-semiconductor film (conductive path)

Claims (6)

下記一般式[I]で示されるポルフィリン化合物。
[但し、前記一般式[I]において、R1、R2、R3 及び4は、互いに同一の若しくは異なる、炭素数が1〜10の、置換若しくは非置換のアルキル基であり、a及びbは、互いに同一の若しくは異なる1〜6の整数であり、Mは金属イオンである。]
A porphyrin compound represented by the following general formula [I].
[In the general formula [I], R 1 , R 2 , R 3, and R 4 are the same or different and each represents a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a and b is the same or different integer of 1-6, and M is a metal ion. ]
前記金属イオンが、亜鉛、マグネシウム、銅、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、又は白金のいずれかの金属元素のイオンである、請求項1に記載したポルフィリン化合物。   The porphyrin compound according to claim 1, wherein the metal ion is an ion of a metal element of any one of zinc, magnesium, copper, iron, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum. 請求項1又は2に記載したポルフィリン化合物の製造方法であって、アルデヒドRBCHOとピロールとの縮合反応によって、下記一般式[III]で示されるアルキルジ(2−ピロリル)メタンを合成し、次に下記一般式[IV]で示されるオリゴチオフェンカルバルデヒドと前記アルキルジ(2−ピロリル)メタンとの縮合反応によって、下記一般式[V]で示される化合物を合成し、次にこの化合物を酸化してポルフィリン環を完成し、次にポルフィリン環に金属イオンM2+を導入して、前記一般式[I]で示されるポルフィリン化合物を合成する、ポルフィリン化合物の製造方法。
[但し、前記一般式[III]〜[V]において、RA及びRBは、互いに同一の若しくは異なる、炭素数が1〜10の、置換若しくは非置換のアルキル基であり、nは1〜6の整数である。]
A method for producing a porphyrin compound according to claim 1 or 2, wherein an alkyldi (2-pyrrolyl) methane represented by the following general formula [III] is synthesized by a condensation reaction between aldehyde R B CHO and pyrrole, A compound represented by the following general formula [V] was synthesized by a condensation reaction of the oligothiophenecarbaldehyde represented by the following general formula [IV] with the above alkyldi (2-pyrrolyl) methane, and then this compound was oxidized. complete a porphyrin ring Te, then by introducing the metal ion M 2+ to the porphyrin ring, to synthesize a porphyrin compound represented by the general formula [I], the production method of the porphyrin compound.
[However, in the general formulas [III] to [V], R A and R B are the same or different, each having a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. It is an integer of 6. ]
請求項1又は2に記載したポルフィリン化合物の製造方法であって、アルデヒドRBCHOとピロールとの縮合反応によって、下記一般式[III]で示されるアルキルジ(2−ピロリル)メタンを合成し、次に下記一般式[VII]で示されるオリゴチオフェンカルバルデヒドと前記アルキルジ(2−ピロリル)メタンとの縮合反応及びその後の酸化反応によって、下記一般式[VIII]で示されるポルフィリンコア化合物を合成する工程と、ポルフィリン環に金属イオンM2+を導入する反応、及び下記一般式[IX]で示される化合物とのカップリング反応によって、前記ポルフィリンコア化合物から前記一般式[I]で示されるポルフィリン化合物を合成する工程とを有する、ポルフィリン化合物の製造方法。
[但し、前記一般式[III]及び[VII]〜[IX]において、RA及びRBは、互いに同一の若しくは異なる、炭素数が1〜10の、置換若しくは非置換のアルキル基であり、Xはハロゲン原子であり、RDは置換若しくは非置換のアルキル基であり、iとjの和は2〜6の整数である。]
A method for producing a porphyrin compound according to claim 1 or 2, wherein an alkyldi (2-pyrrolyl) methane represented by the following general formula [III] is synthesized by a condensation reaction between aldehyde R B CHO and pyrrole, Step of synthesizing a porphyrin core compound represented by the following general formula [VIII] by a condensation reaction of the oligothiophenecarbaldehyde represented by the following general formula [VII] with the alkyldi (2-pyrrolyl) methane and a subsequent oxidation reaction When the reaction for introducing the metal ion M 2+ to the porphyrin ring, and by a coupling reaction with a compound represented by the following general formula [IX], a porphyrin compound represented by the porphyrin core compound by the general formula [I] And a method for producing a porphyrin compound.
[However, in the general formulas [III] and [VII] to [IX], R A and R B are the same or different from each other, and are substituted or unsubstituted alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, X is a halogen atom, R D is a substituted or unsubstituted alkyl group, and the sum of i and j is an integer of 2-6. ]
請求項1又は2に記載したポルフィリン化合物からなる、有機半導体膜。   An organic semiconductor film comprising the porphyrin compound according to claim 1. 請求項1又は2に記載したポルフィリン化合物からなる導電路を有し、この導電路の導電性が電界によって制御されるように構成された、半導体装置であって、前記導電路を有するチャネル領域が形成され、このチャネル領域の両側にソース及びドレイン電極が設けられ、これらの両電極間に、前記導電路の導電性を電界によって制御するためのゲート電極が設けられている絶縁ゲート型電界効果トランジスタとして構成された、半導体装置。 Have a conductive path consisting of a porphyrin compound described in claim 1 or 2, the conductivity of the conductive path is configured to be controlled by an electric field, a semiconductor device, a channel region having a conductive path An insulated gate field effect transistor formed and provided with source and drain electrodes on both sides of the channel region, and a gate electrode for controlling the conductivity of the conductive path by an electric field between the electrodes. A semiconductor device configured as:
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