JPS61195157A - 有機半導体 - Google Patents

有機半導体

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JPS61195157A
JPS61195157A JP60034623A JP3462385A JPS61195157A JP S61195157 A JPS61195157 A JP S61195157A JP 60034623 A JP60034623 A JP 60034623A JP 3462385 A JP3462385 A JP 3462385A JP S61195157 A JPS61195157 A JP S61195157A
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JP
Japan
Prior art keywords
polymer
pref
doping
crosslinked
organic semiconductor
Prior art date
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Pending
Application number
JP60034623A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuyuki Naito
勝之 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゛ [発明の技術分野] 本発明は、良好な半導性を有し、かつ、成形性の良好な
有機半導体に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 近年、各種分野における電子材料の需要の増大に伴い、
新規な半導体材料の開発が重要な課題となってきている
。そのため、無機半導体に加えて、有機半導体について
の研究が盛んに進められている。現在までのところ、ポ
リアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロールなどの共
役系ポリマーに、五フッ化砒素、五フッ化アンチモン、
ヨウ素、臭素などのドーピング剤をドープさせたポリマ
ーが知られている。これらのポリマーは良好な電導性を
示し、しかも、ドーピング剤のドープ量を変化させるこ
とにより絶縁体からP型半導体を経て導電体になること
が知られている。
しかしながら、これらのポリマーは有機溶媒に不溶であ
り、かつ、加熱によっても溶融しないので、その成形が
極めて困難である。従って、その用途a囲が限定されて
しまうことはやむを得ず。
その改良が望まれている。
[発明の目的] 本発明は、従来のかかる問題を解消し、半導体としての
特性、すなわち半導性を具備することは言うまでもなく
、成形加工を容易に行なうことができ、その結果、用途
範囲を制限されることのない有機半導体の提供を目的と
する。
[発明の概要] 本発明者は、上記目的を達成すべく、種々の有機物質、
とり′わけポリマーについて検討を重ねる中で、共役結
合による架橋構造を有する、云わば、架橋ポリマーに着
目した。すなわち、この架橋ポリマーは、架橋前には、
溶媒に可溶であるか、又は、それ自体が溶融するという
性質を有するが、しかし、一旦架橋してしまうと溶媒に
不溶となり、しかも溶融性が失われるというものである
。従って1本発明者は、かかる架橋ポリマーと、これに
ドーピングすることにより該架橋ポリマーに半導性を生
ぜしめるドーピング剤との組み合せについて鋭意研究を
重ねた結果、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明の有機半導体は、共役結合による架橋
構造を有する架橋ポリマーと、該架橋ポリマー中にドー
プされた電子供与性物質もしくは電子受容性物質よりな
るドーピング剤とからなることを特徴とする。
本発明の有機半導体は、上述したように、架橋ポリマー
と、該架橋ポリマーにドーピングされたドーピング剤と
の2成分よりなる。
第1の成分である架橋ポリマーは、共役結合による架橋
構造を有するものであればとくに制限されるものではな
いが、炭素−炭素三重結合を有するポリマーの架橋によ
り得られるものであることが好ましい、つまり、架橋前
のポリマーは、その繰り返し単位中に1例えば、−C■
C−CmC−のような結合ユニットを含むものである。
かかる結合ユニr、)中の三重結合は少なくとも1個存
在すれば足りるが、とくに、上記のような共役ジイン結
合は好ましい。
このような架橋前のポリマーの具体例としては1次式: で示される繰り返し単位を有するポリエステルをとくに
好ましいものとしてあげることができる。
この繰り返し単位中に炭素−炭素三重結合と共存する官
能基の種類は式(I)で示されるエステル基の他に、ウ
レタン基、アミド基、イミド基。
エーテル基、アミノ基、水酸基、カルボナート基、チオ
エーテル基、スルホン酸エステル基、尿素基、ベンゼン
環、縮合多環又は複素環などがあげられる。
かかるポリマーは、三重結合を含む七ツマ−を公知の種
々の方法、すなわち1重縮合、開環重合、付加重合等に
より容易に製造することができる(例えば、ニー・オー
・バチイル他、ジャーナル・オプ・ポリマー・サイエン
ス、ポリマー−ケミストリー・エディジョン第19巻、
 1155頁、 1981年、 (A−0,Pt1l 
@t al、 Journal of Polymer
Science、 Polymer Chemistr
y !dition、 IJ 1155(1981))
参照)、このようにして得られたポリマーは、溶媒に可
溶であるか、又はそれ自身が溶融性を有するかのいずれ
かであって、極めて成形性に富み、自由な形状に加工す
ることができる。
一方、上記ポリマーに対し、熱、紫外線、又はγ線など
を作用させると、ポリマー分子間の三重結合部分同士が
反応して、例えば式(I)で示される繰り返し単位を有
するポリマーの場合、=C−CIC−Cmのようなエン
−インの共役系よりなる架橋構造が網目状に広がった架
橋ポリマーとなる。この架橋ポリマーは一般に赤ないし
黒色であり、溶媒に不溶になると同時に、その溶融性も
失われる。
更に、かかる架橋ポリマーはそのままでは絶縁性物質で
あるが、これに後述するようなドーピング剤をドープす
ることにより、上記のような共役不飽和結合部に導電性
が発現し、半導体となる。
本発明の有機半導体の第2の成分であるドーピング剤は
上述したように、電子供与性物質(ドナー)もしくは電
子受容性物質(アクセプター)よりなる、つまり、ドー
ピング剤としてドナーを用いれば、n型半導体が得られ
、一方、アクセプターを用いればP型半導体が得られる
。これらのドーピング剤の具体例を挙げると、ドナーと
しては、ナトリウム、カリウム、セシウム等のアルカリ
金属:アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン等の
アミン類があげられ、7クセプターとしては、C12,
Br2. I2. IBr等のハロゲン、AsF5゜B
F3.  B(fL3−、 5bC15,PF5. S
bF5. SO2,SO3,NO2゜NO,N2O5,
POF3.  POCl3. N02SbF13.5b
S5. PBr3゜PCi3等があげられる。このうち
、Na、 IN3. AsF5゜PF5. POCl3
はとくに好ましいものである。尚、これらのドーピング
剤は単独で使用しても、2種以上を組み合わせて使用し
てもよい。
本発明の有機半導体は、前述の架橋ポリマーに上記した
ドーピング剤をドープすることによって製造される。す
なわち、先ず、I&形性のよい架橋前のポリマーを所望
の形状1例えば、ドーピングし易いフィルム状、シート
状、ベレット状又は粉末状に成形し、この成形品に熱、
紫外線又はγ線などを作用させて架橋ポリマーを生成せ
しめる。
次いで、かかる架橋ポリマー成形体に、上記のドーピン
グ剤を気相または液相にてドーピングする。一方、上記
のようにポリマーの架橋反応とドーピング工程とを別個
に行うのではなく、同時に行なうこともできる。つまり
、架橋前のポリマーを成形したのち、ドーピング剤の存
在下で上記のような架橋反応を行わせることとなせばよ
い。
このとき、ドーピング量は、架橋前のポリマーに含まれ
る三重結合1モル当り、ドーピング剤が0.01〜lO
モル、好ましくは0.02〜7モルとなるように設定す
ればよい、また、ドーピングの際の諸条件は、ドーピン
グ剤の種類およびドーピング量との関係から適宜設定す
ればよいが1通常、温度が一50〜70℃、好ましくは
O〜50℃1時間が1〜100時間、好ましくは20〜
40時間である。
[発明の実施例] 製造例1(ポリマーの製造) アジピン酸5.37g(0,0387モル)を三ツロフ
ラスコに入れ、塩化チオニル8.0ml (0,11モ
ル)を加えた。フラスコを水浴にて加熱し、50〜80
℃で4時間攪拌した。このとき発′生したSO2および
HCILガスは水流除去した0反応終了後1反応液を減
圧蒸留することによりアジピン酸ジクロリド4.80g
(0,0282モル)を得た。
一方で、内容積 1fLのビーカーに水酸化カリウム3
.41g、水IHmlを入れ、水浴中で攪拌冷却後、2
.4−へキサジイン−1,8−ジオール2.88g(0
,0282モル)を入れて溶解した。上記により得られ
たアジピン酸ジクロリド4.80gを乾燥トルエン 8
0層見に溶解し、2.4−ヘキサジイン−1,8−ジオ
ール水溶液を激しく攪拌かつ冷却しながら、ここにトル
エン溶液を瞬時に加えた。直ちに白濁が生じた。更に1
0分間冷却攪拌を続けたのち、沈殿を吸引ろ過したのち
、水で数回洗浄した。この沈殿を真空乾燥することによ
り白色のポリエステル4.55gを得た(収率79%)
、このものの融点は74〜78℃であった。
また、このポリエステルの赤外吸収(!R)スペクトル
を測定したところ、2945および28?Oc■4にテ
トラメチレン基の吸収、1735cm′Lにエステルカ
ルボニル基の吸収がそれぞれ確認された。更に1重クロ
ロホルム中でIN−NMRスペクトルを測定したところ
、δ値は、1.Hpp*(テトラメチレン基の内側のメ
チレン&) 、 2.38pp論(テトラメチレン基の
外側のメチレン基) 、 4.74pp謄(三重結合に
隣接したメチレン基)であり、これらの面積比は10:
 10: 10であった。
製造例2(ポリマーの製造) 内容積 tiのビーカーに水酸化カリウム2.BOg、
水120■見を入れ、水浴中で攪拌冷却後、2,4−へ
キサジイン−1,8−ジオール2.20g(0,020
0モル)を入れて溶解させた。この水溶液を激しく攪拌
冷却しているところへ、テレフタル酸ジクロリド4.0
eg(0,0200モル)を乾燥トルエン82mjLに
溶解したものを瞬時に加えた。直ちに白色のポリマーの
塊が生成した。このポリマーを吸引ろ過したのち水で洗
浄し、真空乾燥することにより白色の固体4.18を得
た(収率85%)、得られたポリマーには融点が存在し
なかったが、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムア
ミドなどの溶媒に可溶であった。
このポリマーのIRスペクトル分析の結果、1720 
c 1lI−’にエステルカルボニル基による吸収、1
590 c m−”にベンゼン環による吸収が確認され
た。
また、重クロロホルム中での1)1−NMRスペクトル
分析の結果、δ値は4.75ppm(三重結合に隣接し
たメチレン基’) 、 8.15ppm(フェニレン基
)であり両者の面積比は10:1Gであった。
実施例1 上記製造例1で得られたポリエステル3:1mgを10
0kg/c■2の圧力でプレス成形し、直径13腸腸、
厚さ0.30腸腸の円盤状ペレットを作製した。少し赤
色に着色したペレットを真空下、80〜90℃で1日加
熱することにより、このポリエステルを架橋せしめた。
このようにして得られたペレットは赤褐色半透明で直径
12mm、厚;jo、23mmであり、また、このペレ
ットは弾力性を有していた。
次いで、このペレットの両面に銀ペーストにより電極を
形成して厚み方向の抵抗を測定することにより電導度を
算出した。更に、ドーピング剤としてアンモニアを使用
し、室温下、アンモニア圧1気圧で24時間ドーピング
を行なった。ドーピング量はペレットの重量の増加から
架橋前のポリマーの三重結合1モルに対して0.1モル
であることがわかった。ドーピング後に再び抵抗を測定
して電導度を算出した。
この結果、ドーピング前の電導度は1G4Ω−i cm
−1であったが、ドーピング後には10”Ω−1C「1
まで上昇した。
実施例2 製造例2で得られたポリエステル42層gを100kg
/am2の圧力でプレスし、直径13腸層、厚さ0.3
9肩層の円盤状ペレットを作製した0斑点状に赤色着色
したペレットを真空下、 110℃で1日加熱すること
により、このポリエステルを架橋せしめた。
このようにして得られたポリエステルは赤色で、弾力性
を有していた。実施例1で示した方法により、アンモニ
アをドーピングした。この結果、ドーピング前の電導度
は104Ω−Z cm−tであったが、ドーピング後に
は104まで上昇した。
実施例3 製造例2で得られたポリエステル44mgを100kg
/c膳2の圧力でプレスし、直径13■1、厚さ0.4
5層層の円盤状ペレットを作製した。このペレットを真
空下110℃で1日加熱することにより、このポリエス
テルを架橋せしめた。
次いでこのペレットの両面に銀ペーストにより電極を形
成し、  POCJL3蒸気中に18時間接触させるこ
とにより POCl3のドーピングを行なった。
この結果、ドーピング前の電導度は10″I!Ω→C■
4であったが、ドーピング後には104Ω−IC「電ま
で上昇した。
実施例4 製造例1で得られたポリエステル10■gをジメチルス
ルホキシド1tJLに溶解した。一方、金蒸着によりガ
ラス板上に厚さ4800人、電極間2璽鳳、長さ1 a
mの電極を2本とり、この電極間に上記ポリマーのジメ
チルスルホキシド溶液をキャストし、室温、空気中で2
日間放置した。その後、ガラス板上にキャストされたポ
リマーフィルムを真空下100℃で1日加熱することに
より、このポリエステルを架橋せしめた。しかるのち、
アンモニアガスを3時間ドーピングすることにより電導
度は10”Ω−1C職“1から10−5Ω−IC「1ま
で上昇した。
実施例5 製造例1で得られたポリエステル30肩gを100kg
/c濡2の圧力でプレス成形し、直径13■l、厚さ0
.301層の円盤状ペレットを作製した。このペレット
を ■2固体とともに真空アンプル中に封入し、80〜
90℃で1日加熱することにより、ポリマーの架橋とド
ーピングとを同時に行なった。得られた黒褐色のペレッ
トについて、実施例1と同様にして電導度を測定したと
ころ、10−7Ω−IC,−1の半導性を示した。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明の有機半導体は
、良好な半導性を示すことは勿論のこと、その成形性も
極めて良好であるため、その用途範囲に制約を受けるこ
となく、例えば、電子写真記録材料、固体ディスプレイ
、光メモリ、端末機器、帯電防止材、光電変換素子、蓄
電池など広い分野での応用が可能であり、その工業的価
値11大である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、共役結合による架橋構造を有する架橋ポリマーと、 該架橋ポリマー中にドープされた電子供与性物質もしく
    は電子受容性物質よりなるドーピング剤とからなること
    を特徴とする有機半導体。 2、該架橋ポリマーが、炭素−炭素三重結合を有するポ
    リマーの架橋により得られるものである特許請求の範囲
    第1項記載の有機半導体。 3、該炭素−炭素三重結合を有するポリマーが、ポリエ
    ステルである特許請求の範囲第2項記載の有機半導体。
JP60034623A 1985-02-25 1985-02-25 有機半導体 Pending JPS61195157A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10207859A1 (de) * 2002-02-20 2003-09-04 Univ Dresden Tech Dotiertes organisches Halbleitermaterial sowie Verfahren zu dessen Herstellung
JP2013515796A (ja) * 2009-12-23 2013-05-09 ソルヴェイ・スペシャルティ・ポリマーズ・イタリー・エッセ・ピ・ア 硬化性組成物

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