JP6592758B2 - Novel condensed polycyclic aromatic compounds and uses thereof - Google Patents

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Description

本発明は、新規な縮合多環芳香族化合物及びその用途(縮合多環芳香族化合物を用いた有機半導体材料、縮合多環芳香族化合物を用いた有機半導体及びその形成方法、並びに縮合多環芳香族化合物を用いた有機薄膜トランジスタ等の有機半導体デバイス)に関するものであり、より詳細には、プリンテッドエレクトロニクスに好適な、有機半導体として機能しうる縮合多環芳香族化合物及びその用途に関するものである。   The present invention relates to novel condensed polycyclic aromatic compounds and uses thereof (organic semiconductor materials using condensed polycyclic aromatic compounds, organic semiconductors using condensed polycyclic aromatic compounds and methods for forming the same, and condensed polycyclic aromatic compounds. More specifically, the present invention relates to a condensed polycyclic aromatic compound that can function as an organic semiconductor suitable for printed electronics and its use.

従来より、高いキャリア移動度を示す有機半導体化合物として、[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(以下、適宜「BTBT」と略記する)骨格を有する縮合多環芳香族化合物が知られている。   Conventionally, a condensed polycyclic aromatic compound having a [1] benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene (hereinafter abbreviated as “BTBT” as appropriate) skeleton as an organic semiconductor compound exhibiting high carrier mobility It has been known.

例えば、特許文献1には、有機半導体材料として、BTBT骨格に対し、2,7位にそれぞれ独立に無置換またはハロゲノ置換C1−C36脂肪族炭化水素基を導入した縮合多環芳香族化合物が記載されている。また、特許文献1には、上記化合物が有機溶媒に溶解し実用的な印刷適性を持つこと、上記化合物を用いた電界効果トランジスタが優れたキャリア移動度などの半導体特性を有し、安定性に優れていることが記載されている。   For example, Patent Document 1 describes, as an organic semiconductor material, a condensed polycyclic aromatic compound in which an unsubstituted or halogeno-substituted C1-C36 aliphatic hydrocarbon group is independently introduced at positions 2 and 7 with respect to the BTBT skeleton. Has been. Patent Document 1 discloses that the above compound is dissolved in an organic solvent and has a practical printability, and that a field effect transistor using the above compound has semiconductor characteristics such as excellent carrier mobility and is stable. It is described that it is excellent.

また、特許文献2には、液晶性を示す有機半導体として、2−デシル−7−フェニルBTBT、2−デシル−7−p−トリルBTBT、2−デシル−7−o−トリルBTBT等の縮合多環芳香族化合物が記載されている(特許文献2の段落[0274][0323][0327])。さらに、特許文献2には、これらを用いて作製したトランジスタが、高い電子移動度を示すことが記載されている(特許文献2の段落[0022][0383])。   Further, Patent Document 2 discloses a condensed polymer such as 2-decyl-7-phenyl BTBT, 2-decyl-7-p-tolyl BTBT, 2-decyl-7-o-tolyl BTBT as an organic semiconductor exhibiting liquid crystallinity. A ring aromatic compound is described (Patent Document 2, paragraphs [0274] [0323] [0327]). Further, Patent Document 2 describes that a transistor manufactured using these materials exhibits high electron mobility (paragraphs [0022] [0383] of Patent Document 2).

非特許文献1及び2には、特定のπ電子分子骨格を特定の長さのアルキル鎖で置換すると、アルキル鎖による分子間相互作用によってπ電子分子骨格間の距離をある程度制御できるという「分子ファスナー効果」に関して記載されている。   Non-Patent Documents 1 and 2 describe that “a molecular fastener that can control the distance between π-electron molecular skeletons to some extent by intermolecular interaction by alkyl chains when a specific π-electron molecular skeleton is substituted with an alkyl chain of a specific length. "Effect".

国際公開第2008/047896号International Publication No. 2008/047896 国際公開第2012/121393号International Publication No. 2012/121393

H. Inokuchi et al., "A novel type of organic semiconductors. Molecular fastener effect", Chemistry Letters, 1986, p.1263-1266H. Inokuchi et al., "A novel type of organic semiconductors. Molecular fastener effect", Chemistry Letters, 1986, p.1263-1266 S. Ukai et al. "Molecular-fastener effects on transport property of TTCn-TTF field-effect transistors", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006, Vol.284-285, p.589-593S. Ukai et al. "Molecular-fastener effects on transport property of TTCn-TTF field-effect transistors", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006, Vol.284-285, p.589-593

近年、質の良い有機半導体薄膜の形成やプロセスの効率化の点で、印刷技術を用いた有機半導体の薄膜化による有機半導体デバイスの構築(プリンテッド・エレクトロニクス)が重要となってきている。   In recent years, the construction of organic semiconductor devices (printed electronics) by thinning organic semiconductors using printing technology has become important in terms of forming high-quality organic semiconductor thin films and improving process efficiency.

印刷技術を用いた有機半導体の薄膜化による有機半導体デバイスの構築のためには、印刷技術に使用される有機半導体溶液(インク)を形成するために、有機半導体化合物が良好な溶解性(例えばクロロホルムに対する溶解度が3.5mg/mL以上)を有することが要求される。有機半導体化合物の溶解性が良好でないと、有機半導体溶液(インク)を形成できず、適切な膜厚の有機半導体薄膜を形成することができない。   For the construction of organic semiconductor devices by thinning organic semiconductors using printing technology, organic semiconductor compounds have good solubility (eg chloroform) to form organic semiconductor solutions (inks) used in printing technology. The solubility in the aqueous solution is required to be 3.5 mg / mL or more. If the solubility of the organic semiconductor compound is not good, an organic semiconductor solution (ink) cannot be formed, and an organic semiconductor thin film having an appropriate thickness cannot be formed.

また、有機半導体デバイスの安定性及びデバイス製造におけるプロセス耐性のために、有機半導体化合物には、優れた熱安定性(例えば150℃で30分間加熱しても特性が劣化しないこと)を持つことが要求される。   In addition, due to the stability of organic semiconductor devices and process tolerance in device manufacturing, organic semiconductor compounds may have excellent thermal stability (for example, characteristics will not deteriorate even when heated at 150 ° C. for 30 minutes). Required.

従って、優れた熱安定性と良好な溶解性とを有する有機半導体化合物が求められている。   Therefore, an organic semiconductor compound having excellent thermal stability and good solubility is desired.

しかしながら、特許文献1・2などに記載されているBTBT骨格を有する縮合多環芳香族化合物は、熱安定性がそれほど高くなく、優れた熱安定性と良好な溶解性とを有するものではない。   However, the condensed polycyclic aromatic compounds having a BTBT skeleton described in Patent Documents 1 and 2 are not so high in thermal stability and do not have excellent thermal stability and good solubility.

本発明、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、優れた熱安定性と良好な溶解性とを有する縮合多環芳香族化合物、その化合物を用いた有機半導体材料、その化合物を用いた有機半導体薄膜及びその形成方法、並びにその化合物を用いた有機薄膜トランジスタ等の有機半導体デバイスを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is a condensed polycyclic aromatic compound having excellent thermal stability and good solubility, an organic semiconductor material using the compound, and the compound It aims at providing organic semiconductor devices, such as an organic thin-film transistor using the compound, its formation method, and an organic thin-film transistor using the compound.

本発明の縮合多環芳香族化合物は、上記課題を解決するために、下記一般式(1)   In order to solve the above problems, the condensed polycyclic aromatic compound of the present invention has the following general formula (1).

Figure 0006592758
Figure 0006592758

(式中、R及びRは、一方がアリール基、他方が水素原子を表し、R及びRは、一方が炭素数1〜4のアルキル基、他方が水素原子を表し、X及びXはそれぞれ独立に、硫黄原子、セレン原子、またはテルル原子を表す)
で表されることを特徴としている。
(In the formula, one of R 1 and R 2 represents an aryl group, the other represents a hydrogen atom, R 3 and R 4 represent one alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, the other represents a hydrogen atom, and X 1 And X 2 each independently represents a sulfur atom, a selenium atom, or a tellurium atom)
It is characterized by being expressed.

上記構成によれば、アルキル基の炭素数を4以下にすることで、分子間におけるアルキル鎖同士の相互作用を小さくすると共にBTBT骨格同士の相互作用も小さくすることができ、その結果として分子の凝集力を小さくすることができる。その結果、優れた熱安定性と良好な溶解度とを有する縮合多環芳香族化合物を実現することができる。また、縮合多環芳香族化合物が優れた熱安定性を有することで、縮合多環芳香族化合物を用いて優れた熱安定性を有する有機半導体薄膜や有機半導体デバイスを構築することができる。また、縮合多環芳香族化合物が良好な溶解性を有することで、塗布又は印刷による有機半導体薄膜の形成方法に使用するのに好適な濃度を有する有機半導体溶液(インク)を容易に調製することができ、上記有機半導体薄膜の形成方法により均質性の高い有機半導体薄膜の形成が可能になる。   According to the above configuration, by reducing the number of carbon atoms of the alkyl group to 4 or less, it is possible to reduce the interaction between alkyl chains between molecules and the interaction between BTBT skeletons. The cohesive force can be reduced. As a result, a condensed polycyclic aromatic compound having excellent thermal stability and good solubility can be realized. In addition, since the condensed polycyclic aromatic compound has excellent thermal stability, an organic semiconductor thin film or an organic semiconductor device having excellent thermal stability can be constructed using the condensed polycyclic aromatic compound. In addition, since the condensed polycyclic aromatic compound has good solubility, an organic semiconductor solution (ink) having a concentration suitable for use in a method for forming an organic semiconductor thin film by coating or printing can be easily prepared. The organic semiconductor thin film can be formed with high homogeneity by the method for forming the organic semiconductor thin film.

本発明によれば、優れた熱安定性と良好な溶解性とを有する縮合多環芳香族化合物、その化合物を用いた有機半導体材料、その化合物を用いた有機半導体薄膜及びその形成方法、並びにその化合物を用いた有機薄膜トランジスタ等の有機半導体デバイスを提供できる。   According to the present invention, a condensed polycyclic aromatic compound having excellent thermal stability and good solubility, an organic semiconductor material using the compound, an organic semiconductor thin film using the compound, a formation method thereof, and the An organic semiconductor device such as an organic thin film transistor using the compound can be provided.

本発明の有機薄膜トランジスタのいくつかの態様例を示す概略断面図であり、(a)はボトムゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(b)はボトムゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(c)はトップゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(d)はボトムゲート−トップ&ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(e)は静電誘導トランジスタの態様例を示す概略断面図であり、(f)はトップゲート−ボトムコンタクト型有機薄膜トランジスタの態様例を示す断面概略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows some examples of the organic thin-film transistor of this invention, (a) is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of a bottom gate-bottom contact type organic thin-film transistor, (b) is a bottom gate-top. It is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of a contact type organic thin-film transistor, (c) is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of a top gate-top contact type organic thin-film transistor, (d) is a bottom gate-top & bottom contact type It is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of an organic thin-film transistor, (e) is a schematic sectional drawing which shows the example of an aspect of an electrostatic induction transistor, (f) is a cross section which shows the example of an aspect of a top gate-bottom contact type organic thin-film transistor FIG. 本発明の有機薄膜トランジスタの一態様例としてのボトムゲート−トップコンタクト型有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための説明図であり、(a)〜(f)は上記製造方法の各工程を示す概略断面図である。It is explanatory drawing for demonstrating the manufacturing method of the bottom-gate top contact type organic thin-film transistor as one example of the organic thin-film transistor of this invention, (a)-(f) is a schematic cross section which shows each process of the said manufacturing method FIG. 本発明の有機半導体デバイスの一態様としての有機太陽電池デバイスの構造の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the structure of the organic solar cell device as one aspect | mode of the organic-semiconductor device of this invention. 実施例1及び比較例1、3、5で得られた縮合多環芳香族化合物の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of the condensed polycyclic aromatic compound obtained in Example 1 and Comparative Examples 1, 3, and 5. 実施例1、2及び比較例1、3、5、6で得られた縮合多環芳香族化合物の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of the condensed polycyclic aromatic compound obtained in Example 1, 2 and Comparative Example 1, 3, 5, 6. 実施例4で得られた縮合多環芳香族化合物の示差熱・熱重量変化曲線を示す図である。4 is a diagram showing a differential heat / thermogravimetric change curve of the condensed polycyclic aromatic compound obtained in Example 4. FIG. 実施例1〜3及び比較例1で得られた縮合多環芳香族化合物の示差走査熱量曲線を示す図である。It is a figure which shows the differential scanning calorific value curve of the condensed polycyclic aromatic compound obtained in Examples 1-3 and Comparative Example 1. 比較例2〜6で得られた縮合多環芳香族化合物の示差走査熱量曲線を示す図である。It is a figure which shows the differential scanning calorific value curve of the condensed polycyclic aromatic compound obtained by Comparative Examples 2-6. 実施例5〜8で得られた縮合多環芳香族化合物の示差走査熱量曲線を示す図である。It is a figure which shows the differential scanning calorific value curve of the condensed polycyclic aromatic compound obtained in Examples 5-8. 実施例9で得られた有機薄膜トランジスタの半導体特性を示すグラフである。10 is a graph showing semiconductor characteristics of the organic thin film transistor obtained in Example 9.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

〔縮合多環芳香族化合物〕
本発明の縮合多環芳香族化合物は、下記一般式(1)
[Condensed polycyclic aromatic compound]
The condensed polycyclic aromatic compound of the present invention has the following general formula (1):

Figure 0006592758
Figure 0006592758

(式中、R及びRは、一方がアリール基、他方が水素原子を表し、R及びRは、一方が炭素数1〜4のアルキル基、他方が水素原子を表し、X及びXはそれぞれ独立に、硫黄原子、セレン原子、またはテルル原子を表す)
で表される縮合多環芳香族化合物である。
(In the formula, one of R 1 and R 2 represents an aryl group, the other represents a hydrogen atom, R 3 and R 4 represent one alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, the other represents a hydrogen atom, and X 1 And X 2 each independently represents a sulfur atom, a selenium atom, or a tellurium atom)
It is a condensed polycyclic aromatic compound represented by these.

一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物のうちで、合成が容易であることから、[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェン骨格上におけるアリール基の置換位置とアルキル基の置換位置とが対称的な化合物、すなわち、一般式(1)においてRがアリール基、Rが水素原子、Rが炭素数1〜4のアルキル基、Rが水素原子である化合物、又は、一般式(1)においてRが水素原子、Rがアリール基、Rが水素原子、Rが炭素数1〜4のアルキル基である化合物が好ましく、これら化合物の中でも、熱安定性がより高いことから、一般式(1)においてRがアリール基、Rが水素原子、Rが炭素数1〜4のアルキル基、Rが水素原子である化合物が最も好ましい。 [1] Benzochalcogeno [3,2-b] [1] Aryl group on benzochalcogenophene skeleton because of easy synthesis among the condensed polycyclic aromatic compounds represented by general formula (1) A compound in which the substitution position of and the substitution position of the alkyl group are symmetrical, that is, in general formula (1), R 1 is an aryl group, R 2 is a hydrogen atom, R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 4 Is a compound in which R 1 is a hydrogen atom, or a compound in which R 1 is a hydrogen atom, R 2 is an aryl group, R 3 is a hydrogen atom, and R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in the general formula (1), Among these compounds, R 1 is an aryl group, R 2 is a hydrogen atom, R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 4 is a hydrogen atom because of higher thermal stability. Certain compounds are most preferred.

上記炭素数1〜4のアルキル基は、炭素数1〜4の直鎖アルキル基(メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基)であってもよく、炭素数3〜4の分岐アルキル基(イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基)であってもよい。上記アルキル基は、縮合多環芳香族化合物の熱安定性及び溶解性がより高くなることから、炭素数2〜4のアルキル基であることが好ましい。   The alkyl group having 1 to 4 carbon atoms may be a linear alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group), or 3 to 4 carbon atoms. It may be a branched alkyl group (isopropyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group). The alkyl group is preferably an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms because the thermal stability and solubility of the condensed polycyclic aromatic compound are further increased.

上記アリール基は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基である。上記アリール基は、芳香環を構成する炭素の数が少ないほど縮合多環芳香族化合物の溶解性がより高くなることから、芳香環を構成する炭素の数が6〜14であるアリール基(例えば、置換又は無置換のフェニル基、置換又は無置換の1−ナフチル基、置換又は無置換の2−ナフチル基、置換又は無置換のビフェニル基、置換又は無置換のアンスラニル基など)であることが好ましく、芳香環を構成する炭素の数が6〜10であるアリール基(例えば、置換又は無置換のフェニル基、置換又は無置換の1−ナフチル基、置換又は無置換の2−ナフチル基など)であることがより好ましく、フェニル基であることが最も好ましい。芳香環上の置換基は、アルキル基であることが好ましく、アルキル基の炭素数が多すぎると熱安定性が低下する恐れがあることから、炭素数が少ない方がより好ましく、炭素数1〜2のアルキル基であることが特に好ましい。   The aryl group is an aromatic hydrocarbon group that may have a substituent. In the aryl group, the solubility of the condensed polycyclic aromatic compound becomes higher as the number of carbons constituting the aromatic ring is smaller. Therefore, the aryl group having 6 to 14 carbons constituting the aromatic ring (for example, Substituted or unsubstituted phenyl group, substituted or unsubstituted 1-naphthyl group, substituted or unsubstituted 2-naphthyl group, substituted or unsubstituted biphenyl group, substituted or unsubstituted anthranyl group). Preferably, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms constituting the aromatic ring (for example, a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted 1-naphthyl group, a substituted or unsubstituted 2-naphthyl group, etc.) Is more preferable, and a phenyl group is most preferable. The substituent on the aromatic ring is preferably an alkyl group, and if the alkyl group has too many carbon atoms, the thermal stability may be reduced. Particularly preferred is an alkyl group of 2.

一般式(1)で表される化合物の具体例を、下記表1及び表2に示す。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown in Tables 1 and 2 below.

Figure 0006592758
Figure 0006592758

Figure 0006592758
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上記縮合多環芳香族化合物は、示差走査熱量曲線において170℃未満に相転移を示すピークが観測されない化合物であることが好ましく、示差走査熱量曲線において200℃未満に相転移を示すピークが観測されない化合物であることがより好ましく、これにより、熱安定性がより高い縮合多環芳香族化合物やそれを用いた有機半導体薄膜及び有機半導体デバイスを実現できる。   The condensed polycyclic aromatic compound is preferably a compound in which a peak showing a phase transition below 170 ° C. is not observed in the differential scanning calorimetry curve, and a peak showing a phase transition below 200 ° C. is not observed in the differential scanning calorimetry curve. It is more preferable that the compound be a compound, whereby a condensed polycyclic aromatic compound having higher thermal stability, an organic semiconductor thin film and an organic semiconductor device using the same can be realized.

上記縮合多環芳香族化合物は、液晶性を示さないことが好ましい。これにより、熱安定性がより高い縮合多環芳香族化合物やそれを用いた有機半導体薄膜及び有機半導体デバイスを実現できる。   The condensed polycyclic aromatic compound preferably does not exhibit liquid crystallinity. Thereby, a condensed polycyclic aromatic compound with higher thermal stability, an organic semiconductor thin film and an organic semiconductor device using the same can be realized.

また、上記縮合多環芳香族化合物は、有機溶媒に対する溶解度が十分に高いことが好ましく、具体的には、クロロホルムに対する溶解度が3.5mg/mL以上であることが好ましく、クロロホルムに対する溶解度が5mg/mL以上であることがより好ましい。これにより、有機溶媒に対する溶解性がより高く、塗布又は印刷による適切な膜厚の薄膜の形成が容易な縮合多環芳香族化合物を実現できる。有機溶媒に対する上記縮合多環芳香族化合物の溶解度は、高いほど好ましいので、上限は特にない。ただし、有機溶媒に対する溶解度が非常に高い縮合多環芳香族化合物については、有機溶媒に溶解させた溶液の塗布又は印刷により有機半導体薄膜を形成する場合には、溶解する限界まで縮合多環芳香族化合物を溶解させると、溶液中における縮合多環芳香族化合物の濃度が高くなりすぎて均質性の高い有機半導体薄膜を形成することが困難になる恐れがあるので、溶液中における縮合多環芳香族化合物の濃度を適宜設定すればよい。   The condensed polycyclic aromatic compound preferably has a sufficiently high solubility in an organic solvent. Specifically, the solubility in chloroform is preferably 3.5 mg / mL or more, and the solubility in chloroform is 5 mg / mL. More preferably, it is mL or more. Thereby, it is possible to realize a condensed polycyclic aromatic compound that has higher solubility in an organic solvent and can easily form a thin film having an appropriate film thickness by coating or printing. Since the solubility of the condensed polycyclic aromatic compound in an organic solvent is preferably as high as possible, there is no particular upper limit. However, for condensed polycyclic aromatic compounds with very high solubility in organic solvents, when an organic semiconductor thin film is formed by applying or printing a solution dissolved in an organic solvent, the condensed polycyclic aromatic compound is dissolved to the limit of dissolution. If the compound is dissolved, the concentration of the condensed polycyclic aromatic compound in the solution may become too high, making it difficult to form a highly homogeneous organic semiconductor thin film. What is necessary is just to set the density | concentration of a compound suitably.

一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物は、例えば、Rがアリール基(Ar)であり、Rが炭素数1〜4のアルキル基であり、R及びRが水素原子である場合には、例えば下記スキーム1に示すように、対応する2−アルキル[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンを原料として用いて臭素化を行って対応する2−アルキル−7−ブロモ[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンを得た後、アリールボロン酸とのカップリング反応を行うことにより、合成できる。 In the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1), for example, R 1 is an aryl group (Ar), R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 and R 4 are In the case of a hydrogen atom, for example, as shown in Scheme 1 below, bromination is performed using the corresponding 2-alkyl [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene as a raw material. After obtaining the corresponding 2-alkyl-7-bromo [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene, it can be synthesized by performing a coupling reaction with arylboronic acid.

Figure 0006592758
Figure 0006592758

(上記スキーム中において、Rは炭素数1〜4のアルキル基を表す)
上記スキーム1の出発物質である2−アルキル[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンは、例えば、Rが−CH(Rは炭素数1〜3のアルキル基を表す)で表されるアルキル基である場合には、例えば下記スキーム2に示すように、[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンを出発原料として用いてフリーデル・クラフツ反応を行って2−アルキルカルボニル[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンを得た後、これを還元することで、合成できる。
(In the above scheme, R 5 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms)
For example, in the case of 2-alkyl [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene that is a starting material of the above-described scheme 1, R 5 is —CH 2 R 6 (where R 6 has 1 to 3 carbon atoms). For example, as shown in Scheme 2 below, [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene is used as a starting material. Then, the Friedel-Crafts reaction is carried out to obtain 2-alkylcarbonyl [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene, which is then reduced.

Figure 0006592758
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また、上記スキーム1の出発物質である2−アルキル[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンは、例えば、Rがメチル基である場合には、下記スキーム3に示すように、[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンを出発原料として用いて臭素化を行って2−ブロモ[1]ベンゾカルコゲノ[3,2−b][1]ベンゾカルコゲノフェンを得た後、この化合物をメチルボロン酸とのカップリング反応に付すことで、合成できる。 In addition, 2-alkyl [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene, which is the starting material of Scheme 1 above, can be represented by the following scheme 3 when R 5 is a methyl group, for example. As shown, bromination was performed using [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1] benzochalcogenophene as a starting material to give 2-bromo [1] benzochalcogeno [3,2-b] [1]. After obtaining benzochalcogenophene, it can be synthesized by subjecting this compound to a coupling reaction with methylboronic acid.

Figure 0006592758
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〔有機半導体薄膜及びその形成方法、並びにそれに用いる有機半導体材料〕
本発明の有機半導体薄膜は、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含むものである。
[Organic semiconductor thin film and method for forming the same, and organic semiconductor material used therefor]
The organic semiconductor thin film of this invention contains the condensed polycyclic aromatic compound represented by General formula (1).

本発明の有機半導体薄膜の厚みは、その用途によって異なり、特に限定されるものではないが、通常は、0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜3μmであり、より好ましくは1nm〜1μmである。   The thickness of the organic semiconductor thin film of the present invention varies depending on its use and is not particularly limited, but is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 3 μm, more preferably 1 nm to 1 μm.

本発明の有機半導体薄膜の形成方法としては、各種の方法を用いることができる。一般的に、上記有機半導体薄膜の形成方法は、真空プロセスによる形成方法と、溶液プロセスによる形成方法とに大別され、何れを用いてもよい。上記真空プロセスによる有機半導体薄膜の形成方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、分子積層法、CVD法、分子線エピタキシャル成長法、真空蒸着法等が挙げられる。また、溶液プロセスによる有機半導体薄膜の形成方法としては、スピンコート法、ドロップキャスト法、ディップコート法、スプレー法、ダイコーター法、ロールコーター法、バーコーター法等の塗布法;フレキソ印刷、樹脂凸版印刷等の凸版印刷法;オフセット印刷法、ドライオフセット印刷法、パッド印刷法等の平板印刷法;グラビア印刷法等の凹版印刷法;シルクスクリーン印刷法、謄写版印刷法、リソグラフ印刷法等の孔版印刷法;インクジェット印刷法;マイクロコンタクト印刷法等が挙げられる。上記有機半導体薄膜は、上記した1つの形成方法によって形成することも、上記した形成方法を複数組み合わせて形成することも可能である。以下、有機半導体薄膜の形成方法について、詳細に説明する。   Various methods can be used as the method of forming the organic semiconductor thin film of the present invention. In general, the method for forming the organic semiconductor thin film is roughly classified into a formation method by a vacuum process and a formation method by a solution process, and any of them may be used. Examples of the method for forming an organic semiconductor thin film by the vacuum process include resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, molecular lamination, CVD, molecular beam epitaxial growth, and vacuum vapor deposition. In addition, as a method for forming an organic semiconductor thin film by a solution process, a spin coating method, a drop casting method, a dip coating method, a spray method, a die coater method, a roll coater method, a bar coater method, etc .; flexographic printing, resin letterpress Topographic printing methods such as printing; flat plate printing methods such as offset printing methods, dry offset printing methods and pad printing methods; intaglio printing methods such as gravure printing methods; stencil printing such as silk screen printing methods, photocopier printing methods and lithographic printing methods Method; inkjet printing method; microcontact printing method and the like. The organic semiconductor thin film can be formed by the above-described one forming method, or can be formed by combining a plurality of the above-described forming methods. Hereinafter, a method for forming an organic semiconductor thin film will be described in detail.

本発明の有機半導体薄膜の形成方法としては、少なくとも1種類の一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物と、有機溶媒とを含む有機半導体材料を、有機半導体薄膜を形成しようとする表面(以下「被着面」と称する)上に塗布又は印刷した後、有機溶媒を除去する方法が好ましい。   As an organic semiconductor thin film forming method of the present invention, an organic semiconductor thin film is formed from an organic semiconductor material containing at least one condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) and an organic solvent. A method of removing the organic solvent after coating or printing on the surface to be coated (hereinafter referred to as “attached surface”) is preferable.

本発明の有機半導体材料は、上記方法に好適に使用されるものであり、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物と、有機溶媒とを含んでいる。本発明の有機半導体材料は、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を有機溶媒に溶解又は分散させることで調製することができる。   The organic semiconductor material of this invention is used suitably for the said method, and contains the condensed polycyclic aromatic compound represented by General formula (1), and the organic solvent. The organic semiconductor material of the present invention can be prepared by dissolving or dispersing the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) in an organic solvent.

上記有機半導体材料に使用する有機溶媒としては、被着面上への上記縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜の成膜を可能とするものであれば、特に限定されるものではない。上記有機溶媒としては、具体的には、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;ジエチルエーテル、アニソール、エトキシベンゼン、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒;オクタフルオロペンタノール、ペンタフルオロプロパノール等のフッ化アルコール系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル、炭酸ジエチル等のエステル系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、テトラヒドロナフタレン、フェニルシクロヘキサン等の芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン、デカン、デカヒドロナフタレン等の炭化水素系溶媒等が挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。   The organic solvent used for the organic semiconductor material is not particularly limited as long as the organic semiconductor thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound can be formed on the deposition surface. Specific examples of the organic solvent include halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, chloroform, dichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, and chloronaphthalene; ether solvents such as diethyl ether, anisole, ethoxybenzene, and tetrahydrofuran; dimethylacetamide Amide solvents such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; Nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile and benzonitrile; Alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol and cyclohexanol; Octafluoropentanol and penta Fluorinated alcohol solvents such as fluoropropanol; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl benzoate, diethyl carbonate; benzene, toluene, Ren, mesitylene, ethylbenzene, tetrahydronaphthalene, aromatic hydrocarbon solvents such as phenyl cyclohexane; hexane, cyclohexane, octane, decane, hydrocarbon solvents such as decahydronaphthalene and the like. These may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.

有機半導体材料中における一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物の含有量は、有機溶媒の種類や作成する有機半導体薄膜の厚みにより異なり、一概に決めることは困難である。その目安としては、上記有機半導体材料の全量に対して、0.001重量%〜20重量%の範囲内であることが好ましく、0.01重量%〜10重量%の範囲内であることがより好ましい。また、本発明の有機半導体材料は上記の有機溶媒に溶解又は分散していればよいが、均一な溶液として溶解している方が好ましい。   The content of the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) in the organic semiconductor material varies depending on the type of the organic solvent and the thickness of the organic semiconductor thin film to be prepared, and it is difficult to determine it in general. As a guideline, it is preferably within a range of 0.001% by weight to 20% by weight and more preferably within a range of 0.01% by weight to 10% by weight with respect to the total amount of the organic semiconductor material. preferable. The organic semiconductor material of the present invention may be dissolved or dispersed in the above organic solvent, but is preferably dissolved as a uniform solution.

上記有機半導体材料は、必要に応じて、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物以外の他の有機半導体や各種の添加剤を含むことができる。   The said organic-semiconductor material can contain other organic semiconductors and various additives other than the condensed polycyclic aromatic compound represented by General formula (1) as needed.

上記添加剤としては、例えば、半導体性を示す半導体性高分子化合物や、絶縁性を示す絶縁性高分子化合物などが挙げられる。上記半導体性高分子化合物の具体例として、ポリアセチレン系高分子、ポリジアセチレン系高分子、ポリパラフェニレン系高分子、ポリアニリン系高分子、ポリチオフェン系高分子、ポリアリールアミン系高分子、ポリピロール系高分子、ポリチエニレンビニレン系高分子、ポリアニリン系高分子、ポリアズレン系高分子、ポリピレン系高分子、ポリカルバゾール系高分子、ポリセレノフェン系高分子、ポリフラン系高分子、ポリ(p−フェニレン)系高分子、ポリインドール系高分子、ポリピリダジン系高分子、ポリスルフィド系高分子、ポリパラフェニレンビニレン系高分子、ポリエチレンジオキシチオフェン系高分子、核酸や、これらの誘導体などが挙げられる。   Examples of the additive include a semiconducting polymer compound exhibiting semiconductivity and an insulating polymer compound exhibiting insulation. Specific examples of the semiconducting polymer compound include polyacetylene polymer, polydiacetylene polymer, polyparaphenylene polymer, polyaniline polymer, polythiophene polymer, polyarylamine polymer, polypyrrole polymer. , Polythienylene vinylene polymer, polyaniline polymer, polyazulene polymer, polypyrene polymer, polycarbazole polymer, polyselenophene polymer, polyfuran polymer, poly (p-phenylene) polymer high Examples thereof include molecules, polyindole polymers, polypyridazine polymers, polysulfides polymers, polyparaphenylene vinylene polymers, polyethylenedioxythiophene polymers, nucleic acids, and derivatives thereof.

一方、上記絶縁性高分子材料の具体例としては、アクリル系高分子、ポリエチレン系高分子、ポリメタクリレート系高分子、ポリスチレン系高分子、ポリエチレンテレフタレート系高分子、ナイロン系高分子、ポリアミド系高分子、ポリエステル系高分子、ビニロン系高分子、ポリイソプレン系高分子、セルロース系高分子、共重合系高分子およびこれらの誘導体などが挙げられる。   On the other hand, specific examples of the insulating polymer material include acrylic polymer, polyethylene polymer, polymethacrylate polymer, polystyrene polymer, polyethylene terephthalate polymer, nylon polymer, polyamide polymer. Polyester polymer, vinylon polymer, polyisoprene polymer, cellulose polymer, copolymer polymer, and derivatives thereof.

半導体性高分子化合物、絶縁性高分子化合物等の高分子材料を使用するのであれば、有機半導体材料の総量を1とした場合における高分子材料の使用量は、通常は0.5%〜95%、好ましくは1%〜90%、より好ましくは3%〜75%、最も好ましくは5%〜50%の範囲である。なお、高分子材料を使用しなくてもよい。   If a polymer material such as a semiconductor polymer compound or an insulating polymer compound is used, the amount of the polymer material used when the total amount of the organic semiconductor material is 1 is usually 0.5% to 95%. %, Preferably 1% to 90%, more preferably 3% to 75%, and most preferably 5% to 50%. It is not necessary to use a polymer material.

また、有機半導体材料には、得られる効果を損なわない限りにおいて、その他の添加物、例えば、キャリア発生剤(ドーパント)、導電性物質、粘度調整剤、表面張力調整剤、レベリング剤、浸透剤、濡れ調製剤、レオロジー調整剤などを加えてもよい。上記のその他の添加物を添加する場合、上記のその他の添加物の添加量は、有機半導体材料の総量を1とした場合、通常は0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜3重量%の範囲である。   In addition, the organic semiconductor material has other additives such as a carrier generator (dopant), a conductive substance, a viscosity modifier, a surface tension modifier, a leveling agent, a penetrant, as long as the obtained effect is not impaired. Wetting preparation agents, rheology modifiers and the like may be added. When the above other additives are added, the amount of the above other additives is usually 0.01 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5 when the total amount of the organic semiconductor material is 1. % By weight, more preferably 0.1 to 3% by weight.

本発明の有機半導体材料は、他の添加物を含有してもよい。しかし、含有しなくても本発明の効果を得ることができる。   The organic semiconductor material of the present invention may contain other additives. However, even if it does not contain, the effect of the present invention can be obtained.

上記の塗布又は印刷を用いた形成方法では、有機半導体薄膜の形成時における被着物(有機半導体薄膜をその表面上に形成しようとする物体)や有機半導体材料の温度等の環境も重要であり、被着物や有機半導体材料の温度によっては、有機半導体薄膜の特性が変化する(有機半導体薄膜を後述する有機半導体デバイスに使用した場合には、有機半導体デバイスの特性が変化する)ので、有機半導体薄膜の形成時の被着物及び有機半導体材料の温度を注意深く選択することが好ましい。被着物及び有機半導体材料の温度は、通常は、0〜200℃であり、好ましくは10〜120℃であり、より好ましくは15〜100℃である。有機半導体材料の温度は、当該有機半導体材料に含まれる有機溶媒の種類等に大きく依存するため、注意が必要である。   In the formation method using the above coating or printing, the environment such as the temperature of the adherend (an object to form the organic semiconductor thin film on the surface) and the organic semiconductor material during the formation of the organic semiconductor thin film is also important. Depending on the temperature of the adherend and the organic semiconductor material, the characteristics of the organic semiconductor thin film change (when the organic semiconductor thin film is used in an organic semiconductor device described later, the characteristics of the organic semiconductor device change). It is preferred to carefully select the temperature of the deposit and the organic semiconductor material during the formation of. The temperature of the adherend and the organic semiconductor material is usually 0 to 200 ° C, preferably 10 to 120 ° C, more preferably 15 to 100 ° C. Care must be taken because the temperature of the organic semiconductor material largely depends on the type of the organic solvent contained in the organic semiconductor material.

上記の塗布又は印刷を用いた形成方法により形成される有機半導体薄膜の厚みは、通常、0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜3μmであり、より好ましくは1nm〜1μmである。   The thickness of the organic semiconductor thin film formed by the forming method using the above coating or printing is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 3 μm, and more preferably 1 nm to 1 μm.

次に、上述の塗布又は印刷を用いた方法に類似した有機半導体薄膜の形成方法として、水面上に上記有機半導体材料を滴下することにより一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜の単分子膜を作製し、その単分子膜を被着面上に移し積層させるラングミュアプロジェクト法;一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む液晶状態や融液状態の有機半導体薄膜形成用材料を毛管現象で基板間に導入する方法等も採用できる。   Next, as a method for forming an organic semiconductor thin film similar to the method using coating or printing described above, the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is obtained by dropping the organic semiconductor material onto the water surface. A Langmuir project method in which a monomolecular film of an organic semiconductor thin film is prepared, and the monomolecular film is transferred to a deposition surface and laminated; a liquid crystal state or a melt containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) For example, a method of introducing the organic semiconductor thin film forming material in a state between the substrates by capillary action may be employed.

さらに、他の有機半導体薄膜の形成方法として、前述した真空プロセスによって一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜を形成する方法についても説明する。   Furthermore, as another method for forming an organic semiconductor thin film, a method for forming an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) by the vacuum process described above will be described.

この方法としては、上記縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜形成用材料を、ルツボや金属のボート等の容器中で真空下に加熱することで蒸発させ、蒸発した有機半導体薄膜形成用材料を、被着物の被着面に付着(蒸着)させる方法、すなわち、真空蒸着法が好ましく採用される。この蒸着の際の真空度は、通常は1.0×10−1Pa以下であり、好ましくは1.0×10−3Pa以下である。また、蒸着時の被着物の温度によっては、有機半導体薄膜の特性が変化する。有機半導体薄膜を後述する有機半導体デバイス(有機薄膜トランジスタ)の半導体層として使用した場合には、これにより、有機半導体デバイスの特性が変化するので、蒸着時の被着物の温度を注意深く選択することが好ましい。蒸着時の被着物の温度は、通常は0〜200℃であり、好ましくは5〜180℃であり、より好ましくは10〜150℃であり、さらに好ましくは15〜120℃であり、特に好ましくは20〜100℃である。また、蒸着速度は、通常は0.001nm/秒〜10nm/秒であり、好ましくは0.01nm/秒〜1nm/秒である。また、上記有機半導体材料から形成される有機半導体薄膜の厚みは、通常、0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜3μmであり、より好ましくは1nm〜1μmである。 As this method, the organic semiconductor thin film forming material containing the condensed polycyclic aromatic compound is evaporated by heating under vacuum in a vessel such as a crucible or a metal boat, and the evaporated organic semiconductor thin film forming material A method of adhering (depositing) to the adherend surface of the adherend, that is, a vacuum vapor deposition method is preferably employed. The degree of vacuum at the time of this vapor deposition is usually 1.0 × 10 −1 Pa or less, preferably 1.0 × 10 −3 Pa or less. Moreover, the characteristics of the organic semiconductor thin film change depending on the temperature of the deposit during vapor deposition. When an organic semiconductor thin film is used as a semiconductor layer of an organic semiconductor device (organic thin film transistor) to be described later, this changes the characteristics of the organic semiconductor device, so it is preferable to carefully select the temperature of the deposit during vapor deposition. . The temperature of the adherend during vapor deposition is usually 0 to 200 ° C, preferably 5 to 180 ° C, more preferably 10 to 150 ° C, still more preferably 15 to 120 ° C, and particularly preferably. 20 to 100 ° C. The deposition rate is usually 0.001 nm / second to 10 nm / second, preferably 0.01 nm / second to 1 nm / second. Moreover, the thickness of the organic-semiconductor thin film formed from the said organic-semiconductor material is 0.1 nm-10 micrometers normally, Preferably it is 0.5 nm-3 micrometers, More preferably, it is 1 nm-1 micrometer.

本発明の有機半導体薄膜は、有機半導体デバイス、特に、有機薄膜トランジスタにおいて、半導体層を構成する有機半導体薄膜として利用可能である。   The organic semiconductor thin film of the present invention can be used as an organic semiconductor thin film constituting a semiconductor layer in an organic semiconductor device, particularly an organic thin film transistor.

〔有機半導体デバイス及びその製造方法〕
一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物をエレクトロニクス用途の材料として用いて、有機半導体デバイスを作製することができる。本発明の有機半導体デバイスは、上記した本発明の有機半導体薄膜(すなわち、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜)を含むものである。
[Organic semiconductor device and manufacturing method thereof]
An organic semiconductor device can be produced using the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) as a material for electronics. The organic semiconductor device of the present invention includes the above-described organic semiconductor thin film of the present invention (that is, an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1)).

本発明の有機半導体デバイスは、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜を形成する工程を含む製造方法によって製造することができる。有機半導体デバイスの製造において、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜の形成方法には、前述した本発明の有機半導体薄膜の形成方法のいずれも採用することができるが、溶液プロセスによる有機半導体薄膜の形成方法、具体的には、上記した本発明の有機半導体材料を、有機半導体薄膜を形成しようとする表面上に塗布又は印刷して、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜を形成する方法がより好ましい。   The organic semiconductor device of this invention can be manufactured by the manufacturing method including the process of forming the organic-semiconductor thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound represented by General formula (1). In the production of an organic semiconductor device, any of the methods for forming an organic semiconductor thin film of the present invention described above may be adopted as a method for forming an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). A method for forming an organic semiconductor thin film by a solution process, specifically, the organic semiconductor material of the present invention described above is applied or printed on the surface on which the organic semiconductor thin film is to be formed, and the general formula (1) The method of forming the organic-semiconductor thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound represented by these is more preferable.

上記有機半導体デバイスとしては、例えば有機薄膜トランジスタや光電変換デバイス、有機太陽電池デバイス、有機ELデバイス、有機発光トランジスタデバイス、有機半導体レーザーデバイス等が挙げられる。これらについて詳細に説明する。   Examples of the organic semiconductor device include organic thin film transistors, photoelectric conversion devices, organic solar cell devices, organic EL devices, organic light emitting transistor devices, and organic semiconductor laser devices. These will be described in detail.

(有機薄膜トランジスタ)
まず、有機薄膜トランジスタについて詳しく説明する。
(Organic thin film transistor)
First, the organic thin film transistor will be described in detail.

有機薄膜トランジスタは、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜からなる少なくとも1つの半導体層と、該半導体層に接して互いに離間するように配設された2つの電極、すなわち、ソース電極及びドレイン電極と、上記半導体層におけるソース電極に接する表面とドレイン電極に接する表面との間の領域(チャンネル領域)に対向するように配設されたゲート電極と呼ばれるもう一つの電極とを備え、ソース電極及びドレイン電極間に流れる電流を、ゲート電極に印加する電圧によって制御するものである。   The organic thin film transistor includes at least one semiconductor layer made of an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1), and two electrodes disposed so as to be in contact with and separated from the semiconductor layer That is, another source called a gate electrode disposed so as to oppose a source electrode and a drain electrode and a region (channel region) between the surface in contact with the source electrode and the surface in contact with the drain electrode in the semiconductor layer. And a current flowing between the source electrode and the drain electrode is controlled by a voltage applied to the gate electrode.

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

以下、図1を用いて有機薄膜トランジスタについてより詳細に説明するが、本発明はこれらの構造には限定されない。   Hereinafter, although an organic thin-film transistor is demonstrated in detail using FIG. 1, this invention is not limited to these structures.

図1に、有機薄膜トランジスタのいくつかの態様例の概略断面図を示す。図1(a)〜図1(d)及び(f)に示す各態様例の有機薄膜トランジスタ10A〜10D及び10Fは、ソース電極1、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜を有する少なくとも1つの半導体層2、ドレイン電極3、絶縁体層4、ゲート電極5、基板6を備えている。図1(e)に示す有機薄膜トランジスタ10Eは、ソース電極1、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜を有する少なくとも1つの半導体層2、ドレイン電極3、ゲート電極5を備えている。なお、各層2、4及び電極1、3、5の配置は、有機薄膜トランジスタの用途により適宜選択できる。   In FIG. 1, the schematic sectional drawing of the some example of an organic thin-film transistor is shown. Organic thin-film transistors 10A to 10D and 10F of each embodiment shown in FIGS. 1 (a) to 1 (d) and (f) include a source electrode 1 and a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). At least one semiconductor layer 2 having an organic semiconductor thin film, a drain electrode 3, an insulator layer 4, a gate electrode 5, and a substrate 6 are provided. An organic thin film transistor 10E shown in FIG. 1E includes a source electrode 1, at least one semiconductor layer 2 having an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1), a drain electrode 3, and a gate electrode. 5 is provided. In addition, arrangement | positioning of each layer 2, 4 and the electrodes 1, 3, 5 can be suitably selected according to the use of an organic thin-film transistor.

有機薄膜トランジスタ10A〜10D及び10Fは、基板6、ソース電極1、及びドレイン電極3と平行な方向に電流が流れるので、横型トランジスタと呼ばれる。有機薄膜トランジスタ10A及び有機薄膜トランジスタ10Fは、半導体層2の下面(基板6に近い側の面)上にソース電極1及びドレイン電極3が配置された構造となっており、この構造はボトムコンタクト構造と呼ばれる。有機薄膜トランジスタ10B及び有機薄膜トランジスタ10Cは、半導体層2の上面(基板6から遠い側の面)上にソース電極1及びドレイン電極3が配置された構造となっており、この構造はトップコンタクト構造と呼ばれる。有機薄膜トランジスタ10Dは、ソース電極1及びドレイン電極3の一方が半導体層2の上面上に配置され、他方が半導体層2の下面上に配設された構造となっており、この構造はトップ&ボトムコンタクト構造と呼ばれる。   The organic thin film transistors 10A to 10D and 10F are called horizontal transistors because a current flows in a direction parallel to the substrate 6, the source electrode 1, and the drain electrode 3. The organic thin film transistor 10A and the organic thin film transistor 10F have a structure in which the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed on the lower surface of the semiconductor layer 2 (the surface close to the substrate 6), and this structure is called a bottom contact structure. . The organic thin film transistor 10B and the organic thin film transistor 10C have a structure in which the source electrode 1 and the drain electrode 3 are disposed on the upper surface of the semiconductor layer 2 (the surface far from the substrate 6), and this structure is called a top contact structure. . The organic thin film transistor 10D has a structure in which one of the source electrode 1 and the drain electrode 3 is disposed on the upper surface of the semiconductor layer 2, and the other is disposed on the lower surface of the semiconductor layer 2. It is called a contact structure.

有機薄膜トランジスタ10A、有機薄膜トランジスタ10B、及び有機薄膜トランジスタ10Dは、半導体層2の下側(基板6に近い側)にゲート電極5が配置された構造となっており、この構造はボトムゲート構造と呼ばれる。ボトムゲート構造では、単一の導電性基板(例えばシリコンウェハー)がゲート電極5と基板6とを兼ねてもよい。有機薄膜トランジスタ10C及び有機薄膜トランジスタ10Fは、半導体層2の上側(基板6から遠い側)にゲート電極5が配置された構造となっており、この構造はトップゲート構造と呼ばれる。   The organic thin film transistor 10A, the organic thin film transistor 10B, and the organic thin film transistor 10D have a structure in which the gate electrode 5 is disposed below the semiconductor layer 2 (side closer to the substrate 6), and this structure is called a bottom gate structure. In the bottom gate structure, a single conductive substrate (for example, a silicon wafer) may serve as the gate electrode 5 and the substrate 6. The organic thin film transistor 10C and the organic thin film transistor 10F have a structure in which the gate electrode 5 is disposed on the upper side (the side far from the substrate 6) of the semiconductor layer 2, and this structure is called a top gate structure.

各態様例における各構成要素について説明する。   Each component in each embodiment will be described.

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

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

なお、半導体層2と接触するソース電極1及びドレイン電極3には、コンタクト抵抗を低減させるための適切な仕事関数の選択や、表面処理等を行うことができる。   Note that the source electrode 1 and the drain electrode 3 in contact with the semiconductor layer 2 can be subjected to selection of an appropriate work function for reducing contact resistance, surface treatment, and the like.

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

ソース電極1及びドレイン電極3のそれぞれの構造(形)について説明する。ソース電極1とドレイン電極3の構造はそれぞれ同じであっても、異なっていてもよい。   The structures (shapes) of the source electrode 1 and the drain electrode 3 will be described. The structures of the source electrode 1 and the drain electrode 3 may be the same or different.

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

絶縁体層4としては、絶縁性を有する材料が用いられる。前記絶縁性を有する材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらポリマーの構成単位を2種以上組み合わせた共重合体;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の(強誘電性ではない)酸化物;SrTiO、BaTiO等の強誘電性酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物;硫化物、フッ化物等の誘電体等を使用できる。また、上記絶縁性を有する材料として、ポリマー中に上記誘電体(ただし上記ポリマーとは異なる材料)の粒子を分散させた材料も使用できる。上記絶縁性を有する材料としては、リーク電流を少なくするために電気絶縁特性が高いものが好ましく、これにより、絶縁体層4の膜厚を薄膜化し、絶縁容量を高くすることができ、取り出せる電流を多くすることができる。また半導体の移動度を向上させるためには、絶縁体層4は、当該絶縁体層4の表面の表面エネルギーを低下させることができる、凹凸がないスムースな膜であることが好ましい。その為に自己組織化単分子膜の絶縁体層4や、2層構成の絶縁体層4を形成させる場合がある。絶縁体層4の厚みは、材料によって異なるが、通常は、0.1nm〜100μm、好ましくは0.5nm〜50μm、より好ましくは5nm〜10μmである。 As the insulator layer 4, an insulating material is used. Examples of the insulating material include polyparaxylylene, polyacrylate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinylphenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, fluororesin, Polymers such as epoxy resins and phenol resins, and copolymers in which two or more structural units of these polymers are combined; oxides (not ferroelectric) such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide; SrTiO 3 , Ferroelectric oxides such as BaTiO 3 ; nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride; dielectrics such as sulfide and fluoride can be used. In addition, as the material having the insulating property, a material in which particles of the dielectric (however, a material different from the polymer) are dispersed in a polymer can be used. As the material having the insulating property, a material having high electrical insulation characteristics is preferable in order to reduce the leakage current. Thereby, the thickness of the insulator layer 4 can be reduced, the insulation capacity can be increased, and the current that can be taken out. Can be more. In order to improve the mobility of the semiconductor, it is preferable that the insulator layer 4 is a smooth film that can reduce the surface energy of the surface of the insulator layer 4 and has no unevenness. For this purpose, a self-assembled monolayer insulating layer 4 or a two-layered insulating layer 4 may be formed. The thickness of the insulator layer 4 varies depending on the material, but is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 5 nm to 10 μm.

半導体層2は、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜を有するものである。半導体層2の構造は、上記した本発明の有機半導体薄膜からなる層のみを有する単層構造であっても、上記した本発明の有機半導体薄膜からなる層を含む複数の層を有する複層構造であってもよいが、上記単層構造であることが好ましい。   The semiconductor layer 2 has an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). Even if the structure of the semiconductor layer 2 is a single layer structure having only the layer made of the organic semiconductor thin film of the present invention described above, a multilayer structure having a plurality of layers including the layer made of the organic semiconductor thin film of the present invention described above However, the single layer structure is preferable.

また、半導体層2の厚みは、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。有機半導体10A〜10D及び10F等のような横型の有機薄膜トランジスタにおいては、半導体層2の厚みが所定以上の厚みを有していれば有機半導体デバイスの特性は厚みに依存しない一方、半導体層2の厚みが厚くなりすぎると漏れ電流が増加してくることが多い。このため、半導体層2の厚みが適当な範囲内にあることが好ましい。半導体層2の厚みは、通常、0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜3μmであり、より好ましくは1nm〜1μmである。   The thickness of the semiconductor layer 2 is preferably as thin as possible without losing necessary functions. In a horizontal organic thin film transistor such as the organic semiconductors 10A to 10D and 10F, the characteristics of the organic semiconductor device do not depend on the thickness as long as the semiconductor layer 2 has a predetermined thickness or more. When the thickness becomes too thick, the leakage current often increases. For this reason, it is preferable that the thickness of the semiconductor layer 2 be in an appropriate range. The thickness of the semiconductor layer 2 is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 3 μm, more preferably 1 nm to 1 μm.

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

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

また、半導体層2が形成される表面(基板6の表面、絶縁体層4の表面等)に、半導体層2の形成前に予め表面改質又は表面処理を行うことにより、有機薄膜トランジスタ10A〜10Fの特性を向上させることが可能である。例えば、半導体層2が形成される表面の親水性/疎水性の度合いを調整することにより、その表面に形成される半導体層2の質(例えば、半導体層2を構成する有機半導体薄膜の膜質や成膜性)を改良することができる。特に、有機半導体材料からなる半導体層2は、分子の配向等のような層の状態によってその特性が大きく変わることがある。そのため、半導体層2が形成される表面への表面処理によって、半導体層2が形成される表面とその表面上に形成される半導体層2との界面部分における分子配向が制御されると共に、半導体層2が形成される基材(基板6や絶縁体層4等)中のトラップ部位が低減され、これにより、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。トラップ部位とは、未処理の基材中に存在する例えば水酸基等の官能基を意味する。半導体層2が形成される基材中にこのような官能基が存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果として、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度が低下する。従って、半導体層2が形成される基材中のトラップ部位を低減することも、有機薄膜トランジスタのキャリア移動度等の特性改良には有効な場合が多い。   Further, the surface of the semiconductor layer 2 (the surface of the substrate 6, the surface of the insulator layer 4, etc.) is subjected to surface modification or surface treatment in advance before the formation of the semiconductor layer 2, so that the organic thin film transistors 10A to 10F are obtained. It is possible to improve the characteristics. For example, by adjusting the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the surface on which the semiconductor layer 2 is formed, the quality of the semiconductor layer 2 formed on the surface (for example, the film quality of the organic semiconductor thin film constituting the semiconductor layer 2 or (Filmability) can be improved. In particular, the characteristics of the semiconductor layer 2 made of an organic semiconductor material may vary greatly depending on the state of the layer, such as molecular orientation. Therefore, the surface treatment on the surface on which the semiconductor layer 2 is formed controls the molecular orientation at the interface portion between the surface on which the semiconductor layer 2 is formed and the semiconductor layer 2 formed on the surface, and the semiconductor layer It is considered that the trap site in the base material (substrate 6, insulator layer 4, etc.) on which 2 is formed is reduced, thereby improving characteristics such as carrier mobility of the organic thin film transistor. The trap site means a functional group such as a hydroxyl group present in an untreated substrate. When such a functional group is present in the base material on which the semiconductor layer 2 is formed, electrons are attracted to the functional group, and as a result, the carrier mobility of the organic thin film transistor is lowered. Therefore, reducing trap sites in the substrate on which the semiconductor layer 2 is formed is often effective for improving characteristics such as carrier mobility of the organic thin film transistor.

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

上記した有機薄膜トランジスタ10A〜10Fにおいて、基材に各種の層を設ける方法(基板6上に絶縁体層4を設ける方法、基板6上に絶縁体層2を設ける方法、絶縁体層4上に半導体層2を設ける方法等)としては、前記した真空プロセス、溶液プロセスを適宜採用できる。   In the above-described organic thin film transistors 10A to 10F, a method of providing various layers on the substrate (a method of providing the insulator layer 4 on the substrate 6, a method of providing the insulator layer 2 on the substrate 6, a semiconductor on the insulator layer 4) As a method for providing the layer 2, etc., the above-described vacuum process and solution process can be appropriately employed.

(有機薄膜トランジスタの製造方法)
次に、本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法について、図1(b)に示す態様例のトップコンタクト−ボトムゲート型有機薄膜トランジスタ10Bを例として、図2に基づき以下に説明する。この製造方法は、図1に示した他の態様の有機薄膜トランジスタにも同様に適用しうるものである。
(Method for producing organic thin film transistor)
Next, a method for manufacturing an organic thin film transistor according to the present invention will be described below with reference to FIG. 2 by taking the top contact-bottom gate type organic thin film transistor 10B of the embodiment shown in FIG. This manufacturing method can be similarly applied to the organic thin film transistor of another embodiment shown in FIG.

(1)基板6の用意及び基板6の表面処理
有機薄膜トランジスタ10Bの製造方法では、まず基板6を用意し(図2(a)参照)、基板6上に必要な各種の層や電極を設けることで有機薄膜トランジスタ10Bを作製する。基板6としては、前述したものが使用できる。この基板6上に前述の表面処理等を行うことも可能である。基板6の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。また、必要に応じて、基板6に電極の機能を持たせるようにすることもできる。
(1) Preparation of substrate 6 and surface treatment of substrate 6 In the method of manufacturing organic thin film transistor 10B, first, substrate 6 is prepared (see FIG. 2A), and various layers and electrodes necessary for substrate 6 are provided. Thus, the organic thin film transistor 10B is manufactured. As the substrate 6, those described above can be used. It is also possible to perform the above-described surface treatment on the substrate 6. The thickness of the substrate 6 is preferably thin as long as necessary functions are not hindered. If necessary, the substrate 6 may have an electrode function.

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

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

なお、絶縁体層4と半導体層2とが接する部分においては、絶縁体層4と半導体層2との界面で半導体層2を構成する分子、例えば、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物の分子を良好に配向させるために、絶縁体層4に所定の表面処理を行うこともできる。絶縁体層4の表面処理の手法としては、基板6の表面処理と同様のものを用いることができる。絶縁体層4の厚みは、絶縁体層4の電気容量をあげることで、取り出す電気量を増やすことができるため、できるだけ薄いことが好ましい。ただし、絶縁体層4の厚みが薄いほどリーク電流が増えるため、絶縁体層4の厚みは、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。絶縁体層4の厚みは、上記の通りである。   Note that, in a portion where the insulator layer 4 and the semiconductor layer 2 are in contact with each other, a molecule constituting the semiconductor layer 2 at the interface between the insulator layer 4 and the semiconductor layer 2, for example, a condensed polymolecule represented by the general formula (1) In order to satisfactorily orient the molecules of the ring aromatic compound, the insulator layer 4 can be subjected to a predetermined surface treatment. As a surface treatment method for the insulator layer 4, the same surface treatment as that for the substrate 6 can be used. The thickness of the insulator layer 4 is preferably as thin as possible because the amount of electricity taken out can be increased by increasing the electric capacity of the insulator layer 4. However, since the leakage current increases as the insulator layer 4 is thinner, the insulator layer 4 is preferably thinner as long as the function is not impaired. The thickness of the insulator layer 4 is as described above.

(4)半導体層2の形成
次に、絶縁体層4上に、有機半導体材料を用いて有機半導体薄膜を形成し、半導体層2を得る(図2(d)参照)。半導体層2を形成するにあたっては、前述した本発明の有機半導体薄膜の形成方法を用いることができる。この工程では、有機半導体薄膜(半導体層)が形成される物体(被着物)が図2(c)に示す絶縁体層4であり、有機半導体薄膜(半導体層)が形成される表面(被着面)が絶縁体層4の上面である。
(4) Formation of Semiconductor Layer 2 Next, an organic semiconductor thin film is formed on the insulator layer 4 using an organic semiconductor material to obtain the semiconductor layer 2 (see FIG. 2D). In forming the semiconductor layer 2, the organic semiconductor thin film forming method of the present invention described above can be used. In this step, the object (attachment) on which the organic semiconductor thin film (semiconductor layer) is formed is the insulator layer 4 shown in FIG. 2C, and the surface on which the organic semiconductor thin film (semiconductor layer) is formed (deposition) Surface) is the upper surface of the insulator layer 4.

(5)半導体層2の後処理
このように形成された半導体層2(図2(d)参照)は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、半導体層2の後処理として熱処理を行うことにより、半導体層2の半導体特性の向上や安定化を図ることができる。この理由は、半導体層2を構成する有機半導体薄膜の形成時に生じた膜中の歪みが緩和されること、半導体層2中のピンホール等が低減されること、半導体層2中の配列・配向が制御できると考えらえていること等による。したがって、本発明の有機薄膜トランジスタの製造時には、上記熱処理を行うことが有機薄膜トランジスタの特性の向上のためには効果的である。上記熱処理は、半導体層2を形成した後に、半導体層2を含む積層体(ここでは図2(d)に示す積層体)を加熱することによって行う。上記熱処理の温度は、特に制限はないが、通常は、室温以上150℃以下であり、好ましくは40〜120℃であり、さらに好ましくは45〜100℃である。上記熱処理の時間は、特に制限はないが、通常は、10秒以上24時間以下であり、好ましくは30秒以上3時間以下である。上記熱処理の雰囲気に関しては、大気中で熱処理を行ってもよいし、窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下で熱処理を行ってもよい。その他、有機溶媒蒸気によって、半導体層2の形状を制御すること等も可能である。
(5) Post-processing of Semiconductor Layer 2 The characteristics of the semiconductor layer 2 (see FIG. 2D) formed in this way can be further improved by post-processing. For example, by performing heat treatment as a post-treatment of the semiconductor layer 2, the semiconductor characteristics of the semiconductor layer 2 can be improved and stabilized. This is because the strain in the film generated when the organic semiconductor thin film constituting the semiconductor layer 2 is formed is reduced, pinholes in the semiconductor layer 2 are reduced, and the arrangement and orientation in the semiconductor layer 2 are reduced. Is considered to be able to control. Therefore, when the organic thin film transistor of the present invention is manufactured, the above heat treatment is effective for improving the characteristics of the organic thin film transistor. The heat treatment is performed by heating the stacked body including the semiconductor layer 2 (here, the stacked body shown in FIG. 2D) after the semiconductor layer 2 is formed. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually room temperature or higher and 150 ° C. or lower, preferably 40 to 120 ° C., more preferably 45 to 100 ° C. The time for the heat treatment is not particularly limited, but is usually 10 seconds or longer and 24 hours or shorter, preferably 30 seconds or longer and 3 hours or shorter. Regarding the atmosphere of the heat treatment, the heat treatment may be performed in the air, or may be performed in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. In addition, the shape of the semiconductor layer 2 can be controlled by the organic solvent vapor.

また、半導体層2のその他の後処理方法として、酸素等の酸化性気体、水素等の還元性気体、酸化性液体、あるいは、還元性液体等を用いて半導体層2を処理することにより、酸化あるいは還元による半導体層2の特性変化を誘起することもできる。これは、例えば半導体層2中のキャリア密度の増加あるいは減少の目的で利用できる。   Further, as another post-treatment method for the semiconductor layer 2, the semiconductor layer 2 is treated with an oxidizing gas such as oxygen, a reducing gas such as hydrogen, an oxidizing liquid, or a reducing liquid, thereby oxidizing the semiconductor layer 2. Or the characteristic change of the semiconductor layer 2 by reduction | restoration can also be induced. This can be used for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the semiconductor layer 2, for example.

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

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

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

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

保護層7の材料としては、前述のものが使用される。また、保護層7の厚みは、その目的に応じて任意の厚みを採用できるが、通常は100nm〜1mmである。   As the material for the protective layer 7, the above-mentioned materials are used. Moreover, the thickness of the protective layer 7 can employ | adopt arbitrary thickness according to the objective, Usually, it is 100 nm-1 mm.

保護層7を形成する方法としては、各種の方法を採用しうるが、保護層7が樹脂からなる場合には、例えば、樹脂を含有する溶液を塗布した後に乾燥させて樹脂層とする方法;樹脂のモノマーを塗布あるいは蒸着した後に重合させる方法等が挙げられる。樹脂層の形成後に架橋処理を行ってもよい。保護層7が無機物からなる場合には、保護層7を形成する方法として、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスによる形成方法;ゾルゲル法等の溶液プロセスによる形成方法等も用いることができる。   As a method of forming the protective layer 7, various methods can be adopted. When the protective layer 7 is made of a resin, for example, a method of applying a solution containing a resin and drying it to obtain a resin layer; Examples thereof include a method of polymerizing after applying or vapor-depositing a resin monomer. You may perform a crosslinking process after formation of a resin layer. When the protective layer 7 is made of an inorganic material, as a method for forming the protective layer 7, for example, a forming method by a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method; a forming method by a solution process such as a sol-gel method can be used. .

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

本発明の有機薄膜トランジスタは、半導体層を構成する材料として、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体材料を用いているため、比較的低温プロセスでの製造が可能である。従って、本発明の有機薄膜トランジスタでは、高温にさらされる条件下では使用できなかったプラスチック板やプラスチックフィルム等のフレキシブルな材料も基板として用いることができる。その結果、本発明の有機薄膜トランジスタでは、フレキシブルな材料を基板として用いることで、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい有機半導体デバイスを実現でき、アクティブマトリクス型のディスプレイのスイッチングデバイス等として好適に利用することができる。   Since the organic thin film transistor of the present invention uses an organic semiconductor material containing the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) as a material constituting the semiconductor layer, it can be manufactured in a relatively low temperature process. It is. Therefore, in the organic thin film transistor of the present invention, a flexible material such as a plastic plate or a plastic film that could not be used under conditions exposed to a high temperature can be used as the substrate. As a result, in the organic thin film transistor of the present invention, by using a flexible material as a substrate, an organic semiconductor device that is light and flexible and is not easily broken can be realized, and is suitably used as a switching device for an active matrix display. be able to.

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

(有機ELデバイス)
本発明の有機半導体デバイスは、有機ELデバイスとして利用可能である。
(Organic EL device)
The organic semiconductor device of the present invention can be used as an organic EL device.

有機ELデバイスは、固体で自己発光型の大面積カラー表示や照明等の用途に利用できることが注目され、数多くの開発がなされている。有機ELデバイスの構成としては、陰極と陽極からなる対向電極の間に、発光層及び電荷輸送層の2層を有する構造のもの;対向電極の間に積層された電子輸送層、発光層及び正孔輸送層の3層を有する構造のもの;及び3層以上の層を有する構造のもの等が知られており、また発光層が単層であるもの等が知られている。   Organic EL devices have attracted attention because they can be used in applications such as solid, self-luminous large-area color display and illumination, and many developments have been made. The organic EL device has a structure in which two layers of a light emitting layer and a charge transport layer are provided between a counter electrode composed of a cathode and an anode; an electron transport layer, a light emitting layer and a positive electrode laminated between the counter electrodes. Known are those having a structure having three layers of hole transport layers; and those having a structure having three or more layers, and those having a single light emitting layer.

本発明の有機半導体デバイスを、有機ELデバイスとして利用する場合において、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜は、上記電荷輸送層、又は、電子輸送層として機能し得る。   When the organic semiconductor device of the present invention is used as an organic EL device, the organic semiconductor thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) functions as the charge transport layer or the electron transport layer. Can do.

(光電変換デバイス)
本発明の有機半導体デバイスは、一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物の半導体特性を利用することにより、光電変換デバイスとして利用可能である。
(Photoelectric conversion device)
The organic semiconductor device of the present invention can be used as a photoelectric conversion device by utilizing the semiconductor characteristics of the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1).

光電変換デバイスとしては、固体撮像デバイスであるイメージセンサとして、動画や静止画等の映像信号をデジタル信号へ変換する機能を有する電荷結合デバイス(CCD)等が挙げられる。一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体材料は、安価であり、大面積化加工性や、有機物固有のフレキシブル機能性等を活かすことにより光電変換デバイスの材料としての利用が期待される。   Examples of the photoelectric conversion device include a charge coupled device (CCD) having a function of converting a video signal such as a moving image or a still image into a digital signal as an image sensor that is a solid-state imaging device. The organic semiconductor material containing the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is inexpensive and can be used as a material for a photoelectric conversion device by taking advantage of large area processability, flexible functionality unique to organic matter, and the like. Expected to be used.

(有機太陽電池デバイス)
一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物を用いて、フレキシブルで低コストの有機太陽電池デバイスを簡便に作製することができる。有機太陽電池デバイスは、固体デバイスであるため柔軟性や寿命向上の点で有利であることが特長である。従来は、導電性ポリマーやフラーレン等を組み合わせた有機薄膜半導体を用いる太陽電池の開発が主流であったが、発電変換効率が問題となっている。
(Organic solar cell device)
A flexible and low-cost organic solar cell device can be easily produced using the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). Since the organic solar cell device is a solid-state device, it is advantageous in terms of flexibility and improved life. Conventionally, development of solar cells using organic thin film semiconductors combined with conductive polymers, fullerenes, and the like has been the mainstream, but power generation conversion efficiency is a problem.

一般に、有機太陽電池デバイスの構成はシリコン系の太陽電池と同様に、発電を行う層(発電層)を陽極と陰極とではさみ、光を吸収することで発生した正孔と電子を各電極で受け取ることで太陽電池として機能する。その発電層はp型のドナー材料とn型のアクセプター材料及びバッファー層等のその他の材料で構成されており、その材料に有機材料が用いられているものを有機太陽電池という。   In general, the structure of an organic solar cell device is similar to that of a silicon-based solar cell, in which a layer for generating power (a power generation layer) is sandwiched between an anode and a cathode, and holes and electrons generated by absorbing light are absorbed by each electrode. By receiving it functions as a solar cell. The power generation layer is composed of a p-type donor material, an n-type acceptor material, and other materials such as a buffer layer, and an organic solar cell is used for the material.

構造としては、ショットキー接合、ヘテロ接合、バルクヘテロ接合、ナノ構造接合、ハイブリッド等が挙げられ、各材料が効率的に入射光を吸収し、電荷を発生させ、発生した電荷(正孔と電子)を分離・輸送・収集することで太陽電池として機能する。   Structures include Schottky junctions, heterojunctions, bulk heterojunctions, nanostructure junctions, hybrids, etc. Each material efficiently absorbs incident light and generates charges, and the generated charges (holes and electrons) It functions as a solar cell by separating, transporting and collecting.

図3に、ヘテロ接合型の有機太陽電池デバイスの態様例(有機太陽電池デバイス20)の概略断面図を示す。   In FIG. 3, the schematic sectional drawing of the example (organic solar cell device 20) of a heterojunction type organic solar cell device is shown.

有機太陽電池デバイス20は、基板21と、基板21の上面上に形成された陽極22と、陽極22の上面上に形成された発電層23と、発電層23の上面上に形成された陰極24とを備えており、発電層23が、陽極22の上面上に形成されたp型層231と、p型層231の上面上に形成されたn型層232と、n型層232の上面上に形成されたバッファー層233とで構成されている。   The organic solar cell device 20 includes a substrate 21, an anode 22 formed on the upper surface of the substrate 21, a power generation layer 23 formed on the upper surface of the anode 22, and a cathode 24 formed on the upper surface of the power generation layer 23. And the power generation layer 23 is formed on the upper surface of the anode 22, the n-type layer 232 formed on the upper surface of the p-type layer 231, and the upper surface of the n-type layer 232. And the buffer layer 233.

次に、図3に示す有機太陽電池デバイス20を例に、有機太陽電池デバイスにおける各構成要素について説明する。   Next, each component in the organic solar cell device will be described by taking the organic solar cell device 20 shown in FIG. 3 as an example.

基板21の材料としては、先に述べた有機薄膜トランジスタ10A〜10Fの基板6と同様のものを使用できる。   As the material of the substrate 21, the same material as the substrate 6 of the organic thin film transistors 10A to 10F described above can be used.

有機太陽電池デバイス20における陽極22及び陰極24を構成する材料としては、先に述べた有機薄膜トランジスタ10A〜10Fのソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5を構成する材料と同様のものを使用できる。陽極22及び陰極24は、光を効率的に取り込む必要があるため、発電層23の吸収波長領域で透明性を有することが望ましい。また、有機太陽電池デバイス20が良好な太陽電池特性を有するためには、陽極22及び陰極24では、シート抵抗が20Ω/□以下であり、且つ、光の透過率が85%以上であることが好ましい。   As a material constituting the anode 22 and the cathode 24 in the organic solar cell device 20, the same materials as those constituting the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5 of the organic thin film transistors 10A to 10F described above are used. it can. Since the anode 22 and the cathode 24 need to capture light efficiently, it is desirable that the anode 22 and the cathode 24 have transparency in the absorption wavelength region of the power generation layer 23. In order for the organic solar cell device 20 to have good solar cell characteristics, the anode 22 and the cathode 24 have a sheet resistance of 20Ω / □ or less and a light transmittance of 85% or more. preferable.

発電層23は、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜からなる層のみで構成された単層構造であっても、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜からなる層を含む複数の層で構成された多層構造であってもよいが、一般的に、発電層23は、p型のドナー材料からなるp型層231と、n型のアクセプター材料からなるn型層232層と、バッファー層233とで構成されている。   The power generation layer 23 is represented by the general formula (1) even if the power generation layer 23 has a single-layer structure including only a layer made of an organic semiconductor thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). Although it may be a multilayer structure composed of a plurality of layers including a layer made of an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound, generally, the power generation layer 23 is a p-type made of a p-type donor material. A layer 231, an n-type layer 232 made of an n-type acceptor material, and a buffer layer 233 are included.

p型層231を構成するp型のドナー材料としては、基本的に正孔を輸送できる化合物が挙げられ、具体的には、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアニリン誘導体等のπ共役型ポリマー;カルバゾールやその他複素環側鎖にもつポリマーが挙げられる。また、p型のドナー材料としては、ペンタセン誘導体、ルブレン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、インジゴ誘導体、キナクリドン誘導体、メロシアニン誘導体、シアニン誘導体、スクアリウム誘導体、ベンゾキノン誘導体等の低分子化合物も挙げられる。   As a p-type donor material constituting the p-type layer 231, a compound capable of transporting holes can be basically used. Specifically, a polyparaphenylene vinylene derivative, a polythiophene derivative, a polyfluorene derivative, a polyaniline derivative, etc. π-conjugated polymers; carbazole and other polymers having heterocyclic side chains. Examples of the p-type donor material include low molecular compounds such as pentacene derivatives, rubrene derivatives, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, indigo derivatives, quinacridone derivatives, merocyanine derivatives, cyanine derivatives, squalium derivatives, and benzoquinone derivatives.

n型層232を構成するn型のアクセプター材料としては、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を含むn型のアクセプター材料を用いることができる。すなわち、n型層232は、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を含む有機半導体薄膜で構成されている。n型層232を構成するn型のアクセプター材料としては、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物を単独で使用してもよいし、一般式(1)で表される縮合多環芳香族化合物と、他のアクセプター材料とを混合して使用してよい。混合する他のアクセプター材料としては、基本的に電子を輸送できる化合物であり、ピリジン又はその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン又はその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類又はその誘導体を持つポリマー、シアノポリフェニレンビニレン誘導体(CN−PPV等)等の高分子材料;フッ素化フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、ナフタレン誘導体、バソキュプロイン誘導体、C60やC70、PCBM等のフラーレン誘導体等の低分子材料等が挙げられる。   As the n-type acceptor material constituting the n-type layer 232, an n-type acceptor material containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) can be used. That is, the n-type layer 232 is composed of an organic semiconductor thin film containing a condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). As the n-type acceptor material constituting the n-type layer 232, the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) may be used alone, or the condensation represented by the general formula (1). You may mix and use a polycyclic aromatic compound and another acceptor material. Other acceptor materials to be mixed are basically compounds capable of transporting electrons, oligomers and polymers having pyridine or a derivative thereof as a skeleton, oligomers or polymers having a quinoline or a derivative thereof as a skeleton, benzophenanthrolines or Polymer materials having such derivatives, polymer materials such as cyanopolyphenylene vinylene derivatives (CN-PPV, etc.); low molecular materials such as fluorinated phthalocyanine derivatives, perylene derivatives, naphthalene derivatives, bathocuproine derivatives, fullerene derivatives such as C60, C70, PCBM Etc.

p型のドナー材料及びn型のドナー材料としては、それぞれ、光を効率的に吸収し、電荷を発生させることができるものが好ましく、且つ、吸光係数が高いものが好ましい。   As the p-type donor material and the n-type donor material, those capable of efficiently absorbing light and generating electric charges are preferable, and those having a high extinction coefficient are preferable.

バッファー層233の材料としては、銅フタロシアニン、三酸化モリブデン、カルシウム、酸化ニッケル、フッ化リチウム、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT:PSS)等が挙げられる。   Examples of the material of the buffer layer 233 include copper phthalocyanine, molybdenum trioxide, calcium, nickel oxide, lithium fluoride, and polyethylenedioxythiophene doped with polystyrene sulfonic acid (PEDOT: PSS).

有機太陽電池デバイス20における発電層23用の有機半導体薄膜の形成方法としては、前述した有機薄膜トランジスタにおける半導体層の形成方法と同様の方法を採用できる。発電層23の厚みは、有機太陽電池デバイスの構成によって異なるが、厚いほど、光を十分に吸収すること、及び短絡を防ぐことができ、薄いほど、発生した電荷を輸送する距離を短くすることができる。このため、発電層23の厚みは、10〜500nm程度であることが好ましい。   As a method for forming the organic semiconductor thin film for the power generation layer 23 in the organic solar cell device 20, a method similar to the method for forming the semiconductor layer in the organic thin film transistor described above can be employed. The thickness of the power generation layer 23 varies depending on the configuration of the organic solar cell device. However, the thicker the layer, the thicker the light can be absorbed and the short circuit can be prevented. Can do. For this reason, the thickness of the power generation layer 23 is preferably about 10 to 500 nm.

(有機半導体レーザーデバイスについて)
一般式(1)で表わされる縮合多環芳香族化合物は、半導体特性を有する化合物であることから、有機半導体レーザーデバイスとしての利用が期待される。
(About organic semiconductor laser devices)
Since the condensed polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is a compound having semiconductor characteristics, it is expected to be used as an organic semiconductor laser device.

すなわち、本発明の有機半導体デバイスに、共振器構造を組み込み、効率的にキャリアを注入して励起状態の密度を十分に高めることができれば、光が増幅されレーザー発振にいたることが期待される。従来、光励起によるレーザー発振が観測されるのみで、電気励起によるレーザー発振に必要とされる、高密度のキャリアを有機半導体デバイスに注入し、高密度の励起状態を発生させるのは非常に困難と提唱されている。しかし、一般式(1)で表わされる化合物を含む有機半導体薄膜を含む有機半導体デバイスを用いることで、高効率な発光(電界発光)が起こる可能性が期待される。   That is, if a resonator structure is incorporated in the organic semiconductor device of the present invention and carriers are efficiently injected to sufficiently increase the density of the excited state, it is expected that light is amplified and laser oscillation occurs. Conventionally, only laser oscillation by optical excitation has been observed, and it is extremely difficult to inject high-density carriers required for laser oscillation by electrical excitation into an organic semiconductor device to generate a high-density excitation state. Has been advocated. However, the use of an organic semiconductor device including an organic semiconductor thin film containing the compound represented by the general formula (1) is expected to cause highly efficient light emission (electroluminescence).

以下、実施例及び比較例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention, the present invention is not limited to this.

〔実施例及び比較例における目的化合物の合成方法の概要〕
以下の実施例及び比較例では、下記式及び表に示す、フェニル基を有する化合物100(7−フェニルBTBT)、フェニル基と炭素数1〜10の直鎖アルキル基又は炭素数4の分岐アルキル基とを有する化合物1〜4、6及び101〜106(2−アルキル−7−フェニルBTBT)、並びにナフチル基又はトリル基と炭素数4の直鎖アルキル基とを有する化合物18、26及び32を作製した。
[Outline of Synthesis Method of Target Compound in Examples and Comparative Examples]
In the following examples and comparative examples, the compound 100 (7-phenylBTBT) having a phenyl group, a phenyl group and a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a branched alkyl group having 4 carbon atoms, as shown in the following formulas and tables. 1 to 4, 6 and 101 to 106 (2-alkyl-7-phenyl BTBT) having the above and compounds 18, 26 and 32 having a naphthyl group or tolyl group and a linear alkyl group having 4 carbon atoms. did.

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目的化合物1〜4、6及び101〜106は、下記式及び表に示す化合物110〜120(モノアルキルBTBT;2−アルキルBTBT)を原料として用いて下記式及び表に示す中間体化合物121〜131を合成した後、中間体化合物121〜131から合成した。   The target compounds 1 to 4, 6 and 101 to 106 are intermediate compounds 121 to 131 shown in the following formulas and tables using compounds 110 to 120 (monoalkyl BTBT; 2-alkyl BTBT) shown in the following formulas and tables as raw materials. Was synthesized from intermediate compounds 121-131.

Figure 0006592758
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すなわち、下記スキーム4に示すように、化合物110〜120を原料として用いて臭素化を行って中間体化合物121〜131を得た後、アリールボロン酸とのカップリング反応により目的化合物1〜4、6及び101〜106を合成した。   That is, as shown in the following scheme 4, bromination is performed using compounds 110 to 120 as raw materials to obtain intermediate compounds 121 to 131, and then the target compounds 1 to 4 are coupled by an arylboronic acid coupling reaction. 6 and 101-106 were synthesized.

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目的化合物100(R12=H)については、下記スキーム5に示すように、BTBTを原料として用いて臭素化を行ってBTBTの臭素1置換体(2−ブロモBTBT)である中間体化合物132を得た後、スキーム3と同様のフェニルボロン酸とのカップリング反応により合成した。 For the target compound 100 (R 12 = H), as shown in the following scheme 5, bromination is performed using BTBT as a raw material to obtain an intermediate compound 132 which is a bromine monosubstituted BTBT (2-bromoBTBT). After obtaining, it was synthesized by the same coupling reaction with phenylboronic acid as in Scheme 3.

Figure 0006592758
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化合物111〜120は、BTBTを出発原料として用いて下記式及び表に示す中間体化合物140〜149を合成した後、中間体化合物140〜149から合成した。   Compounds 111 to 120 were synthesized from intermediate compounds 140 to 149 after synthesizing intermediate compounds 140 to 149 shown in the following formulas and tables using BTBT as a starting material.

Figure 0006592758
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すなわち、下記スキーム6に示すように、BTBTを出発原料として用いてフリーデル・クラフツ反応を行って中間体化合物140〜149を得た後、中間体化合物140〜149を還元することで化合物111〜120を合成した。   That is, as shown in Scheme 6 below, after performing Friedel-Crafts reaction using BTBT as a starting material to obtain intermediate compounds 140 to 149, intermediate compounds 140 to 149 are reduced to reduce compounds 111 to 120 was synthesized.

Figure 0006592758
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化合物110(2−メチルBTBT)は、スキーム6の方法では得ることができないため、下記スキーム7に示すように、BTBTを出発原料として臭素化を行ってBTBTの臭素1置換体である中間化合物132を合成した後、この中間化合物132をメチルボロン酸とのカップリング反応に付して化合物110を得た。   Since compound 110 (2-methyl BTBT) cannot be obtained by the method of Scheme 6, as shown in Scheme 7 below, intermediate compound 132 which is a bromine monosubstituted BTBT by performing bromination using BTBT as a starting material Then, the intermediate compound 132 was subjected to a coupling reaction with methylboronic acid to obtain a compound 110.

Figure 0006592758
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〔実施例1〕(目的化合物4(2−ブチル−7−フェニルBTBT)の合成)
(中間体化合物143の合成)
まず、モノC4アルキルBTBTである化合物113の合成のための中間体である中間体化合物143を合成した。すなわち、BTBT3.0g(12.5mmol)をジクロロメタンに溶解させ、得られた溶液に対して、塩化ブチリル4.0g(37.4mmol、3.0当量)、及び塩化アルミニウム5.0g(37.4mmol、3.0当量)を順に加えて1時間室温で撹拌した。撹拌終了後、反応液を2N塩酸水溶液に注ぎ入れ、しばらく撹拌した後、クロロホルムを加えて抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧下で留去して黄色固体を得た。得られた固体をクロロホルムから再結晶することで、中間体化合物143の淡黄色結晶を得た(収量2.9g、収率74%)。得られた中間体化合物143のH−NMRスペクトル、及び電子イオン化法(以下、適宜「EI」と略記する)によるガスクロマトグラフ質量分析(以下、適宜「GC/MS」と略記する)の測定結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.55(d,J=1.5Hz,1H,ArH),8.06(dd,J=1.5Hz,1H,ArH),7.95−7.92(m,3H,ArH),7.50−7.44(m,2H,ArH),3.06(t,J=7.4Hz,2H,COCH),1.84(tq,J=7.4,7.4Hz,2H,CH),1.05(t,J=7.4Hz,3H,CH
GC/MS(EI):m/z=310.1
[Example 1] (Synthesis of target compound 4 (2-butyl-7-phenylBTBT))
(Synthesis of Intermediate Compound 143)
First, an intermediate compound 143, which is an intermediate for the synthesis of the compound 113 which is a mono C4 alkyl BTBT, was synthesized. That is, 3.0 g (12.5 mmol) of BTBT was dissolved in dichloromethane, and 4.0 g (37.4 mmol, 3.0 equivalents) of butyryl chloride and 5.0 g (37.4 mmol) of aluminum chloride were added to the obtained solution. , 3.0 equivalents) were added in order, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. After completion of the stirring, the reaction solution was poured into a 2N aqueous hydrochloric acid solution, stirred for a while, and then extracted by adding chloroform. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a yellow solid. The obtained solid was recrystallized from chloroform to obtain pale yellow crystals of intermediate compound 143 (yield 2.9 g, yield 74%). 1 H-NMR spectrum of the obtained intermediate compound 143 and measurement results of gas chromatograph mass spectrometry (hereinafter abbreviated as “GC / MS” where appropriate) by electron ionization (hereinafter abbreviated as “EI” where appropriate) Is shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.55 (d, J = 1.5 Hz, 1H, ArH), 8.06 (dd, J = 1.5 Hz, 1H, ArH), 7.95-7.92 (m, 3H, ArH) , 7.50-7.44 (m, 2H, ArH), 3.06 (t, J = 7.4Hz, 2H, COCH 2), 1. 84 (tq, J = 7.4, 7.4 Hz, 2H, CH 2 ), 1.05 (t, J = 7.4 Hz, 3H, CH 3 )
GC / MS (EI): m / z = 310.1

(化合物113(2−ブチルBTBT)の合成)
次に、先の工程により得られた中間体化合物143を原料として用いて、モノC4アルキルBTBTである化合物113を合成した。
(Synthesis of Compound 113 (2-butyl BTBT))
Next, the compound 113 which is mono C4 alkyl BTBT was synthesized using the intermediate compound 143 obtained in the previous step as a raw material.

中間体化合物143の2.8g(9.0mmol)、KOH2.5g(45.0mmol、5.0当量)、及びヒドラジン一水和物2.3g(45.0mmol、5.0当量)をジエチレングリコールと混合し、120℃で1時間、180℃で3時間撹拌した。放冷後、反応溶液を2N塩酸水溶液に注ぎ入れ、しばらく撹拌した後、クロロホルムで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧下で留去して黄色固体を得た。得られた固体をカラムクロマトグラフィー(充填剤:シリカゲル、展開溶媒:ヘキサン)により精製し、クロロホルム/エタノール混合溶媒で再結晶することで、化合物113の無色薄片状結晶を得た(収量1.8g、収率68%)。得られた化合物113のH−NMRスペクトル、及び電子イオン化法によるガスクロマトグラフ質量分析の測定結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=7.90(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.86(dd,J=1.0,7.8Hz,1H,ArH),7.78(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.72(s1H,ArH),7.43(ddd,J=7.8,7.8,1.0Hz,1H,ArH),7.38(ddd,J=7.8,7.8,1.3Hz,1H,ArH),7.28(dd,J=7.8,1.3Hz,1H,ArH),2.77(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),1.68(tt,J=7.7Hz,2H,CH),1.40(tq,J=7.7Hz,CH),0.96(q,J=7.7Hz,CH
GC/MS(EI):m/z=296.1
2.8 g (9.0 mmol) of intermediate compound 143, 2.5 g (45.0 mmol, 5.0 equivalents) of KOH, and 2.3 g (45.0 mmol, 5.0 equivalents) of hydrazine monohydrate were mixed with diethylene glycol. The mixture was mixed and stirred at 120 ° C. for 1 hour and at 180 ° C. for 3 hours. After allowing to cool, the reaction solution was poured into a 2N aqueous hydrochloric acid solution, stirred for a while, and then extracted with chloroform. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a yellow solid. The obtained solid was purified by column chromatography (filler: silica gel, developing solvent: hexane), and recrystallized with a chloroform / ethanol mixed solvent to obtain colorless flaky crystals of Compound 113 (yield 1.8 g). , Yield 68%). 1 H-NMR spectrum of the resulting compound 113, and shows the measurement results of the gas chromatographic mass spectrometry by electron ionization below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.90 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.86 (dd, J = 1.0, 7.8 Hz, 1H) , ArH), 7.78 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.72 (s1H, ArH), 7.43 (ddd, J = 7.8, 7.8, 1.0 Hz, 1H, ArH), 7.38 (ddd, J = 7.8, 7.8, 1.3 Hz, 1H, ArH), 7.28 (dd, J = 7.8, 1.3 Hz, 1H, ArH) , 2.77 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 1.68 (tt, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 1.40 (tq, J = 7.7 Hz, CH 2 ), 0.96 (q, J = 7.7 Hz, CH 3 )
GC / MS (EI): m / z = 296.1

(中間体化合物124の合成)
実施例4における中間体化合物132の合成と同様の合成法により、モノC4アルキルBTBTである化合物113を原料として化合物113の500mg(1.7mmol)から中間体化合物124を合成した。すなわち、化合物113の500mg(1.7mmol)をジクロロメタンに溶解させ、得られた溶液に対して臭素300mg(1.1当量)のジクロロメタン溶液を滴下して加え、室温で3時間撹拌した。撹拌終了後、5重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液を溶液の色が白〜淡黄色になるまで加えた後に、クロロホルムで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧下で留去して黄色固体を得た。得られた固体をクロロホルムから再結晶することで、中間体化合物124の無色板状結晶を得た(収量250mg、収率41%)。得られた中間体化合物124のH−NMRスペクトル、及び電子イオン化法によるガスクロマトグラフ質量分析の測定結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.02(d,J=1.7Hz,1H,ArH),7.76(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.70(s,1H,ArH),7.69(d,J=8.5Hz,1H,ArH),7.53(dd,J=1.7,8.5Hz,1H,ArH),7.28(d,J=8.0Hz,1H,ArH),2.76(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),1.68(tt,J=7.7Hz,2H,CH),1.40(tq,J=7.7Hz,2H,CH),0.95(t,J=7.7Hz,3H,CH
GC/MS(EI):m/z=376.0(100%),374.0(90%)
(Synthesis of Intermediate Compound 124)
The intermediate compound 124 was synthesized from 500 mg (1.7 mmol) of the compound 113 using the compound 113, which is a mono-C4 alkyl BTBT, as a raw material by the same synthesis method as the synthesis of the intermediate compound 132 in Example 4. That is, 500 mg (1.7 mmol) of Compound 113 was dissolved in dichloromethane, 300 mg (1.1 equivalents) of bromine in dichloromethane was added dropwise to the resulting solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. After completion of the stirring, a 5% by weight aqueous sodium thiosulfate solution was added until the color of the solution became white to light yellow, followed by extraction with chloroform. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a yellow solid. The obtained solid was recrystallized from chloroform to obtain colorless plate crystals of intermediate compound 124 (yield 250 mg, yield 41%). 1 H-NMR spectrum of the obtained intermediate compound 124 and measurement results of gas chromatograph mass spectrometry by electron ionization are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.02 (d, J = 1.7 Hz, 1H, ArH), 7.76 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.70 (s, 1H, ArH), 7.69 (d, J = 8.5 Hz, 1H, ArH), 7.53 (dd, J = 1.7, 8.5 Hz, 1H, ArH), 7 .28 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 2.76 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 1.68 (tt, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2) ), 1.40 (tq, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 0.95 (t, J = 7.7 Hz, 3H, CH 3 )
GC / MS (EI): m / z = 376.0 (100%), 374.0 (90%)

(目的化合物4の合成)
アルゴン雰囲気下、中間体化合物124の376mg(1.0mmol)、Pd(PPh58mg(0.05mmol,5mol%),KCO415mg(3mmol,3.0当量)、及びフェニルボロン酸183mg(1.5mmol,1.5当量)を、トルエン:水=8:1(体積比)の混合溶媒中において90℃で14時間撹拌した。放冷後、2N塩酸水溶液を加え酢酸エチルで抽出した。有機層を2N塩酸水溶液、飽和重曹水溶液の順で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を減圧下で留去して淡黄色固体を得た。得られた固体をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=50/1)で精製後、クロロホルム/エタノール混合溶媒で再結晶することで目的化合物4の無色薄片状結晶を得た。得られた目的化合物4のH−NMRスペクトル、13C−NMRスペクトル、及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.11(d,J=1.5Hz,1H,ArH),7.91(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.79(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.73(s,1H,ArH),7.73−7.68(m,3H,ArH),7.48(dd,J=7.5,7.5Hz,2H,ArH),7.38(ddd,J=7.5,7.5,1,4Hz,1H,ArH),7.29(dd,J=8.1,1.5Hz,1H,ArH),2.77(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),1.70(tt,J=7.7Hz,2H,CH),1.41(tq,J=7.7Hz,2H,CH),0.96(t,J=7.7Hz,3H,CH
13C−NMR(125MHz,CDCl):δ(ppm)=143.3,143.1,141.2,140.8,138.5,134.1,132.8,131.5,129.3,127.8,127.7,126.4,124.9,123.8,122.7,122.0,121.7,36.2,34.2,22.8,14.4
融点:244.5−246.0℃
(Synthesis of Target Compound 4)
Under an argon atmosphere, 376 mg (1.0 mmol) of intermediate compound 124, 58 mg (0.05 mmol, 5 mol%) of Pd (PPh 3 ) 4, 415 mg (3 mmol, 3.0 equivalents) of K 2 CO 3 , and phenylboronic acid 183 mg (1.5 mmol, 1.5 equivalents) was stirred at 90 ° C. for 14 hours in a mixed solvent of toluene: water = 8: 1 (volume ratio). After allowing to cool, 2N aqueous hydrochloric acid solution was added, and the mixture was extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with a 2N hydrochloric acid aqueous solution and a saturated aqueous sodium bicarbonate solution in that order and then dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a pale yellow solid. The obtained solid was purified by column chromatography (silica gel, developing solvent: hexane / ethyl acetate = 50/1) and then recrystallized from a mixed solvent of chloroform / ethanol to obtain colorless flaky crystals of target compound 4. The 1 H-NMR spectrum, 13 C-NMR spectrum, and melting point measurement of the obtained target compound 4 (measured using a melting point measuring apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.11 (d, J = 1.5 Hz, 1H, ArH), 7.91 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.79 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.73 (s, 1H, ArH), 7.73-7.68 (m, 3H, ArH), 7.48 (dd, J = 7.5, 7.5 Hz, 2H, ArH), 7.38 (ddd, J = 7.5, 7.5, 1, 4 Hz, 1H, ArH), 7.29 (dd, J = 8.1) , 1.5 Hz, 1H, ArH), 2.77 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 1.70 (tt, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 1.41 ( tq, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 0.96 (t, J = 7.7 Hz, 3H, CH 3 )
13 C-NMR (125 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 143.3, 143.1, 141.2, 140.8, 138.5, 134.1, 132.8, 131.5, 129. 3,127.8,127.7,126.4,124.9,123.8,122.7,122.0,121.7,36.2,34.2,22.8,14.4
Melting point: 244.5-246.0 ° C

〔実施例2〕(目的化合物3(2−プロピル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化プロピオニル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物3を合成した。得られた目的化合物3のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.11(d,J=1.6Hz,1H,ArH),7.91(d,J=8.3Hz,1H,ArH),7.79(d,J=8.3Hz,1H,ArH),7.73(s,1H,ArH),7.71−7.68(m,3H,ArH),7.49(dd,J=7.7,7.7Hz,2H,ArH),7.38(dd,J=7.7,7.7Hz,1H,ArH),7.29(dd,J=8.2,1.6Hz,1H,ArH),2.76(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),1.74(tq,J=7.7Hz,2H,CH),1.00(s,3H,CH
融点:258.5−261.5℃
[Example 2] (Synthesis of target compound 3 (2-propyl-7-phenylBTBT))
The target compound 3 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that propionyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents). The 1 H-NMR spectrum and measurement of the melting point of the obtained target compound 3 (measured using a melting point measurement apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.11 (d, J = 1.6 Hz, 1H, ArH), 7.91 (d, J = 8.3 Hz, 1H, ArH), 7.79 (d, J = 8.3 Hz, 1H, ArH), 7.73 (s, 1H, ArH), 7.71-7.68 (m, 3H, ArH), 7.49 (dd, J = 7.7, 7.7 Hz, 2H, ArH), 7.38 (dd, J = 7.7, 7.7 Hz, 1H, ArH), 7.29 (dd, J = 8.2, 1.6 Hz) , 1H, ArH), 2.76 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 1.74 (tq, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 1.00 (s, 3H, CH 3)
Melting point: 258.5-261.5 ° C

〔実施例3〕(目的化合物2(2−エチル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化アセチル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物2を合成した。得られた目的化合物2のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.12(d,J=1.4Hz,1H,ArH),7.91(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.80(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.75(s,1H,ArH),7.73−7.68(m,3H,ArH),7.48(dd,J=7.7,7.7Hz,2H,ArH),7.40(ddd,J=7.7,7.7,1,4Hz,1H,ArH),7.31(dd,J=8.1,1.4Hz,1H,ArH),2.82(q,J=7.7Hz,2H,ArCH),1.34(t,J=7.7Hz,3H,CH
融点:264.0−266.0℃
[Example 3] (Synthesis of target compound 2 (2-ethyl-7-phenylBTBT))
The target compound 2 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that acetyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents). The 1 H-NMR spectrum and measurement of the melting point of the obtained target compound 2 (measured using a melting point measurement apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.12 (d, J = 1.4 Hz, 1H, ArH), 7.91 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.80 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.75 (s, 1H, ArH), 7.73-7.68 (m, 3H, ArH), 7.48 (dd, J = 7.7, 7.7 Hz, 2H, ArH), 7.40 (ddd, J = 7.7, 7.7, 1, 4 Hz, 1H, ArH), 7.31 (dd, J = 8.1) , 1.4 Hz, 1H, ArH), 2.82 (q, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 1.34 (t, J = 7.7 Hz, 3H, CH 3 )
Melting point: 264.0-266.0 ° C

〔実施例4〕(目的化合物1(2−メチル−7−フェニルBTBT)の合成)
(中間体化合物132の合成)
まず、BTBTを臭素化して中間体化合物132を得た。すなわち、BTBT3g(12.5mmol)をジクロロメタンに溶解させ、得られた溶液に対して臭素2.2g(1.1当量)のジクロロメタン溶液を滴下して加え、室温で3時間撹拌した。撹拌終了後、5重量%チオ硫酸ナトリウム水溶液を溶液の色が白〜淡黄色になるまで加えた後に、クロロホルムで抽出した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧下で留去して黄色固体を得た。得られた固体をクロロホルムから再結晶することで、中間体化合物132の無色板状結晶を得た(収量1.6g、収率40%)。得られた中間体化合物132のH−NMRスペクトル、及び電子イオン化法によるガスクロマトグラフ質量分析の測定結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.06(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.92(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.88(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.73(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.57−7.55(m,1H,ArH),7.49−7.41(m,2H,ArH)
GC/MS(EI):m/z=317.9(100%),319.9(90%)
[Example 4] (Synthesis of target compound 1 (2-methyl-7-phenylBTBT))
(Synthesis of Intermediate Compound 132)
First, BTBT was brominated to obtain an intermediate compound 132. That is, 3 g (12.5 mmol) of BTBT was dissolved in dichloromethane, and a dichloromethane solution of 2.2 g (1.1 equivalents) of bromine was added dropwise to the resulting solution, followed by stirring at room temperature for 3 hours. After completion of the stirring, a 5% by weight aqueous sodium thiosulfate solution was added until the color of the solution became white to light yellow, followed by extraction with chloroform. The organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a yellow solid. The obtained solid was recrystallized from chloroform to obtain colorless plate crystals of intermediate compound 132 (yield 1.6 g, yield 40%). Obtained are shown 1 H-NMR spectrum of the intermediate compound 132, and the measurement results of the gas chromatographic mass spectrometry by electron ionization below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.06 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.92 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.88 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.73 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.57-7.55 (m, 1H, ArH), 7 .49-7.41 (m, 2H, ArH)
GC / MS (EI): m / z = 317.9 (100%), 319.9 (90%)

(化合物110(2−メチルBTBT)の合成)
次に、先の工程により得られた中間体化合物132を原料として用いて、モノメチルBTBTである化合物110を合成した。アルゴン雰囲気下、DMFと混合した中間体化合物120の2.5g(7.8mmol)、PdCl(dppf)・CHCl0.64g(0.78mmol、10mol%)、KPO4.96g(23.4mmol、3.0当量)及びメチルボロン酸1.40g(23.4mmol、3.0当量)を90℃で6時間撹拌した。放冷後、2N塩酸水溶液を加えクロロホルムで抽出した。有機層を2N塩酸水溶液で洗浄し、さらに飽和重曹水溶液で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を減圧下で留去して褐色固体を得た。得られた固体をカラムクロマトグラフィー(充填剤:シリカゲル、展開溶媒:ヘキサン)及び高速液体クロマトグラフィー(溶出液:クロロホルム)で精製した後、クロロホルム/エタノール混合溶媒で再結晶することで、化合物110の無色薄片状結晶を得た(収量1.4g、収率69%)。得られた化合物110のH−NMRスペクトル、及び電子イオン化法によるガスクロマトグラフ質量分析の測定結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=7.91(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.85(d,J=7.7Hz,1H,ArH),7.76(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.73(s,1H,ArH),7.45(ddd,J=1.0,7.7,8.0Hz,1H,ArH),7.38(ddd,J=1.0,7.7,8.0Hz,1H,ArH),7.27(d,J=8.0Hz,1H,ArH),2.52(s,3H,CH
GC/MS(EI):m/z=254.0
(Synthesis of Compound 110 (2-methyl BTBT))
Next, compound 110, which is monomethyl BTBT, was synthesized using intermediate compound 132 obtained in the previous step as a raw material. 2.5 g (7.8 mmol) of intermediate compound 120 mixed with DMF under argon atmosphere, 0.64 g (0.78 mmol, 10 mol%) of PdCl 2 (dppf) · CH 2 Cl 2 , K 3 PO 4 4. 96 g (23.4 mmol, 3.0 equivalents) and 1.40 g (23.4 mmol, 3.0 equivalents) of methyl boronic acid were stirred at 90 ° C. for 6 hours. After allowing to cool, 2N aqueous hydrochloric acid solution was added, and the mixture was extracted with chloroform. The organic layer was washed with a 2N aqueous hydrochloric acid solution, further washed with a saturated aqueous sodium bicarbonate solution, and then dried over anhydrous magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a brown solid. The obtained solid was purified by column chromatography (filler: silica gel, developing solvent: hexane) and high performance liquid chromatography (eluent: chloroform), and then recrystallized with a chloroform / ethanol mixed solvent to obtain compound 110. Colorless flaky crystals were obtained (yield 1.4 g, yield 69%). 1 H-NMR spectrum of the resulting compound 110, and shows the measurement results of the gas chromatographic mass spectrometry by electron ionization below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 7.91 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.85 (d, J = 7.7 Hz, 1H, ArH), 7.76 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.73 (s, 1H, ArH), 7.45 (ddd, J = 1.0, 7.7, 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.38 (ddd, J = 1.0, 7.7, 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.27 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 2.52 (s , 3H, CH 3 )
GC / MS (EI): m / z = 254.0

(中間体化合物121の合成)
次に、原料として先の工程により得られた化合物110を化合物113に代えて用いる以外は実施例1における中間体化合物124の合成及び目的化合物4の合成と同様にして(90℃で14時間)、目的化合物1を合成した。得られた目的化合物1のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.11(s,1H,ArH),7.91(d,J=8.2Hz,1H,ArH),7.79(d,J=8.2Hz,1H,ArH),7.73(s,1H,ArH),7.73−7.68(m,3H,ArH),7.48(dd,J=7.7,7.7Hz,2H,ArH),7.38(dd,J=7.7,7.7Hz,1H,ArH),7.29(d,J=8.2Hz,1H,ArH),2.53(s,3H,ArCH
融点:211.0−213.5℃
(Synthesis of Intermediate Compound 121)
Next, in the same manner as in the synthesis of the intermediate compound 124 and the synthesis of the target compound 4 in Example 1 except that the compound 110 obtained in the previous step is used as a raw material instead of the compound 113 (14 hours at 90 ° C.) The target compound 1 was synthesized. The 1 H-NMR spectrum and melting point measurement of the obtained target compound 1 (measured using a melting point measurement apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.11 (s, 1H, ArH), 7.91 (d, J = 8.2 Hz, 1H, ArH), 7.79 (d, J = 8.2 Hz, 1H, ArH), 7.73 (s, 1H, ArH), 7.73-7.68 (m, 3H, ArH), 7.48 (dd, J = 7.7, 7 .7 Hz, 2H, ArH), 7.38 (dd, J = 7.7, 7.7 Hz, 1H, ArH), 7.29 (d, J = 8.2 Hz, 1H, ArH), 2.53 ( s, 3H, ArCH 3 )
Melting point: 211.0-213.5 ° C

〔実施例5〕(目的化合物6(2−イソブチル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化イソブチル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物6を合成した。得られた目的化合物6のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.12(d,J=1.4Hz,1H,ArH),7.91(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.80(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.75(s,1H,ArH),7.73−7.68(m,3H,ArH),7.48(dd,J=7.7,7.7Hz,2H,ArH),7.40(ddd,J=7.7,7.7,1,4Hz,1H,ArH),7.31(dd,J=8.1,1.4Hz,1H,ArH),2.63(d,J=7.5Hz,2H,ArCH),1.96(m,1H,CH),0.94(d,J=7.5Hz,6H,CH
融点:234.0−236.0℃
[Example 5] (Synthesis of target compound 6 (2-isobutyl-7-phenylBTBT))
The target compound 6 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that isobutyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents). The 1 H-NMR spectrum and measurement of the melting point of the obtained target compound 6 (measured using a melting point measurement apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.12 (d, J = 1.4 Hz, 1H, ArH), 7.91 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.80 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.75 (s, 1H, ArH), 7.73-7.68 (m, 3H, ArH), 7.48 (dd, J = 7.7, 7.7 Hz, 2H, ArH), 7.40 (ddd, J = 7.7, 7.7, 1, 4 Hz, 1H, ArH), 7.31 (dd, J = 8.1) , 1.4 Hz, 1 H, ArH), 2.63 (d, J = 7.5 Hz, 2 H, ArCH 2 ), 1.96 (m, 1 H, CH), 0.94 (d, J = 7.5 Hz , 6H, CH 3 )
Melting point: 234.0-236.0 ° C

〔実施例6〕(目的化合物18(2−ブチル−7−(2−ナフチル)BTBT)の合成)
フェニルボロン酸(1.5当量)に代えて2−ナフチルボロン酸(1.5当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物18を合成した。得られた目的化合物18のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.25(s,1H,ArH),8.15(s,1H,ArH),7.97−7.81(m,7H,ArH),7.75(s,1H,ArH),7.52(m,2H,ArH),7.30(d,J=8.0Hz,1H,ArH),2.78(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),1.70(tt,J=7.7Hz,2H,CH),1.40(tq,J=7.7Hz,2H,CH),0.96(t,J=7.7Hz,3H,CH
融点:280.0−282.0℃
[Example 6] (Synthesis of target compound 18 (2-butyl-7- (2-naphthyl) BTBT))
The target compound 18 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 2-naphthylboronic acid (1.5 equivalents) was used instead of phenylboronic acid (1.5 equivalents). The 1 H-NMR spectrum and measurement of the melting point of the target compound 18 obtained (measured using a melting point measurement apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory Co., Ltd.) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.25 (s, 1H, ArH), 8.15 (s, 1H, ArH), 7.97-7.81 (m, 7H, ArH), 7.75 (s, 1H, ArH), 7.52 (m, 2H, ArH), 7.30 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 2.78 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 1.70 (tt, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 1.40 (tq, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 0.96 ( t, J = 7.7 Hz, 3H, CH 3 )
Melting point: 280.0-282.0 ° C

〔実施例7〕(目的化合物26(2−ブチル−7−(p−トリル)BTBT)の合成)
フェニルボロン酸(1.5当量)に代えてp−トリルボロン酸(1.5当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物26を合成した。得られた目的化合物26のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.08(d,1H,J=1.0Hz,ArH),7.89(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.78(d,J=8.1Hz,1H,ArH),7.72(s,1H,ArH),7.65(dd,J=1.0,8.1Hz,1H,ArH),7.58(m,2H,ArH),7.29(m,3H,ArH),2.77(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),2.42(s,3H,PhCH),1.70(tt,J=7.7Hz,2H,CH),1.40(tq,J=7.7Hz,2H,CH),0.96(t,J=7.7Hz,3H,CH
融点:260.5−262.0℃
[Example 7] (Synthesis of target compound 26 (2-butyl-7- (p-tolyl) BTBT))
The target compound 26 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that p-tolylboronic acid (1.5 equivalents) was used instead of phenylboronic acid (1.5 equivalents). The 1 H-NMR spectrum and melting point measurement (measured using melting point measuring apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory Co., Ltd.) of the obtained target compound 26 are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.08 (d, 1H, J = 1.0 Hz, ArH), 7.89 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.78 (d, J = 8.1 Hz, 1H, ArH), 7.72 (s, 1H, ArH), 7.65 (dd, J = 1.0, 8.1 Hz, 1H, ArH), 7 .58 (m, 2H, ArH), 7.29 (m, 3H, ArH), 2.77 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 2.42 (s, 3H, PhCH 3 ) 1.70 (tt, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 1.40 (tq, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 0.96 (t, J = 7.7 Hz, 3H) , CH 3 )
Melting point: 260.5-262.0 ° C

〔実施例8〕(目的化合物32(2−ブチル−7−(m−トリル)BTBT)の合成)
フェニルボロン酸(1.5当量)に代えてm−トリルボロン酸(1.5当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物32を合成した。得られた目的化合物32のH−NMRスペクトル及び融点の測定(株式会社ヤナコ機器開発研究所製の融点測定装置MP−S3を用いて測定)結果を以下に示す。
H−NMR(500MHz,CDCl):δ(ppm)=8.11(s,1H,ArH),7.90(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.79(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.73(s,1H,ArH),7.68(dd,J=1.0,8.0Hz,1H,ArH),7.50(m,2H,ArH),7.37(dd,J=8.0,8.0Hz,1H,ArH),7.28(d,J=8.0Hz,1H,ArH),7.20(d,J=8.0Hz,1H,ArH),2.77(t,J=7.7Hz,2H,ArCH),2.46(s,3H,PhCH),1.70(tt,J=7.7Hz,2H,CH),1.40(tq,J=7.7Hz,2H,CH),0.97(t,J=7.7Hz,3H,CH
融点:192.0−194.0℃
[Example 8] (Synthesis of target compound 32 (2-butyl-7- (m-tolyl) BTBT))
The target compound 32 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that m-tolylboronic acid (1.5 equivalent) was used instead of phenylboronic acid (1.5 equivalent). The 1 H-NMR spectrum and the measurement of the melting point of the obtained target compound 32 (measured using a melting point measurement apparatus MP-S3 manufactured by Yanaco Instrument Development Laboratory Co., Ltd.) are shown below.
1 H-NMR (500 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 8.11 (s, 1H, ArH), 7.90 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.79 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.73 (s, 1H, ArH), 7.68 (dd, J = 1.0, 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.50 (m, 2H) , ArH), 7.37 (dd, J = 8.0, 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.28 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 7.20 (d, J = 8.0 Hz, 1H, ArH), 2.77 (t, J = 7.7 Hz, 2H, ArCH 2 ), 2.46 (s, 3H, PhCH 3 ), 1.70 (tt, J = 7.7 Hz) , 2H, CH 2 ), 1.40 (tq, J = 7.7 Hz, 2H, CH 2 ), 0.97 (t, J = 7.7 Hz, 3H, C H 3)
Melting point: 192.0-194.0 ° C

〔比較例1〕(目的化合物106(2−デシル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化デカノイル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物106を合成した。
[Comparative Example 1] (Synthesis of target compound 106 (2-decyl-7-phenylBTBT))
The target compound 106 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that decanoyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents).

〔比較例2〕(目的化合物105(2−ノニル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化ノナノイル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物105を合成した。
[Comparative Example 2] (Synthesis of target compound 105 (2-nonyl-7-phenylBTBT))
The target compound 105 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that nonanoyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents).

〔比較例3〕(目的化合物104(2−オクチル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化オクタノイル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物104を合成した。
[Comparative Example 3] (Synthesis of target compound 104 (2-octyl-7-phenylBTBT))
The target compound 104 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that octanoyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents).

〔比較例4〕(目的化合物103(2−ヘプチル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化ヘプタノイル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物103を合成した。
[Comparative Example 4] (Synthesis of target compound 103 (2-heptyl-7-phenylBTBT))
The target compound 103 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that heptanoyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents).

〔比較例5〕(目的化合物102(2−ヘキシル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化ヘキサノイル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物102を合成した。
[Comparative Example 5] (Synthesis of target compound 102 (2-hexyl-7-phenylBTBT))
The target compound 102 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that hexanoyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents).

〔比較例6〕(目的化合物101(2−ペンチル−7−フェニルBTBT)の合成)
塩化ブチリル(3.0当量)に代えて塩化ペンタノイル(3.0当量)を用いる以外は実施例1と同様にして、目的化合物101を合成した。
[Comparative Example 6] (Synthesis of target compound 101 (2-pentyl-7-phenylBTBT))
The target compound 101 was synthesized in the same manner as in Example 1 except that pentanoyl chloride (3.0 equivalents) was used instead of butyryl chloride (3.0 equivalents).

〔比較例7〕(目的化合物100(2−フェニルBTBT)の合成)
(中間体化合物120の合成)
まず、実施例4の中間体化合物120の合成と同様にして、中間体化合物120を得た。
[Comparative Example 7] (Synthesis of target compound 100 (2-phenylBTBT))
(Synthesis of Intermediate Compound 120)
First, an intermediate compound 120 was obtained in the same manner as the synthesis of the intermediate compound 120 of Example 4.

(目的化合物100の合成)
上記のようにして得た中間体化合物120を原料として用いる以外は実施例1における目的化合物4の合成と同様にして、目的化合物100を合成した。
(Synthesis of target compound 100)
The target compound 100 was synthesized in the same manner as the synthesis of the target compound 4 in Example 1, except that the intermediate compound 120 obtained as described above was used as a raw material.

〔単結晶構造解析〕
実施例1(アルキル鎖長4、C4)の化合物について、株式会社リガク製の4軸型単結晶X線回折計(型番「AFC−7R」)及び株式会社リガク製の検出器(商品名「MercuryCCD」)を用いてX線源:Mo、測定温度:20℃の条件で単結晶構造解析を行った。また、比較例1の化合物(アルキル鎖長6、C6)、比較例3の化合物(アルキル鎖長8、C8)、比較例5の化合物(アルキル鎖長10、C10)について、株式会社リガク製のイメージングプレート型単結晶X線回折計のカスタマイズ機である、大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構のフォトンファクトリーBL−8A、BL−8Bを用いてX線源:放射光(波長λ=1.55Å)、測定温度:20℃の条件で単結晶構造解析を行った。実施例2の化合物(C3)及び比較例6の化合物(C5)については、株式会社リガク製の湾曲イメージングプレート単結晶自動X線構造解析装置(商品名「R−AXIS RAPIDII」)を用いてX線源:Cu、測定温度:20℃の条件で単結晶構造解析を行った。
[Single crystal structure analysis]
For the compound of Example 1 (alkyl chain length 4, C4), a 4-axis single crystal X-ray diffractometer (model number “AFC-7R”) manufactured by Rigaku Corporation and a detector (trade name “MercuryCCD” manufactured by Rigaku Corporation) )), The single crystal structure analysis was performed under the conditions of X-ray source: Mo and measurement temperature: 20 ° C. Further, the compound of Comparative Example 1 (alkyl chain length 6, C6), the compound of Comparative Example 3 (alkyl chain length 8, C8), and the compound of Comparative Example 5 (alkyl chain length 10, C10) are manufactured by Rigaku Corporation. Photon factories BL-8A and BL-8B of the High Energy Accelerator Research Organization, which is a customized imaging plate type single crystal X-ray diffractometer, are used as an X-ray source: synchrotron radiation (wavelength λ = 1. 55)), measurement temperature: single crystal structure analysis was performed at 20 ° C. About the compound (C3) of Example 2 and the compound (C5) of Comparative Example 6, X was measured using a curved imaging plate single crystal automatic X-ray structure analyzer (trade name “R-AXIS RAPIDII”) manufactured by Rigaku Corporation. Single crystal structure analysis was performed under the conditions of radiation source: Cu, measurement temperature: 20 ° C.

実施例1並びに比較例1、3、及び5の化合物の結晶構造を図4に示し、実施例1及び2の化合物並びに比較例1、3、5、及び6の化合物の結晶構造を図5に示す。   The crystal structures of the compounds of Example 1 and Comparative Examples 1, 3, and 5 are shown in FIG. 4, and the crystal structures of the compounds of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1, 3, 5, and 6 are shown in FIG. Show.

比較例1、3、5、及び6の化合物の結晶構造は、図4及び図5に示すように、二分子層構造を示すことが分かった。これに対し、実施例1及び2の化合物の結晶構造は、図4及び図5に示すように、分子層内でヘリンボーン型構造を取るものの、分子配向は層内でa軸方向に沿って互い違いになる構造を取ることが分かった。すなわち、実施例1及び2の化合物は、分子間におけるアルキル鎖同士の相互作用の低下によって分子層内の分子間の移動積分の変化をもたらし、比較例1,3,5の化合物とは異なる結晶形態をとることがわかった。   It was found that the crystal structures of the compounds of Comparative Examples 1, 3, 5, and 6 exhibited a bilayer structure as shown in FIGS. On the other hand, the crystal structures of the compounds of Examples 1 and 2 have a herringbone structure in the molecular layer as shown in FIGS. 4 and 5, but the molecular orientation is staggered along the a-axis direction in the layer. It turns out that it takes the structure which becomes. That is, the compounds of Examples 1 and 2 cause a change in the transfer integral between molecules in the molecular layer due to a decrease in the interaction between alkyl chains between molecules, and crystals different from the compounds of Comparative Examples 1, 3, and 5 It turns out that it takes a form.

実施例1及び2の化合物の結晶構造は、このような結晶構造を取ることにより、アルキル鎖同士の相互作用の低下(ファスナー効果の低減)によってBTBT骨格同士の面間距離が変化およびそれら同士の相互作用が低下し、その結果として分子の凝集力が小さくなり、溶解度及び熱安定性が高くなるものと考えられる。   The crystal structures of the compounds of Examples 1 and 2 are such that the interplanar distance between the BTBT skeletons changes due to a decrease in the interaction between the alkyl chains (reduction of the fastener effect), and the relationship between them. It is thought that the interaction decreases, resulting in a decrease in the cohesive force of the molecules and an increase in solubility and thermal stability.

〔熱量分析〕
実施例4で得られた化合物1について、示差熱・熱重量分析計(TG/DTA)を用いて示差熱・熱重量分析を行い、示差熱・熱重量変化曲線を得た。実施例4で得られた化合物1の、示差熱・熱重量変化曲線を図6に示す。
[Calorimetric analysis]
The compound 1 obtained in Example 4 was subjected to differential thermal / thermogravimetric analysis using a differential thermal / thermogravimetric analyzer (TG / DTA) to obtain a differential thermal / thermogravimetric change curve. The differential heat / thermogravimetric change curve of Compound 1 obtained in Example 4 is shown in FIG.

実施例1〜8及び比較例1〜6で得られた化合物1〜4、6、18、26、32、及び101〜106について、示差走査熱量計(DSC)を用いて示差走査熱量分析を行い、示差走査熱量曲線(DSC曲線)を得た。実施例1〜3、5〜8及び比較例1〜6で得られた化合物2〜4、6、18、26、32、及び101〜106の示差走査熱量曲線を図7〜9に示す。   The compounds 1 to 4, 6, 18, 26, 32, and 101 to 106 obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6 were subjected to differential scanning calorimetry using a differential scanning calorimeter (DSC). A differential scanning calorimetry curve (DSC curve) was obtained. The differential scanning calorimetry curves of the compounds 2 to 4, 6, 18, 26, 32, and 101 to 106 obtained in Examples 1 to 3 and 5 to 8 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in FIGS.

また、実施例4で得られた化合物1の示差熱・熱重量変化曲線及び実施例1〜3、5〜8、並びに比較例1〜6で得られた化合物2〜4、6、18、26、32及び101〜106のDSC曲線から得られた、結晶相が最初に相転移する温度及び融点を下記表に示す。   Moreover, the differential heat / thermogravimetric change curve of Compound 1 obtained in Example 4 and Examples 1 to 3, 5 to 8 and Compounds 2 to 4, 6, 18, and 26 obtained in Comparative Examples 1 to 6 were used. , 32, and 101-106 DSC curves, the temperature and melting point at which the crystalline phase first undergoes phase transition are shown in the table below.

Figure 0006592758
Figure 0006592758

図7〜9中、「C1」、「C2」、「C3」、「C4」、「C5」、「C6」、「C7」、「C8」、「C9」、及び「C10」は、それぞれ実施例4、3、2、1、比較例6、5、4、3、2、1の化合物に対応し、「Ph−BTBT−iBu」、「2Nap−BTBT−C4」、「pTol−BTBT−C4」、及び「mTol−BTBT−C4」は、それぞれ実施例5、6、7、及び8の化合物に対応する。また、図7〜9において、「K」は結晶相を表し、「SmE」はスメクチックE相を表し、「SmA」はスメクチックA相を表し、「Iso.Liq.」は等方性液体相を表す。   7 to 9, “C1”, “C2”, “C3”, “C4”, “C5”, “C6”, “C7”, “C8”, “C9”, and “C10” are implemented, respectively. Corresponding to the compounds of Examples 4, 3, 2, 1, and Comparative Examples 6, 5, 4, 3, 2, 1, “Ph-BTBT-iBu”, “2Nap-BTBT-C4”, “pTol-BTBT-C4” "And" mTol-BTBT-C4 "correspond to the compounds of Examples 5, 6, 7, and 8, respectively. 7 to 9, “K” represents a crystalline phase, “SmE” represents a smectic E phase, “SmA” represents a smectic A phase, and “Iso.Liq.” Represents an isotropic liquid phase. To express.

比較例1〜6の化合物は、図7及び図8に示すように、示差走査熱量測定における加熱過程において、結晶相からスメクチックE相へ、スメクチックE相からスメクチックA相へ、スメクチックA相から等方性液体相へと相転移し、液晶性を示した。また、比較例1〜6の化合物は、加熱過程の示差走査熱量曲線において結晶相からスメクチックE相への相転移を示すピークが170℃未満(144〜167℃)に観測された。   As shown in FIGS. 7 and 8, the compounds of Comparative Examples 1 to 6, in the heating process in differential scanning calorimetry, from the crystal phase to the smectic E phase, from the smectic E phase to the smectic A phase, from the smectic A phase, etc. The phase transition to the isotropic liquid phase showed liquid crystallinity. Further, in the compounds of Comparative Examples 1 to 6, a peak indicating a phase transition from the crystal phase to the smectic E phase was observed at less than 170 ° C. (144 to 167 ° C.) in the differential scanning calorimetry curve of the heating process.

これに対し、実施例1〜3、5、8の化合物は、図7及び図9に示すように、示差走査熱量測定における加熱過程において、相転移を示すピークが194℃以上に観測されたのみであり、示差走査熱量曲線において170℃未満に相転移を示すピークが観測されず、結晶相から等方性液体相へと直接的に相転移し、液晶性を示さなかった。実施例4の化合物も、示差走査熱量測定における加熱過程において、相転移を示すピークが194℃以上に観測されたのみであり、示差走査熱量曲線において170℃未満に相転移を示すピークが観測されず、結晶相から等方性液体相へと直接的に相転移し、液晶性を示さなかった。実施例6及び7の化合物は、加熱過程の示差走査熱量曲線において、液晶転移点を示すピークが観測されたものの、いずれも結晶相が最初に相転移する温度が171℃以上であり、170℃未満に相転移を示すピークが観測されず、比較例1〜6の化合物に比べ高い転移温度を示した。   On the other hand, in the compounds of Examples 1 to 3, 5, and 8, as shown in FIGS. 7 and 9, only a peak showing a phase transition was observed at 194 ° C. or higher in the heating process in the differential scanning calorimetry. In the differential scanning calorimetry curve, no peak showing a phase transition was observed below 170 ° C., and the phase transition directly from the crystal phase to the isotropic liquid phase did not show liquid crystallinity. In the compound of Example 4 as well, only a peak indicating phase transition was observed at 194 ° C. or higher in the heating process in differential scanning calorimetry, and a peak indicating phase transition was observed below 170 ° C. in the differential scanning calorimetry curve. In addition, the phase transition directly from the crystal phase to the isotropic liquid phase did not show liquid crystallinity. In the compounds of Examples 6 and 7, although a peak indicating a liquid crystal transition point was observed in the differential scanning calorimetry curve of the heating process, both had a temperature at which the crystal phase first undergoes a phase transition of 171 ° C. or higher, and 170 ° C. A peak showing a phase transition was not observed below, indicating a higher transition temperature than the compounds of Comparative Examples 1-6.

従って、実施例1〜8の化合物は、比較例1〜6の化合物と比較して顕著に熱安定性が高いことが分かった。   Therefore, it was found that the compounds of Examples 1 to 8 had significantly higher thermal stability than the compounds of Comparative Examples 1 to 6.

〔目的化合物の溶解度の測定〕
温度25℃において、溶質(目的化合物)10mgを完全に溶解させるまでクロロホルムを加えて、加えたクロロホルムの体積から、クロロホルムに対する溶解度(mg/mL)を求めた。実施例1〜4、5、7、8及び比較例1〜7で得られた目的化合物1〜4、6、26、32及び100〜106の、クロロホルムに対する溶解度の測定結果を下記表に示す。
[Measurement of solubility of target compound]
Chloroform was added at a temperature of 25 ° C. until 10 mg of the solute (target compound) was completely dissolved, and the solubility (mg / mL) in chloroform was determined from the volume of the added chloroform. The measurement results of the solubility in chloroform of the target compounds 1 to 4, 6, 26, 32 and 100 to 106 obtained in Examples 1 to 4, 5, 7, and 8 and Comparative Examples 1 to 7 are shown in the following table.

Figure 0006592758
Figure 0006592758

表4の結果から、一般式(1)におけるRがC1〜C4アルキル基である実施例1〜4、5、7、8の化合物1〜4、6、26、及び32は、クロロホルムに対する溶解度が3.5mg/mL以上であって、有機溶媒に対する溶解性が高く、RがC10アルキル基である比較例1の化合物106と比較して顕著に溶解性が高いことが分かった。 From the results in Table 4, the compounds 1 to 4, 6, 26, and 32 of Examples 1 to 4, 5, 7, and 8 in which R 3 in the general formula (1) is a C1 to C4 alkyl group have solubility in chloroform. Was 3.5 mg / mL or more, the solubility in an organic solvent was high, and the solubility was significantly higher than that of the compound 106 of Comparative Example 1 in which R 3 is a C10 alkyl group.

〔有機薄膜トランジスタの製造及び評価〕
以下の実施例及び比較例では、実施例1〜4で得られた化合物1〜4及び比較例8,9で得られた化合物101,106を用いて有機薄膜トランジスタを製造し、評価した。
[Production and evaluation of organic thin-film transistors]
In the following Examples and Comparative Examples, organic thin film transistors were manufactured and evaluated using Compounds 1 to 4 obtained in Examples 1 to 4 and Compounds 101 and 106 obtained in Comparative Examples 8 and 9.

〔実施例9〕(実施例1で得られた化合物4を用いた有機薄膜トランジスタ10A(図1(a)参照)の作製及び評価)
一方の面に膜厚100nmのSiO熱酸化膜(図1(a)における絶縁体層4)が付けられ他方の面に電極作成用シャドウマスクが取り付けられたpドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下、図1(a)におけるゲート電極5及び基板6を兼ねる)を真空蒸着装置内に設置し、装置内の真空度が2.0×10−4Pa以下になるまで排気し、pドープシリコンウェハー(以下「基板」と呼ぶ)上に電極作成用シャドウマスクを通して抵抗加熱蒸着法によってクロム及び金をそれぞれ蒸着することによって、厚さ1nmのクロム電極すなわちソース電極(図1(a)におけるソース電極1)及び厚さ15nmの金電極すなわちドレイン電極(図1(a)におけるドレイン電極3)を基板上に形成し、電極作成用シャドウマスクを取り外した。
[Example 9] (Production and evaluation of organic thin film transistor 10A using compound 4 obtained in Example 1 (see FIG. 1A))
A p-doped silicon wafer (surface resistance 0 .0) having a SiO 2 thermal oxide film (insulator layer 4 in FIG. 1A) having a film thickness of 100 nm on one surface and a shadow mask for electrode formation attached on the other surface. 02Ω · cm or less, which also serves as the gate electrode 5 and the substrate 6 in FIG. 1 (a)) is placed in a vacuum deposition apparatus, and exhausted until the degree of vacuum in the apparatus becomes 2.0 × 10 −4 Pa or less, By depositing chromium and gold on a p-doped silicon wafer (hereinafter referred to as “substrate”) through a shadow mask for electrode formation by resistance heating vapor deposition, a 1 nm thick chromium electrode or source electrode (FIG. 1A) A source electrode 1) and a gold electrode having a thickness of 15 nm, that is, a drain electrode (drain electrode 3 in FIG. 1A) are formed on a substrate, and a shadow mask for forming an electrode is formed. Removed.

次いで、この基板をUV/オゾン洗浄機(形式:SSP16−110、セン特殊光源株式会社製)を用いて10分間洗浄した後、前記基板におけるソース電極及びドレイン電極が形成されている側の表面上に、有機溶媒を含む有機半導体材料としての、実施例1で得られた化合物4の約2重量%クロロベンゼン飽和溶液を100℃の条件下でスピンコート法により塗布した後、クロロベンゼンを乾燥させることで、有機半導体薄膜(図1(a)における半導体層2)を、前記基板におけるソース電極及びドレイン電極が形成されている側の面上に形成した。これにより、ボトムゲート−ボトムコンタクト型である本発明の一例に係る有機薄膜トランジスタ(チャネル長50μm、チャネル幅350μm)を得た。   Next, this substrate is cleaned for 10 minutes using a UV / ozone cleaning machine (model: SSP16-110, manufactured by Sen Special Light Source Co., Ltd.), and then on the surface of the substrate on which the source and drain electrodes are formed. In addition, an about 2 wt% chlorobenzene saturated solution of the compound 4 obtained in Example 1 as an organic semiconductor material containing an organic solvent was applied by spin coating at 100 ° C., and then chlorobenzene was dried. The organic semiconductor thin film (semiconductor layer 2 in FIG. 1A) was formed on the surface of the substrate on which the source and drain electrodes are formed. As a result, a bottom gate-bottom contact type organic thin film transistor (channel length 50 μm, channel width 350 μm) according to an example of the present invention was obtained.

得られた有機薄膜トランジスタをプローバー内に設置し、半導体パラメーターアナライザー(型式:E5270A、アジレント・テクノロジー社製)を用いて半導体特性を測定した。   The obtained organic thin-film transistor was installed in a prober, and semiconductor characteristics were measured using a semiconductor parameter analyzer (model: E5270A, manufactured by Agilent Technologies).

図10は、本実施例に係る有機薄膜トランジスタの半導体特性を示すグラフであり、ドレイン電圧を飽和領域である−40Vに固定し、ゲート電圧を10Vから−50Vまで走査し、ドレイン電圧−ゲート電圧(トランスファー)特性を測定した結果を示している。具体的には、横軸にゲート電圧(Vg(V))をとり、縦軸にドレイン電流の絶対値(|Id|(A);右端目盛り)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|Id|1/2(A1/2);左端目盛り)とをとって、実施例9で作成した有機薄膜トランジスタの特性を示したグラフである。 FIG. 10 is a graph showing the semiconductor characteristics of the organic thin film transistor according to the present embodiment. The drain voltage is fixed to −40V which is a saturation region, the gate voltage is scanned from 10V to −50V, and the drain voltage−gate voltage ( The results of measuring transfer characteristics are shown. Specifically, the horizontal axis represents the gate voltage (Vg (V)), the vertical axis represents the absolute value of the drain current (| Id | (A); right end scale), and the square root of the absolute value of the drain current (| Id). | 1/2 (A 1/2 ); left end scale) is a graph showing the characteristics of the organic thin film transistor prepared in Example 9.

図10に示した測定結果から、実施例9で作成した有機薄膜トランジスタの半導体特性を示す数値として閾値電圧を求めた。半導体特性を示す各数値の求め方は以下の通りである。   From the measurement results shown in FIG. 10, the threshold voltage was obtained as a numerical value indicating the semiconductor characteristics of the organic thin film transistor prepared in Example 9. The method for obtaining each numerical value indicating the semiconductor characteristics is as follows.

<閾値電圧>
図10に示したゲート電圧(Vg(V))と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|Id|1/2(A1/2))との関係を示すグラフにおける、傾きが略一定とみなせる範囲を直線近似し、その近似線を外挿した直線がX軸と交わる点(Id=0Aとなる点)の電圧値として求めた。
<Threshold voltage>
In the graph showing the relationship between the gate voltage (Vg (V)) shown in FIG. 10 and the square root of the absolute value of the drain current (| Id | 1/2 (A 1/2 )), the slope can be regarded as substantially constant. The range was approximated by a straight line, and the voltage value at a point where a straight line obtained by extrapolating the approximate line intersects the X axis (a point where Id = 0A) was obtained.

<キャリア移動度>
飽和領域におけるドレイン電流−ゲート電圧特性は、下記の式(a)で表されることから、キャリア移動度は式(a)を用いて算出した。
Id=(1/2)WμCp(Vg−Vth)/L …式(a)
但し、Id:ドレイン電流
W:チャネル幅
μ:キャリア移動度
Cp:絶縁体層4の静電容量
Vg:ゲート電圧
Vth:閾値電圧
L:チャネル長
<Carrier mobility>
Since the drain current-gate voltage characteristics in the saturation region are expressed by the following formula (a), the carrier mobility was calculated using the formula (a).
Id = (1/2) WμCp (Vg−Vth) 2 / L Expression (a)
Where Id: drain current
W: Channel width
μ: Carrier mobility
Cp: Capacitance of the insulator layer 4
Vg: Gate voltage
Vth: threshold voltage
L: Channel length

なお、今回の測定において、チャネル幅Wは350μm、絶縁体層4の静電容量は33.5×10−8F、チャネル長Lは50μmである。また、ゲート電圧Vgは、飽和領域となる−40Vとした。 In this measurement, the channel width W is 350 μm, the capacitance of the insulator layer 4 is 33.5 × 10 −8 F, and the channel length L is 50 μm. Further, the gate voltage Vg was set to −40 V which becomes a saturation region.

以上の測定及び計算により、実施例9で得られた有機薄膜トランジスタのキャリア移動度は9.0×10−2cm/Vsであり、閾値電圧は1.7Vであった。これらの結果を表5に示した。なお、後述する実施例10〜12、比較例7、及び比較例8についても、同様の方法でキャリア移動度及び閾値電圧を算出した。 From the above measurements and calculations, the carrier mobility of the organic thin film transistor obtained in Example 9 was 9.0 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the threshold voltage was 1.7V. These results are shown in Table 5. The carrier mobility and the threshold voltage were calculated in the same manner for Examples 10 to 12, Example 7 and Example 8 described later.

〔実施例10〕(実施例2で得られた化合物3を用いた有機薄膜トランジスタ10A(図1(a)参照)の作製及び評価)
実施例1で得られた化合物4を実施例2で得られた化合物3に変更したこと以外は実施例9と同様にして、本発明の一例に係る有機薄膜トランジスタを得た。さらに、実施例9に記載の方法により有機薄膜トランジスタの特性を調べ、結果を表5に示した。
[Example 10] (Production and evaluation of organic thin film transistor 10A using compound 3 obtained in Example 2 (see FIG. 1A))
An organic thin film transistor according to an example of the present invention was obtained in the same manner as in Example 9, except that the compound 4 obtained in Example 1 was changed to the compound 3 obtained in Example 2. Furthermore, the characteristics of the organic thin film transistor were examined by the method described in Example 9, and the results are shown in Table 5.

〔実施例11〕(実施例3で得られた化合物2を用いた有機薄膜トランジスタ10A(図1(a)参照)の作製及び評価)
実施例1で得られた化合物4を実施例3で得られた化合物2に変更したこと以外は実施例9と同様にして、本発明の一例に係る有機薄膜トランジスタを得た。さらに、実施例9に記載の方法により有機薄膜トランジスタの特性を調べ、結果を表5に示した。
[Example 11] (Production and Evaluation of Organic Thin Film Transistor 10A Using Compound 2 Obtained in Example 3 (see FIG. 1A))
An organic thin film transistor according to an example of the present invention was obtained in the same manner as in Example 9, except that the compound 4 obtained in Example 1 was changed to the compound 2 obtained in Example 3. Furthermore, the characteristics of the organic thin film transistor were examined by the method described in Example 9, and the results are shown in Table 5.

〔実施例12〕(実施例4で得られた化合物1を用いた有機薄膜トランジスタ10A(図1(a)参照)の作製及び評価)
実施例1で得られた化合物4を実施例4で得られた化合物1に変更したこと以外は実施例9と同様にして、本発明の一例に係る有機薄膜トランジスタを得た。さらに、実施例9に記載の方法により有機薄膜トランジスタの特性を調べ、結果を表5に示した。
[Example 12] (Production and evaluation of organic thin film transistor 10A using compound 1 obtained in Example 4 (see FIG. 1A))
An organic thin film transistor according to an example of the present invention was obtained in the same manner as in Example 9, except that the compound 4 obtained in Example 1 was changed to the compound 1 obtained in Example 4. Furthermore, the characteristics of the organic thin film transistor were examined by the method described in Example 9, and the results are shown in Table 5.

〔比較例8〕(比較例6で得られた化合物101を用いた有機薄膜トランジスタ10A(図1(a)参照)の作製及び評価)
実施例1で得られた化合物4を比較例6で得られた化合物101に変更したこと以外は実施例9と同様にして、比較用の有機薄膜トランジスタを得た。さらに、実施例9に記載の方法により有機薄膜トランジスタの特性を調べ、結果を表5に示した。
[Comparative Example 8] (Production and Evaluation of Organic Thin Film Transistor 10A Using Compound 101 Obtained in Comparative Example 6 (see FIG. 1A))
A comparative organic thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 9, except that the compound 4 obtained in Example 1 was changed to the compound 101 obtained in Comparative Example 6. Furthermore, the characteristics of the organic thin film transistor were examined by the method described in Example 9, and the results are shown in Table 5.

〔比較例9〕(比較例1で得られた化合物106を用いた有機薄膜トランジスタ10A(図1(a)参照)の作製及び評価)
実施例1で得られた化合物4を比較例1で得られた化合物106に変更したこと以外は実施例9と同様にして、比較用の有機薄膜トランジスタを得た。さらに、実施例9に記載の方法により有機薄膜トランジスタの特性を調べ、結果を表5に示した。
[Comparative Example 9] (Production and Evaluation of Organic Thin Film Transistor 10A Using Compound 106 Obtained in Comparative Example 1 (see FIG. 1A))
A comparative organic thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 9, except that the compound 4 obtained in Example 1 was changed to the compound 106 obtained in Comparative Example 1. Furthermore, the characteristics of the organic thin film transistor were examined by the method described in Example 9, and the results are shown in Table 5.

Figure 0006592758
Figure 0006592758

表5より、実施例1〜4の化合物を使用した実施例9〜12の有機薄膜トランジスタは、比較例1及び6の化合物を使用した比較例8及び9の有機薄膜トランジスタより優れたトランジスタ特性を示すことが分かった。   From Table 5, the organic thin-film transistors of Examples 9 to 12 using the compounds of Examples 1 to 4 exhibit superior transistor characteristics than the organic thin-film transistors of Comparative Examples 8 and 9 using the compounds of Comparative Examples 1 and 6. I understood.

本発明の縮合多環芳香族化合物及び有機半導体薄膜は、有機半導体デバイスの構成要素として、好適に用いることができる。また、本発明の有機半導体デバイスは、有機薄膜トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、薄膜光電変換デバイス、色素増感太陽電池、有機ELデバイス等の分野に利用することが可能である。   The condensed polycyclic aromatic compound and the organic semiconductor thin film of the present invention can be suitably used as a component of an organic semiconductor device. The organic semiconductor device of the present invention can be used in the fields of organic thin film transistors, diodes, capacitors, thin film photoelectric conversion devices, dye-sensitized solar cells, organic EL devices, and the like.

1 ソース電極
2 半導体層
3 ドレイン電極
4 絶縁体層
5 ゲート電極
6 基板
7 保護層
10A〜10F 有機薄膜トランジスタ
20 有機太陽電池デバイス
21 基板
22 陽極
23 発電層
24 陰極
231 p型層
232 n型層
233 バッファー層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Source electrode 2 Semiconductor layer 3 Drain electrode 4 Insulator layer 5 Gate electrode 6 Substrate 7 Protective layer 10A-10F Organic thin-film transistor 20 Organic solar cell device 21 Substrate 22 Anode 23 Power generation layer 24 Cathode 231 P-type layer 232 N-type layer 233 Buffer layer

Claims (8)

下記一般式(1)
Figure 0006592758
(式中、 はアリール基を表し、R は水素原子を表し、R は炭素数1〜4のアルキル基を表し、R は水素原子を表し、及びXはそれぞれ独立に、硫黄原子、セレン原子、またはテルル原子を表す)
で表されることを特徴とする縮合多環芳香族化合物。
The following general formula (1)
Figure 0006592758
(In the formula, R 1 represents an aryl group, R 2 represents a hydrogen atom, R 3 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 4 represents a hydrogen atom, and X 1 and X 2 are each independent. Represents a sulfur atom, a selenium atom, or a tellurium atom)
A condensed polycyclic aromatic compound represented by the formula:
請求項1に記載の縮合多環芳香族化合物であって、
示差走査熱量曲線において170℃未満に相転移を示すピークが観測されない化合物であることを特徴とする縮合多環芳香族化合物。
The condensed polycyclic aromatic compound according to claim 1,
A condensed polycyclic aromatic compound, which is a compound in which no peak showing a phase transition is observed below 170 ° C. in a differential scanning calorimetry curve.
請求項1又は2に記載の縮合多環芳香族化合物であって、
液晶性を示さないことを特徴とする縮合多環芳香族化合物。
The condensed polycyclic aromatic compound according to claim 1 or 2,
A condensed polycyclic aromatic compound characterized by not exhibiting liquid crystallinity.
少なくとも1種類の請求項1〜3の何れか1項に記載の縮合多環芳香族化合物と、
有機溶媒とを含むことを特徴とする有機半導体材料。
At least one condensed polycyclic aromatic compound according to any one of claims 1 to 3,
An organic semiconductor material comprising an organic solvent.
少なくとも1種類の請求項1〜3の何れか1項に記載の縮合多環芳香族化合物を含むことを特徴とする有機半導体薄膜。   An organic semiconductor thin film comprising the condensed polycyclic aromatic compound according to any one of claims 1 to 3. 請求項5に記載の有機半導体薄膜を形成する方法であって、
請求項4に記載の有機半導体材料を、有機半導体薄膜を形成しようとする表面上に塗布又は印刷した後、有機溶媒を乾燥させることを特徴とする有機半導体薄膜の形成方法。
A method for forming an organic semiconductor thin film according to claim 5, comprising:
A method for forming an organic semiconductor thin film, comprising: applying or printing the organic semiconductor material according to claim 4 on a surface on which an organic semiconductor thin film is to be formed, and drying an organic solvent.
請求項5に記載の有機半導体薄膜を含むことを特徴とする有機半導体デバイス。   An organic semiconductor device comprising the organic semiconductor thin film according to claim 5. 請求項7に記載の有機半導体デバイスであって、
有機薄膜トランジスタであることを特徴とする有機半導体デバイス。
The organic semiconductor device according to claim 7,
An organic semiconductor device characterized by being an organic thin film transistor.
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