KR20080073303A - 반도체 물질로서의 나프탈렌계 테트라카복실릭 다이이미드 - Google Patents
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Abstract
박막 트랜지스터는, 전자 공여 기로 선택적으로 치환되고 각각의 이미드 질소에 부착되는 치환 또는 비치환된 지환족 고리 시스템을 갖는 테트라카복실산 다이이미드 나프탈렌계 화합물을 포함하는 유기 반도체 물질의 층을 포함한다. 이러한 트랜지스터는 상기 물질과 접촉되는 이격된 제 1 및 제 2 접촉 수단 또는 전극을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 바람직하게는 기판(이의 온도는 100℃ 이하임) 상으로 승화 증착시킴으로써 유기 박막 트랜지스터 장치를 제조하는 방법이 개시된다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터용 n-채널 반도체 필름의 반도체 물질로서 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 전자 장치용 박막 트랜지스터에서의 이들 물질의 용도 및 상기 트랜지스터 및 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT)는 전자제품, 예를 들어 능동-매트릭스 액정 디스플레이, 스마트 카드 및 다양한 다른 전자 장치 및 그의 구성요소에서 스위칭 소자로서 널리 사용된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 전계 효과 트랜지스터(FET)의 일례이다. FET의 가장 잘 알려진 예는 현재 통상적인 고속 용도의 스위칭 소자인 MOSFET(금속-산화물-반도체-FET)이다. 현재, 대부분의 박막 장치는 반도체로서 비정질 규소를 사용하여 제조된다. 비정질 규소는 결정질 규소에 대한 덜 비싼 대체물이다. 이 사실은 큰 면적의 용도에서 트랜지스터의 비용을 감소시키는데 특히 중요하다. 그 러나, 비정질 규소의 최대 이동도(mobility)(0.5 내지 1.0cm2/V초)가 결정질 규소의 이동도보다 수천배 작기 때문에, 비정질 규소의 용도는 비교적 저속 장치로만 제한된다.
비정질 규소가 TFT용의 고도의 결정질 규소보다 덜 비싸긴 하지만, 비정질 규소는 여전히 그만의 단점을 갖는다. 트랜지스터의 제조 동안 비정질 규소의 증착에는 디스플레이 용도에 충분한 전기적 특징을 달성하기 위하여 비교적 비싼 공정(예컨대, 플라즈마 향상된 화학 기상 증착) 및 고온(360℃)이 요구된다. 이러한 높은 공정 온도 때문에, 가요성 디스플레이와 같은 용도에 사용하기에 바람직한 특정 플라스틱으로 제조된 기판을 증착 공정에 사용할 수 없다.
지난 수십년간, TFT의 반도체 채널에 사용하기 위한 무기 물질(예컨대, 비정질 규소)에 대한 잠재적 대체물로서 유기 물질이 주목을 받아 왔다. 유기 반도체 물질, 특히 유기 용매에 가용성이어서 회전-코팅, 침지-코팅 및 마이크로컨택 인쇄(microcontact printing)와 같은 훨씬 덜 비싼 공정에 의해 큰 면적으로 적용될 수 있는 유기 반도체 물질은 가공하기가 더 간단하다. 게다가, 유기 물질은 보다 낮은 온도에서 증착될 수 있어서, 가요성 전자 장치용 플라스틱을 비롯한 광범위한 기판 물질을 개발할 수 있다. 따라서, 유기 물질로 제조된 박막 트랜지스터는, 제조의 용이성, 기계적 가요성 및/또는 적절한 작동 온도가 중요한 고려사항인, 디스플레이 드라이버의 플라스틱 회로, 휴대용 컴퓨터, 무선 호출 수신기, 상거래용 카드의 메모리 소자 및 신원 확인 태그(tag)에 있어서의 잠재적 핵심 기술로서 간주 될 수 있다.
TFT에서의 잠재적 반도체 채널로서 사용하기 위한 유기 물질은 예컨대 가니어(Garnier) 등의 미국 특허 제 5,347,144 호(발명의 명칭: "Thin-Layer Field-Effect Transistors with MIS Structure Whose Insulator and Semiconductors Are Made of Organic Materials")에 개시되어 있다.
TFT에 사용되어 전자 구성요소에 스위칭 및/또는 논리 소자를 제공할 수 있는 신규 유기 반도체 물질을 발견하고자하는 많은 노력을 가져 왔으며, 이들 중 다수는 0.01cm2/Vs보다 높은 상당한 이동도, 및 1000보다 큰 전류 온/오프 비율(이후 본원에서, "온/오프 비율"이라고 지칭함)을 필요로 한다. 이러한 특성을 갖는 유기 TFT는 디스플레이용 화소 드라이버 및 신원 확인 태그와 같은 전자 용도에 사용할 수 있다. 그러나, 이들 바람직한 특성을 나타내는 화합물의 대부분은 "p-형" 또는 "p-채널"이며, 이는 소오스 전압과 비교하여 음(-)의 게이트 전압이 인가되어 장치의 채널 영역에 양전하(정공)를 유도한다는 의미이다.
p-형 유기 반도체 물질에 대한 대체물로서, N-형 유기 반도체 물질이 p-형 유기 반도체 물질에 대한 대체물로서 TFT에 사용될 수 있으며, 여기서 용어 "n-형" 또는 "n-채널"은 소오스 전압과 비교하여 양(+)의 게이트 전압이 인가되어 장치의 채널 영역에 음전하를 유도함을 나타낸다.
게다가, 상보성 회로로서 알려져 있는 TFT 회로의 한 중요한 유형은 p-형 반도체 물질과 더불어 n-형 반도체 물질을 필요로 한다. 도다발라퍼(Dodabalapur) 등의 문헌 ["Complementary circuits with organic transistors" Appl. Phys. Lett. 1996, 69, 4227]을 참조한다. 특히, 상보성 회로의 제조에는 하나 이상의 p-채널 TFT 및 하나 이상의 n-채널 TFT가 요구된다. 상보성 회로 구성을 이용하여 인버터(inverter)와 같은 간단한 구성요소들이 구현되었다. 보통의 TFT 회로에 비해 상보성 회로의 이점은 더 낮은 동력 소실, 더 긴 수명 및 더 우수한 소음 저항성을 포함한다. 이러한 상보성 회로에서는, 흔히 n-채널 장치의 이동도 및 온/오프 비율이 p-채널 장치의 이동도 및 온/오프 비율과 크기 면에서 유사한 것이 바람직하다. 유기 p-형 반도체 및 무기 n-형 반도체를 사용하는 하이브리드 상보성 회로가 도다발라퍼 등의 문헌(Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 2264)에 기재된 바와 같이 공지되어 있지만, 제조의 용이성 때문에 이러한 회로에서는 유기 n-채널 반도체 물질이 바람직하다.
한정된 수의 유기 물질만이 TFT의 반도체 n-채널로서 사용하기 위해 개발되었다. 이러한 물질들 중 하나인 벅민스터풀러렌 C60은 0.08cm2/Vs의 이동도를 나타내지만, 공기 중에서 불안정한 것으로 생각된다. 헤이던(R. C. Haddon), 페렐(A. S. Perel), 모리스(R. C. Morris), 팔스트라(T. T. M. Palstra), 헤버드(A. F Hebard) 및 플레밍(R. M. Fleming)의 문헌 ["C60 Thin Film Transistors" Appl. Phys. Let. 1995, 67, 121] 참조. 과불소화된 구리 프탈로사이아닌은 0.03cm2/Vs의 이동도를 갖고 일반적으로 공기 작동에 대해 안정하지만, 이 물질에서의 이동도를 최대화하기 위하여 기판을 100℃ 초과로 가열해야 한다. 문헌 ["New Air-Stable n-Channel Organic Thin Film Transistors", 바오(Z. Bao), 로빙거(A. J. Lovinger); 및 브라운(J. Brown), J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 207] 참조. 나프탈렌 골격에 기초한 몇몇 반도체를 비롯한 다른 n-채널 반도체도 또한 보고되었지만, 이들은 이동도가 더 낮았다. 라퀸다넘(Laquindanum) 등의 문헌 ["n-Channel Organic Transistor Materials Based on Naphthalene Frameworks", J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11331] 참조. 이러한 나프탈렌계 n-채널 반도체 물질들 중 하나인 테트라사이아노나프토퀴노-다이메테인(TCNNQD)은 공기 중에서 작동될 수 있지만, 이 물질은 낮은 온/오프 비율을 나타내고 또한 제조 및 정제하기가 어렵다.
또한 나프탈렌 방향족 골격에 기초한 방향족 테트라카복실릭 다이이미드는, n-형 반도체로서 소오스 전극 및 드레인 전극이 반도체 위에 존재하는 상부-접촉 구성의 장치를 사용하여 0.16cm2/Vs 이하의 n-채널 이동도를 제공하는 것으로 입증되었다. 소오스 전극 및 드레인 전극이 반도체 아래에 존재하지만 전극(금이어야 함)과 반도체 사이에 싸이올 하부 층을 적용시킬 필요가 있는 저부 접촉 장치를 사용하여 필적할만한 결과를 얻을 수 있다. 카츠(Katz) 등의 문헌 ["Naphthalenetetracarboxylic Diimide-Based n-Channel Transistor Semiconductors: Structural Variation and Thiol-Enhanced Gold Contacts" J. Am. Chem. Soc. 2000 122, 7787; "A Soluble and Air-stable Organic Semiconductor with High Electron Mobility" Nature 2000 404, 478]; 및 카츠 등의 유럽 특허출원 EP 1041653 호 또는 미국 특허 제 6,387,727 호 참조. 싸이올 하부 층이 없으 면, 카츠 등의 화합물의 이동도는 저부-접촉 장치에서 한자리 수 정도 더 낮은 것으로 밝혀졌다. 카츠 등의 미국 특허 제 6,387,727 B1 호는 융합-고리 테트라카복실릭 다이이미드 화합물을 개시하고 있으며, 그 중 한 예는 N,N'-비스(4-트라이플루오로메틸 벤질)나프탈렌-1,4,5,8-테트라카복실산 다이이미드이다. 이러한 화합물은 환원되기 더 쉬운 안료이다. 카츠 등의 미국 특허 제 6,387,727 B1 호에 보고된 가장 높은 이동도는 N,N'-다이옥틸 나프탈렌-1,4,5,8-테트라카복실산 다이이미드에 대해 0.1 내지 0.2cm2/Vs이었다.
펄스-방사분해 시-분해 마이크로파 전도 측정(pulse-radiolysis time-resolved microwave conductivity measurement)을 이용하여, 선형 알킬 측쇄를 갖는 나프탈렌 테트라카복실릭 다이이미드의 필름에서 비교적 더 높은 이동도를 측정하였다. 스트루이직(Struijk) 등의 문헌 ["Liquid Crystalline Perylene Diimides: Architecture and Charge Carrier Mobilities" J. Am . Chem . Soc . Vol. 2000, 122, 11057] 참조.
디미트라코폴러스(Dimitrakopoulos) 등의 미국 특허 공개번호 제 2002/0164835 A1 호는 나프탈렌계 화합물과 비교했을 때 페릴렌 테트라카복실산 다이이미드 화합물로 제조된 개선된 n-채널 반도체 필름을 개시하고 있으며, 그 중 한 예는 N,N'-다이(n-1H,1H-퍼플루오로옥틸)페릴렌-3,4,9,10-테트라카복실산 다이이미드이다. 다이이미드 구조에서 이미드 질소에 부착된 치환기들은 알킬 쇄, 전자 결핍 알킬 기, 전자 결핍 벤질 기를 포함하며, 상기 쇄는 바람직하게는 4 내지 18개의 원자 길이를 갖는다. 유기 반도체로서 사용되는 페릴렌 골격을 갖는 물질에 기초한 장치는, 낮은 이동도, 예컨대 페릴렌 테트라카복실릭 이무수물(PTCDA)의 경우 10-5cm2/Vs 및 N,N'-다이페닐 페릴렌 테트라카복실산 다이이미드(PTCDI-Ph)의 경우 1.5x10-5cm2/Vs를 갖게 되었다. 호로위츠(Horowitz) 등의 문헌 ["Evidence for n-Type Conduction in a Perylene Tetracarboxylic Diimide Derivative" Adv. Mater. 1996, 8, 242] 및 오스트릭(Ostrick) 등의 문헌 [J. Appl. Phys. 1997, 81, 6804] 참조.
마크스(Marks) 등의 미국 특허 공개번호 제 2005/0176970 A1 호에서는 모노 및 다이이미드 페릴렌 및 나프탈렌 화합물, N-, 및 전자 끌기 기로 치환된 코어로 제조된 개선된 n-채널 반도체 필름을 개시하고 있다. 다이이미드 구조에서 이미드 질소에 부착된 치환기들은 알킬, 사이클로알킬, 치환된 사이클로알킬, 아릴 및 치환된 아릴 잔기들로부터 선택될 수 있다. 그러나, 마크스 등은 이미드 질소에 대해 사이클로알킬 기를 사용하는 어떠한 장점도 보여주지 않았다. 따라서, N-옥틸 및 N-사이클로헥실을 함유하는 페릴렌 다이이미드로부터 수득된 잔기들은 사실상 구별될 수 없다(10면, 칼럼 1, 실시예 10). 게다가, 마크스 등의 미국 특허 공개번호 제 2005/0176970 A1 호에 보고된 가장 높은 이동도는 0.2cm2/Vs이었다. 마크스 등은 나프탈렌 화합물에 대한 실험 데이터를 제시하지 않으며, 이들의 코어가 다이사이아노 이치환될 것을 요구한다.
앞서 논의한 바와 같이, 다양한 1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실산 다이이미드 가 제조되어 왔으며, n-형 반도체 특성에 대해 시험되었다. 일반적으로, n-형 반도체로서 이들 물질은 상부 접촉 구성의 장치를 사용하여 0.16cm2/Vs 이하의 n-채널 이동도를 제공하였다. 트랜지스터 물질을 위한 새롭고 개선된 유기 반도체 물질, 및 이들의 제조와 용도에 대한 개선된 기술이 당해 기술분야에서 요구되고 있다. 특히 유기 박막 트랜지스터 장치에서 상당한 이동도 및 전류 온/오프 비율을 나타내는 n-형 반도체 물질이 요구되고 있다.
특히, 알킬 기를 갖는 1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실산 다이이미드에 비해 우수한 n-형 반도체 특성을 나타내는 1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실산 다이이미드가 요구된다.
발명의 개요
본 발명은, 사이안화되지 않은 나프탈렌 코어 및 2개의 이미드 질소 각각에 직접 부착된(또는 그 위에서 치환된) 고리 내에 4 내지 10개의 탄소를 갖는 지방족 카보사이클릭 고리 시스템(즉, 지환족 기)(예컨대, 고리 내에 6개의 탄소 원자를 갖는 사이클로헥실 고리)을 갖는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물의 유기 박막 트랜지스터용 n-채널 반도체 필름에 관한 것이다. 상기 2개의 지환족 고리 시스템은 독립적으로 치환 또는 비치환될 수 있다. 지방족 카보사이클릭 고리 시스템 중 하나 또는 둘다에 대한 선택적 치환은 전자 공여 기를 포함한다. 이러한 화합물로부터 제조된 반도체 필름은 필름 형태에서 4.0cm2/Vs 이하의 효과적 전계 효과 전자 이동도를 나타낼 수 있다. 이러한 반도체 필름은 또한 105 이상의 장치 온/오프 비율을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태는, n-채널 반도체 필름에 연결된 이격된 제 1 및 제 2 접촉 수단을 각각 포함하는 유기 박막 트랜지스터에서의 n-채널 반도체 필름의 용도에 관한 것이다. 제 3 접촉 수단은 상기 제 1 및 제 2 접촉 수단으로부터 이격될 수 있고, 제 3 접촉 수단에 인가된 전압에 의해, 상기 필름을 통한 제 1 접촉 수단과 제 2 접촉 수단 사이의 전류를 제어하는데 적합하다. 제 1 접촉 수단, 제 2 접촉 수단 및 제 3 접촉 수단은 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극, 소오스 전극 및 게이트 전극에 상응할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 박막 트랜지스터의 제조 방법으로서, 바람직하게는 n-채널 반도체 필름을 기판 상에 승화 또는 용액-상 증착시키되, 기판 온도는 증착 동안 100℃ 이하인 방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 각각의 이미드 질소 원자에 부착된 치환 또는 비치환된 지방족 카보사이클릭(지환족) 고리 시스템을 갖는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물을 포함하는 유기 반도체 물질의 박막을 박막 트랜지스터에 포함하는 제품에 관한 것이다. 고리 중 하나 또는 둘 다가 치환된다면, 치환되는 각 고리 상의 치환기(들)은 하나 이상의 전자 공여 유기 기를 포함한다. 따라서, 하나 이상의 치환기가 2개의 카보사이클릭 고리 시스템 둘 다에 존재하는 경우, 상기 2개의 고리 상의 각각의 이러한 치환기는 하 나 이상의 전자 공여 기를 포함한다. 더 바람직하게는, 지환족 고리 시스템 둘 다에서의 치환기 모두는 전자 공여 기이다.
본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명에 사용되는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌계 테트라카복실릭 다이이미드 화합물은 하기 화학식 I로 표시된다.
상기 식에서,
A1 및 A2는 독립적으로 고리 내에 4 내지 10개의 탄소를 포함하는 치환 또는 비치환된 지환족 고리 시스템이다. 바람직하게는, 지환족 고리 시스템은 비가교결합된 모노사이클릭 또는 가교결합된 바이사이클릭 고리 시스템이다. 지환족 고리 시스템의 예로는 사이클로뷰틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실 또는 사이클로헵틸, 및 바이사이클로 [4.4.0]데케인과 같은 가교결합된 지환족 탄화수소 시스템이 포함된다.
상기 화학식 I에서, 제 1 및 제 2 다이카복실릭 이미드 잔기는 나프탈렌 핵의 1,4 및 5,8 위치에서 나프탈렌 핵의 반대편들에 부착된다. 나프탈렌 핵은 4개 이하의 독립적으로 선택된 Y 기들로 선택적으로 치환될 수 있고, m은 0 내지 4의 임의의 정수이다. 바람직하게는, Y 기들은 독립적으로 이러한 화합물로부터 제조 된 필름의 n형 반도체 특성에 영향을 미치지 않는 전자 공여 기들로부터 선택된다(또는 적어도 전자 끌기 기는 아니다).
특히 유용한 한 실시양태에서, 본 발명에 유용한 불소-함유 N,N'-사이클로알킬 나프탈렌계 테트라카복실릭 다이이미드 화합물은 하기 화학식 II로 표시된다.
상기 식에서,
(제 1 사이클로헥실 고리 상의) R1, R2, R3, R4, R5, 및 (제 2 사이클로헥실 고리 상의) R6, R7, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 H 또는 전자 공여 유기 기이되, 단 고리 시스템 상의 임의의 인접한 2개의 R 기들은 선택적으로 조합되어 가교결합된 고리 시스템의 일부로서 치환 또는 비치환된 4 내지 6원 지환족 고리를 형성할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 트랜지스터 장치에 사용되는 n-채널 반도체 필름은 높은 이동도를 수득하기 위하여 필름에 연결되는 제 1 및 제 2 접촉 수단의 전처리를 반드시 필요로 하지는 않는다. 게다가, 본 발명에 사용되는 화합물은 상당한 휘발성을 가져서, 필요한 경우 증기상 증착을 이용하여 n-채널 반도체 필름을 유기 박막 트랜지스터의 기판에 적용시키도록 한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 단수형 표현은 수식하는 "하나 이상"의 요소를 의미하도록 "하나 이상"과 호환가능하게 사용된다.
본원에 사용되는 바와 같이, 유기 박막 트랜지스터의 층과 관련한 용어 "~상", "~위" 및 "~아래" 등은 유기 박막 층이 게이트 전극 위에 존재하는 층들의 순서를 지칭하지만, 반드시 층들이 바로 인접하거나 중간 층들이 없음을 나타내는 것은 아니다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 이하 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 더 명백해지며, 도면간에 공통적인 동일하거나 유사한 특징부를 지칭하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호를 사용하였다.
도 1은 저부 접촉 구성을 갖는 전형적인 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
도 2는 상부 접촉 구성을 갖는 전형적인 유기 박막 트랜지스터의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20: 소오스 전극
28: 기판
30: 드레인 전극
44: 게이트 전극
56: 게이트 유전체
70: 반도체
전형적인 유기 박막 트랜지스터의 단면도가 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 도 1은 전형적인 저부 접촉 구성을 도시하고, 도 2는 전형적인 상부 접촉 구성을 도시한다.
도 1 및 도 2의 실시양태에서, 각 박막 트랜지스터(TFT)는 소오스 전극(20), 드레인 전극(30), 게이트 전극(44), 게이트 유전체(56), 기판(28), 및 소오스 전극(20)을 드레인 전극(30)에 연결시키는 필름 형태로 본 발명에 사용되는 반도체(70)를 함유하며, 상기 반도체는 본원에 기재되는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물의 부류로부터 선택되는 화합물을 포함한다.
TFT가 축적 모드로 작동되는 경우, 소오스 전극으로부터 반도체 내로 주입되는 전하는 이동성이고, 전류는 주로 반도체-유전체 계면의 100Å 내의 얇은 채널 영역에서 소오스로부터 드레인으로 흐른다. 도다발라퍼, 토시(L. Torsi), 카츠의 문헌 [Science 1995, 268, 270] 참조. 도 1의 구성에서, 전하는 소오스 전극(20)으로부터 측방향으로만 주입되어 채널을 형성할 필요가 있다. 게이트 전계의 부재 하에서, 채널은 이상적으로는 전하 캐리어를 거의 갖지 않으며, 그 결과 이상적으로는 소오스-드레인 전도가 존재하지 않는다.
오프 전류는 게이트 전압의 인가에 의해 채널 내로 의도적으로 전하를 주입하지 않을 때의 소오스 전극(20)과 드레인 전극(30) 사이에서 흐르는 전류로서 정의된다. 축적-모드 TFT의 경우, 이는 문턱 전압으로서 알려져 있는 특정 전압보다 음(-)인(n-채널로 가정) 게이트-소오스 전압의 경우에 일어난다. 스제(Sze)의 문헌 [Semiconductor Devices-Physics and Technology, John Wiley & Sons (1981), 페이지 438-443] 참조. 온 전류는, 적절한 전압을 게이트 전극(44)에 인가함으로써 채널에 전하 캐리어를 의도적으로 축적시키고, 채널이 전도성일 때의 소오스 전극(20)과 드레인 전극(30) 사이에서 흐르는 전류로서 정의된다. n-채널 축적-모드 TFT의 경우, 이는 문턱 전압보다 더 양(+)인 게이트-소오스 전압에서 일어난다. n-채널 작동의 경우, 이 문턱 전압이 0 또는 약간 양인 것이 바람직하다. 온과 오프 사이에서의 전환은 게이트 전극(44)으로부터 게이트 유전체(56)를 가로질러 반도체-유전체 계면으로 전기장을 인가 및 제거하여 커패시터를 효과적으로 하전시킴으로써 달성된다.
본 발명에 따라, 본 발명에 사용되는 유기 반도체 물질은 n-채널 필름의 형태로 사용될 때 특수한 화학적 하부 층을 필요로 하지 않으면서 불활성 조건 하에서 높은 성능을 나타낼 수 있다.
본원에 기재된 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물, 바람직하게는 N,N'-다이사이클로알킬-1,4,5,8-나프탈렌계 테트라카복실산 다이이미드 화합물을 포함하는 본 발명의 개선된 n-채널 반도체 필름은 0.01cm2/Vs 초과, 바람직하게는 0.1cm2/Vs 초과의 전계 효과 전자 이동도를 나타낼 수 있다. 본 발명의 화합물을 포함하는 더 바람직한 필름은 1.0cm2/Vs 초과의 전계 효과 전자 이동도를 나타낸다.
또한, 본 발명에 사용되는 n-채널 반도체 필름은 104 이상, 유리하게는 105 이상의 온/오프 비율을 제공할 수 있다. 온/오프 비율은, 게이트 전압이 0볼트로부터 80볼트가 되고 드레인-소오스 전압이 80볼트의 일정한 값으로 유지될 때, 이산화규소 게이트 유전체를 사용하여 드레인 전류의 최대치/최소치로서 측정된다.
게다가, 이들 특성은 필름 증착 전 n-형 반도체 물질을 공기에 반복적으로 노출시킨 후에, 또한 증착 후 트랜지스터 장치 및/또는 채널 층을 공기에 노출시킨 후에 달성될 수 있다.
특정 이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 본 발명의 나프탈렌계 테트라카복실산 다이이미드 화합물의 바람직한 특성에 기여하는 것으로 생각되는 인자들이 몇가지 존재한다. 물질의 고상 구조는, 나프탈렌 고리 시스템 및/또는 이미드 카복실 기를 함유하는 공액결합 나프탈렌 코어 시스템의 궤도가 인접 분자들과 상호 작용함으로써 높은 이동도를 제공할 수 있도록 팩킹된 개별적인 분자를 갖는다. 이 상호 작용의 방향은 이 물질을 활성 층으로서 사용하는 장치에서의 목적하는 전류 흐름의 방향과 평행한 성분을 갖는다. 이 물질에 의해 제조된 필름의 형태는 실질적으로 연속적이어서, 전류가 허용 불가능할 정도로 방해되지 않으면서 물질을 통해 흐르게 된다.
화합물의 최저 비점유 분자 궤도는 합당한 일 함수를 갖는 금속으로부터 유용한 전압에서 전자가 주입되도록 하는 에너지 상태에 있다. 이 공액결합된 구조는 일반적으로 진공 에너지 수준과 관련하여 3.5 내지 4.6 eV의 바람직한 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 에너지 수준을 갖는다. 당해 분야에 알려진 바와 같이, LUMO 에너지 수준 및 환원 전위는 물질의 동일한 특징들을 대략적으로 묘사한다. 진공 에너지 수준과 관련하여 LUMO 에너지 수준 값을 측정하고, 용액 중에서 표준 전극에 대한 환원 전위 값을 측정한다. 장치 용도에 대한 이점은 결정질 고체에서의 LUMO(이는 반도체의 전도 대역임) 및 고체의 전자 친화도 둘 다를 진공 수준과 관련하여 측정하는 것이다. 전자 친화도의 파라미터는 용액으로부터 수득되는 LUMO의 파라미터와는 통상적으로 상이하다.
앞서 지적된 바와 같이, 본 발명은 각각의 이미드 질소 원자에 직접 부착된 치환 또는 비치환된 사이클로알킬 고리를 갖는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물을 포함하는 유기 반도체 물질의 박막을 박막 트랜지스터에 포함하는 제품으로서, 상기 각각의 지환족 고리 상의 임의의 선택적 치환기들은 하나 이상의 전자 공여 유기 기를 포함하는데, 즉 하나 이상의 치환기가 2개의 지환족 고리 시스템 중 하나 또는 둘 다에 존재한다면, 이러한 치환기는 지환족 고리 중 하나 또는 둘 다에 하나 이상의 전자 공여 기를 포함한다. 상기 2개의 지환족 고리 시스템은 상이할 수 있으며, 각각의 지환족 고리 시스템은 독립적으로 여러 치환 형태를 갖거나 또는 비치환 형태를 가질 수 있다. 그러나 바람직하게는, 각각의 지환족 고리 시스템은 동일하지만, 각각의 고리 시스템 상의 치환이 존재한다면 상이할 수도 있다. 지환족 고리 시스템 둘 다가 치환된다면, 지환족 고리 시스템 둘 다는 하나 이상의 전자 공여 치환기를 포함한다. 사이안화되지 않은 나프탈렌 코어는 사이아노 기 이외의 다른 전자 끌기 기, 예컨대 할로젠 또는 카본일-함유 기로 치환되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명의 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌계 테트라카복실릭 다이이미드 화합물은 하기 화학식 I로 표시된다.
화학식 I
상기 식에서,
A1 및 A2는 독립적으로 고리 시스템내에 4 내지 10개, 바람직하게는 4 내지 7개의 탄소를 포함하는 치환 또는 비치환된 지환족 고리 시스템이다. 모노사이클릭 지환족 고리 시스템의 예로는 사이클로뷰틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실 또는 사이클로헵틸, 및 바이사이클로 [4.4.0]데케인 및 바이사이클 [4.3.0]노네인과 같은 바이사이클릭 지환족 고리가 포함된다.
상기 화학식 I에서, 제 1 및 제 2 다이카복실릭 이미드 잔기는 나프탈렌 핵의 1,4 및 5,8 위치에서 나프탈렌 핵의 반대편들에 부착된다. 나프탈렌 핵은 4개 이하의 독립적으로 선택된 Y 기들로 선택적으로 치환될 수 있고, m은 0 내지 4의 임의의 정수이다. 바람직하게는, Y 기는 전자 공여 기들로부터 독립적으로 선택된다. 나프탈렌 핵 상의 Y 치환기는 예컨대 알킬 기, 알켄일, 및 이러한 화합물로부터 제조된 필름의 n형 반도체 특성에 영향을 미치지 않는 알콕시 기를 포함할 수 있다. 할로젠, 예컨대 불소 또는 염소, 사이아노, 또는 임의의 다른 기는 나프탈렌 코어 상에서 금지된다. 또한, 반도체 특성에 기여하는 분자의 스택(stacked) 배열에서 화합물의 공액결합된 코어의 밀착을 방해하는 경향이 있는 치환기를 피하는 것이 유리하다. 피해야 되는 이러한 치환기는 고도로 분지된 기, 12개보다 많은 원자를 갖는 고리 구조 및 기를 포함하며, 특히 이러한 기 또는 고리는 공액결합된 코어의 밀착에 대해 상당한 입체 장벽을 부과하도록 배향된다. 또한, 화합물의 용해도 및/또는 휘발성을 실질적으로 낮추어서 바람직한 제조 공정을 방해하는 치환기도 피해야 한다.
특히 유용한 한 실시양태에서, 본 발명에 유용한 불소-함유 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌계 테트라카복실릭 다이이미드 화합물은 하기 화학식 II로 표시된다:
화학식 II
상기 식에서,
(상기 구조에서 제 1 사이클로헥실 고리 상의) R1, R2, R3, R4, R5, 및 (제 2 사이클로헥실 고리 상의) R6, R7, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 H 또는 전자 공여 유기 기이되, 단 가교결합된 지환족 시스템이 형성되는 경우, 고리 시스템 상의 인접한 임의 2개의 R 기들이 선택적으로 조합되어서 치환 또는 비치환된 4 내지 7원, 바람직하게는 4 내지 6원 지환족 고리를 형성할 수 있다. 화합물에서 지환족 고리 시스템 중 하나 또는 둘 다가 치환된다면, 지환족 고리 시스템 중 하나 또는 둘 다에 대한 각각의 하나 이상의 치환기는 전자 공여 기, 바람직하게는 C1-C8 유기 치환기, 더 바람직하게는 C1-C4 유기 치환기, 가장 바람직하게는 알킬 치환기이다. 유기 기는 예를 들어 CH3, 선형 또는 분지형 C2-C4 알킬, C1-C8 알킬렌(1가 불포화 지방족 탄화수소) 또는 C1-C8 알콕시를 포함한다. 화학식 II의 화합물에서 제 1 및 제 2 고리 시스템이 모노사이클릭 고리 시스템, 예컨대 사이클로헥실인 경우, 바람직하게는 R1, R3, R4, R5, R6, R8, R9 및 R10은 수소 또는 전자 공여 치환기이다.
R1, R2, R3, R4 및 R5 중 2개 이상이 H이고, 동일 고리 상의 임의의 치환기가 전자 공여 기, 바람직하게는 알킬 기, 예컨대 CH3이고; R6, R7, R8, R9 및 R10 중 2개 이상이 H이고, 동일 고리 상의 임의의 치환기가 전자 공여 기, 바람직하게는 알킬 기, 예컨대 CH3인 것이 바람직하다. 더 바람직한 구조는 R1, R2, R3, R4 및 R5 중 3개 이상이 H이고, 동일 고리 상의 임의의 치환기가 전자 공여 기, 바람직하게는 알킬 기, 예컨대 CH3이고; R6, R7, R8, R9 및 R10 중 3개 이상이 H이고, 동일 고리 상의 임의의 치환기가 전자 공여 기, 바람직하게는 알킬 기, 예컨대 CH3인 것이다. 더욱더 바람직한 구조는 R1, R3, R4, R5, R6, R8, R9 및 R10이 H이고, R2 및 R7 둘 다가 전자 공여 기, 바람직하게는 알킬 기, 예컨대 CH3이거나; 또는 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 및 R10 모두가 H인 것이다.
한 특정 실시양태에서, 화합물에서 2개의 사이클로헥실 고리 각각에 대한 독립적으로 선택된 전자 공여 유기 치환기가 정확하게 하나 존재하되, 치환기들은 본성 및 위치에서 상이하거나, 또는 치환기들이 본성 및 위치에서 동일하다면, 치환기들은 이미드 질소와 관련하여 사이클로헥실 고리에 대해 파라 위치가 아닌 오르쏘 또는 메타 위치에 존재한다.
상기 화학식 II에서, 나프탈렌 핵은 사이안화되지 않으며, 화학식 I에서와 같이 4개 이하의 독립적으로 선택된 Y 기들로 선택적으로 치환될 수 있고, m은 0 내지 4의 임의의 정수이다. 바람직하게는, Y 기는 전자 공여 기들로부터 독립적으로 선택된다. 나프탈렌 핵 상의 Y 기는 예컨대 이러한 화합물로부터 제조된 필름의 n형 반도체 특성에 부정적인 영향을 미치지 않는 알킬 기, 알켄일 및 알콕시 기를 포함할 수 있다. 피해야 되는 사이아노 이외의 전자-끌기 기는 불소-함유 및 카본일 또는 카복시-함유 기를 포함한다. 또한, 반도체 특성에 기여하는 분자의 스택 배열에서 화합물의 공액결합된 코어의 밀착을 방해하는 경향이 있는 치환기를 피하는 것이 유리하다. 피해야 되는 이러한 치환기는 고도로 분지된 기, 12개보다 많은 원자를 갖는 고리 구조 및 기를 포함하며, 특히 이러한 기 또는 고리는 공액결합된 코어의 밀착에 대해 상당한 입체 장벽을 부과하도록 배향된다. 또한, 화합물의 용해도 및/또는 휘발성을 실질적으로 낮추어서 바람직한 제조 공정을 방해하는 치환기도 피해야 한다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 용어 "치환된" 또는 "치환기"의 사용은 수소 외의 임의의 기 또는 원자를 의미한다. 또한, 용어 "기"가 사용되는 경우, 이는 치환기가 치환 가능한 수소를 함유할 때 치환기의 비치환된 형태뿐만 아니라, 치환기가 반도체 효용에 필요한 특성을 파괴하지 않는 한 (동일한 위치에 대해 언급된) 임의의 치환기(들)로 추가로 치환될 수 있는 한도(최대 가능한 수 이하)까지의 그의 형태를 포괄하고자 함을 의미한다. 요구되는 경우, 치환기는 그 자체가 허용 가능한 치환기로 1회 이상 추가로 치환될 수 있다. 예를 들어, 알킬 기는 R 기(R1 내지 R10)의 경우 알콕시 기로 치환되거나, 또는 Y 기의 경우 하나 이상의 불소 원자로 치환될 수 있다. 분자가 2개 이상의 치환기를 가질 수 있는 경우에는, 치환기들은 달리 제공되지 않는 한 함께 연결되어 지방족 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.
R 기 또는 Y 기에 대해, 달리 지적되는 것을 제외한 앞서 언급된 임의의 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 아이소프로필, 뷰틸, 아이소뷰틸, t-뷰틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 2-에틸헥실 및 동일종(congener)이다. 바람직하게는 1 내지 6개, 더 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기는 분지형 또는 선형 기를 포함하고자 한다. 알켄일 기는 바이닐, 1-프로펜일, 1-뷰텐일, 2-뷰텐일 및 동일종일 수 있다.
Y 기에 대해, 아릴 기는 페닐, 나프틸, 스타이릴 및 동일종일 수 있다. 아릴알킬 기는 벤질, 펜에틸 및 동일종일 수 있다. 상기한 것들 중 임의의 것 상의 유용한 치환기는 알콕시 등을 포함한다.
전자 공여 기를 언급하는 경우, 이는 해멧(L. P. Hammett)의 문헌 [Physical Organic Chemistry (McGraw-Hill Book Co., NY, 1940)]에 기재되어 있는 해멧 치환 상수(σp, σm), 또는 태프트(R. W. Taft)의 문헌 [Steric Effects in Organic Chemistry (Wiley and Sons, NY, 1956)] 및 다른 표준 유기 교재에 기재되어 있는 태프트(Taft) 극성 치환 상수(σi)에 의해 표시 또는 평가될 수 있다. 반응 부위의 전자 속성에 영향을 미치는 (파라 위치에서) 고리-치환기의 능력을 특징화시키는 이 파라미터는 원래 벤조 산의 pKa에 대한 이들의 효과에 의해 정량화되었다. 후속 연구에 의해 원래의 개념과 데이터가 확장 및 정리되었지만, 예측 및 상관관계를 위해서는 σp의 표준 세트를 예컨대 한쉬(C. Hansch) 등의 문헌 [J. Med. Chem., 17, 1207 (1973)]과 같은 화학 문헌에서 널리 이용할 수 있다. 바람직하게는, 전자 공여 기는 0 미만, 더 바람직하게는 -0.05 미만, 가장 바람직하게는 -0.1 미만의 σp 또는 σm을 갖는다. σp 값을 사용하여, 심지어는 기가 화학식 II에서 파라 치환되지 않은 경우에도, 상기 화학식 II에서와 같은 본 발명에 따른 구조에서 기의 전자 공여 속성을 표시할 수 있다. 전자-끌기 기는 0.20 이상, 바람직하게는 0.10의 해멧 값을 갖는 것이다. 전자-끌기 기는 나이트로, 불소, 사이아노, 아미노, 설포, 카본일, 치환된 카본일 및 카복시 치환기를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 바람직하게는, 할로젠(예컨대, 불소) 또는 사이아노 원자를 함유하는 임의의 기가 본 발명의 목적을 위해 고려되는 전자 끌기이다.
유용한 N,N'-바이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 유도체의 구체적이고 예시적인 예는 하기 식들로 표시된다:
나프탈렌 테트라카복실산 이무수물을 과량의 적합한 아민(예: 사이클로헥실아민)으로 고리화시킴으로써, 본 발명에 사용되는 대칭적인 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물을 편리하게 제조한다. 전형적인 절차는 유럽 특허출원 EP 251071 호 및 미국 특허 제 4,156,757 호, 및 미국 특허 제 4,578,334 호 및 제 4,719,163 호에 기재되어 있다. 비대칭 나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드를 제조하는 전형적인 절차는 미국 특허 제 4,714,666 호에 기재되어 있다. 그 다음, 조질 물질은 10-5 내지 10-6토르에서 트레인 승화(train sublimation)에 의해 정제시켰다.
본 발명의 다른 양태는 반도체 구성요소 및 이들 구성요소를 혼입하는 전자 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 한 실시양태에서는, 기판을 제공하고, 앞서 기재된 바와 같은 반도체 물질의 층을 상기 기판에 도포하여, 상기 층과 전기적으로 접촉시킨다. 정확한 공정 순서는 목적하는 반도체 구성요소의 구조에 의해 결정된다. 그러므로, 유기 전계 효과 트랜지스터의 제조에 있어서는, 예를 들어 게이트 전극을 먼저 가요성 기판(예컨대, 유기 중합체 필름) 상에 증착시킬 수 있고, 게이트 전극을 유전체, 이어서 소오스 전극과 드레인 전극으로 절연시킬 수 있으며, n-채널 반도체 물질의 층을 상부에 도포할 수 있다. 이러한 트랜지스터의 구조 및 그에 따른 이의 제조 순서는 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 통상적인 방식으로 변화될 수 있다. 그러므로, 다르게는, 먼저 게이트 전극을 증착시킨 후, 게이트 유전체, 이어서 유기 반도체를 도포하고, 마지막으로 소오스 전극과 드레인 전극용 접촉부를 반도체 층 상에 증착시킬 수 있다. 제 3 구조는 먼저 소오스 전극과 드레인 전극을 증착시킨 후, 유기 반도체를 증착시키고, 상부에 유전체 및 게이트 전극을 증착시킬 수 있다.
당해 분야의 숙련자는 다른 구조를 구성할 수 있고/있거나 중간 표면 개질 층을 박막 트랜지스터의 상기 구성요소들 사이에 삽입할 수 있음을 알 것이다. 대부분의 실시양태에서, 전계 효과 트랜지스터는 절연 층, 게이트 전극, 본원에 기재된 바와 같은 유기 물질을 포함하는 반도체 층, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 이 때 절연 층, 게이트 전극, 반도체 층, 소오스 전극 및 드레인 전극은 게이트 전극 및 반도체 층 둘 다가 절연 층과 접촉하고 소오스 전극 및 드레인 전극 둘 다가 반도체 층과 접촉하기만 하면 임의의 순서를 갖는다.
제조, 시험 및/또는 사용 동안 OTFT를 지지하는데 지지체를 사용할 수 있다. 당해 분야의 숙련자는 상업적인 실시양태의 경우에 선택되는 지지체가 다양한 실시양태를 시험 또는 선별하기 위해 선택되는 것과 상이할 수 있음을 알 것이다. 일부 실시양태에서, 지지체는 TFT에 필요한 임의의 전기적 기능을 제공하지 않는다. 이 유형의 지지체를 본원에서는 "비-참여 지지체"라고 지칭한다. 유용한 물질은 유기 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지체는 무기 유리, 세라믹 호일, 중합체 물질, 충전된 중합체 물질, 코팅된 금속 호일, 아크릴, 에폭시, 폴리아마이드, 폴리카본에이트, 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리(옥시-1,4-페닐렌옥시-1,4-페닐렌카본일-1,4-페닐렌)(종종 폴리(에터 에터 케톤) 또는 PEEK라고 함), 폴리노보넨, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리(에틸렌 나프탈렌다이카복실레이트)(PEN), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리(페닐렌 설파이드)(PPS) 및 섬유-보강된 플라스틱(FRP)을 포함할 수 있다.
가요성 지지체를 본 발명의 일부 실시양태에 사용한다. 이는 연속적일 수 있는 롤 가공을 허용하며, 평탄하고/하거나 강성인 지지체에 비해 규모 면에서의 경제적 이점 및 제조 면에서의 경제적 이점을 제공한다. 선택된 가요성 지지체는 도구를 사용하지 않고 맨손을 이용하는 것과 같은 적은 힘을 사용하여 변형 또는 파단되지 않으면서 바람직하게는 직경 약 50cm 미만, 더 바람직하게는 직경 25cm, 가장 바람직하게는 직경 10cm의 원통의 원주 둘레를 감쌀 수 있다. 바람직한 가요성 지지체는 자체적으로 말릴 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 지지체는 선택적이다. 예를 들어, 도 2에서와 같은 상부 구성에서, 게이트 전극 및/또는 게이트 유전체가 생성되는 TFT의 의도된 용도에 충분한 지지력을 제공한다면, 지지체가 필요하지 않다. 또한, 지지체를 일시적인 지지체와 조합할 수 있다. 이러한 실시양태에서는, 일시적인 목적을 위해, 예를 들어 제조, 수송, 시험 및/또는 저장을 위해 지지체가 필요한 경우에는 지지체를 지지체에 대해 탈착식으로 접착시키거나 기계적으로 부착시킬 수 있다. 예를 들어, 가요성 중합체 지지체를 강성 유리 지지체에 접착시킬 수 있으며, 이 지지체는 제거될 수 있다.
게이트 전극은 임의의 유용한 전도성 물질일 수 있다. 금속, 변성되도록 도핑된 반도체, 전도성 중합체 및 인쇄 가능한 물질(예컨대, 카본 잉크 또는 은-에폭시)을 비롯한 당해 분야에 공지되어 있는 다양한 게이트 물질이 또한 적합하다. 예를 들어, 게이트 전극은 도핑된 규소, 또는 알루미늄, 크롬, 금, 은, 니켈, 팔라듐, 백금, 탄탈 및 티탄과 같은 금속을 포함할 수 있다. 전도성 중합체, 예를 들어 폴리아닐린, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌 설폰에이트)(PEDOT:PSS)도 사용할 수 있다. 또한, 이들 물질의 합금, 조합 및 다층이 유용할 수 있다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 동일한 물질이 게이트 전극 기능을 제공할 수 있고, 또한 지지체의 지지 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도핑된 규소는 OTFT에서 게이트 전극 및 지지체로서의 기능을 할 수 있다.
게이트 유전체를 게이트 전극 상에 제공한다. 이 게이트 유전체는 게이트 전극을 OTFT 장치의 나머지로부터 전기적으로 절연시킨다. 따라서, 게이트 유전체는 전기적 절연 물질을 포함한다. 게이트 유전체는 사용하는 특정 장치와 사용 환경에 따라 광범위하게 변할 수 있는 적합한 유전 상수를 가져야 한다. 예를 들어, 게이트 유전체에 대해서는 2 내지 100 또는 그 이상의 유전 상수가 알려져 있다. 게이트 유전체에 유용한 물질은 예컨대 무기의 전기적 절연 물질을 포함할 수 있다. 게이트 유전체는 폴리바이닐리덴다이플루오라이드(PVDF), 사이아노셀룰로즈, 폴리이미드 등과 같은 중합체 물질을 포함할 수 있다. 게이트 유전체는 상이한 유전 상수들을 갖는 상이한 물질들의 복수개 층들을 포함할 수 있다.
게이트 유전체에 유용한 물질의 구체적인 예는 스트론티에이트, 탄탈레이트, 티탄에이트, 지르콘에이트, 산화알루미늄, 산화규소, 산화탄탈, 산화티탄, 질화규소, 티탄산바륨, 바륨 스트론튬 티탄에이트, 바륨 지르콘에이트 티탄에이트, 셀렌화아연 및 황화아연을 포함한다. 또한, 이들 예의 합금, 조합 및 다층을 게이트 유전체로 사용할 수 있다. 이들 물질 중에서, 산화알루미늄, 산화규소 및 셀렌화아연이 바람직하다. 또한, 폴리이미드와 같은 중합체 물질 및 높은 유전 상수를 나타내는 절연체도 바람직하다. 이들 절연체는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,981,970 호에 논의되어 있다.
게이트 유전체는 별도의 층으로서 OTFT에 제공될 수 있거나, 또는 게이트 물질을 산화시켜 게이트 유전체를 생성시키는 것과 같이 게이트 상에서 생성될 수 있다. 유전체 층은 상이한 유전 상수를 갖는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다.
소오스 전극 및 드레인 전극은 게이트 유전체에 의해 게이트 전극으로부터 분리되는 반면, 유기 반도체 층은 소오스 전극과 드레인 전극 위 또는 아래에 있을 수 있다. 소오스 전극 및 드레인 전극은 임의의 유용한 전도성 물질일 수 있다. 유용한 물질은 게이트 전극용으로 앞서 기재된 물질들 중 대부분, 예를 들어 알루미늄, 바륨, 칼슘, 크롬, 금, 은, 니켈, 팔라듐, 백금, 티탄, 폴리아닐린, PEDOT:PSS, 다른 전도성 중합체, 이들의 합금, 이들의 조합 및 이들의 다층을 포함한다.
물리적 기상 증착(예컨대, 열 증발, 스퍼터링) 또는 잉크 제트 인쇄와 같은 임의의 유용한 수단에 의해 박막 전극(예컨대, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극)을 제공할 수 있다. 쉐도우 마스킹, 부가성 포토리소그래피(additive photolithography), 감쇄성 포토리소그래피(subtractive photolithography), 인쇄, 마이크로컨택 인쇄 및 패턴 코팅과 같은 공지 방법에 의해 이들 전극의 패턴화를 달성할 수 있다.
박막 트랜지스터 제품에 대하여 앞서 기재된 바와 같이, 유기 반도체 층을 소오스 전극 및 드레인 전극 위 또는 아래에 제공할 수 있다. 본 발명은 또한 본원에 기재된 방법에 의해 제조된 복수개의 OTFT를 포함하는 집적 회로를 제공한다. 상기 N,N'-사이클로알킬 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물을 사용하여 제조되는 n-채널 반도체 물질은, 지지체 및 임의의 중간 층, 예컨대 당해 분야에 공지된 것을 비롯한 유전체 또는 절연체 물질을 포함할 수 있는 임의의 적합한 기판 상에서 형성될 수 있다.
450℃의 최대 지지체 온도 미만, 바람직하게는 250℃ 미만, 더 바람직하게는 150℃ 미만, 더욱더 바람직하게는 100℃ 미만, 또는 심지어 대략 실온(25 내지 70℃)에서, 본 발명의 박막 트랜지스터 또는 집적 회로를 제조하는 전체 공정을 수행할 수 있다. 일단 본원에 포함된 본 발명의 지식을 습득하면, 온도 선택은 일반적으로 당해 분야에 공지되어 있는 지지체 및 공정 파라미터들에 따라 달라진다. 이들 온도는 전통적인 집적 회로 및 반도체 공정 온도보다 낮으며, 이로 인해 가요성 중합체 지지체와 같은 임의의 다양한 비교적 저렴한 지지체를 사용할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따라 상당히 개선된 성능을 갖는 유기 박막 트랜지스터를 함유하는 비교적 저렴한 집적 회로를 제조할 수 있다.
본 발명에 사용되는 화합물은 용이하게 가공될 수 있으며, 예컨대 이들이 기화될 수 있는 한도까지 열 안정성이다. 화합물은 상당한 휘발성을 가져서 요구되는 경우 기상 증착이 용이하게 달성되도록 한다. 진공 승화에 의해 이들 화합물을 기판 상으로 증착시킬 수 있다.
신속 승화 방법에 의한 증착도 또한 가능하다. 이러한 방법 중 하나는 분말화된 형태의 화합물을 보유하는 공급원 용기 및 기판을 함유하는 챔버에 35밀리토르의 진공을 가하고, 화합물이 기판 상으로 승화될 때까지 수분 동안에 걸쳐 상기 용기를 가열하는 것이다. 일반적으로, 가장 유용한 화합물은 잘-정돈된 필름을 형성하며, 비정질 필름은 덜 유용하다.
본 발명의 n-채널 반도체 필름이 유용한 장치는 특히 박막 트랜지스터(TFT), 특히 유기 전계 효과 박막 트랜지스터를 포함한다. 또한, 본원에 참고로 인용된 리우(Liu)의 미국 특허 공개 제 2004/0021204 A1 호의 페이지 13 내지 15에 기재된 것과 같은 유기 p-n 접합을 갖는 다양한 유형의 장치에 이들 필름을 사용할 수 있다.
TFT 및 다른 장치가 유용한 전자 장치는, 예를 들어 펜타센과 같은 이용 가능한 p-형 유기 반도체 물질을 사용하여 제조된 다른 트랜지스터와 함께, 더 복잡한 회로, 예를 들어 시프트 레지스터, 집적 회로, 논리 회로, 스마트 카드, 메모리 장치, 무선 주파수 신원 확인 택, 능동 매트릭스 디스플레이용 백플레인(backplane), 능동-매트릭스 디스플레이(예컨대, 액정 또는 OLED), 태양 전지, 링 오실레이터(ring oscillator) 및 상보성 회로(예컨대, 인버터 회로)를 포함한다. 능동 매트릭스 디스플레이에서는, 본 발명에 따른 트랜지스터를 디스플레이 화소의 전압 보유 회로의 일부로서 사용할 수 있다. 본 발명의 TFT를 함유하는 장치에서, 이러한 TFT는 당해 분야에 공지되어 있는 수단에 의해 작동 가능하게 연결된다.
본 발명은 앞서 기재된 임의의 전자 장치를 제조하는 방법을 추가로 제공한다. 따라서, 본 발명은 기재된 TFT를 하나 이상 포함하는 제품에서 구체화된다.
예시하고자 하는 하기 실시예에 의해 본 발명의 이점을 입증한다.
A. 물질 합성
본 발명에서 사용되는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카복스이미드) 화합물을, 라데마처(Rademacher, A.) 등의 문헌 [Chem . Ber. 1982 115, 2927]에 기재된 일반 방법에 따라 과량의 사이클로알킬 아민으로 나프탈렌 테트라카복실산 이무수물을 고리화시킴으로써 편리하게 제조한다. 예를 들면, 본 발명에 사용되는 N,N'-다이사이클로헥실-1,4,5,8-나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드(화합물 I-3)는 과량의 사이클로헥실아민으로 나프탈렌 테트라카복실산 이무수물을 고리화시킴으로써 편리하게 제조한다. 따라서, 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Company)로부터 입수 가능한 나프탈렌 테트라카복실산 이무수물, 3 내지 4당량의 과량의 아민, 예컨대 알드리치로부터 입수 가능한 사이클로헥실아민, 촉매량의 징크 아세테이트, 및 이무수물 분자의 10 내지 15 ml/g 퀴놀린의 혼합물을 약 220℃의 온도에서 4 내지 5시간에 걸쳐 가열하였다. 상기 혼합물을 실온까지 냉각시키고, 침전된 고체를 수거하고, 여과시키고, 아세톤으로 세척한 후, 끓는 0.1 M 수성 Na2CO3, 끓는 물 및 따뜻한 톨루엔 각각 200 ml로 세척하였으며, 이를 생성물이 실질적으로 용해되는 온도 미만으로 유지시킨다. 고체를 10-5 내지 10-6토르에서 트레인 승화에 의해 정제시킨다. (앞서 기재된 바와 같이, 다른 화합물은 나프탈렌 테트라카복실산 이무수물을 과량의 적합한 아민으로 고리화시킴으로써 편리하게 제조한다). 그 다음, 조질 물질은 10-5 내지 10-6토르에서 트레인 승화에 의해 정제시켰다.
B. 장치 제조
본 발명의 다양한 물질의 전기적 특징을 시험하기 위하여, 상부-접촉 구성을 이용하여 전계 효과 트랜지스터를 전형적으로 제조하였다. 사용된 기판은 다량으로 도핑된 규소 웨이퍼이며, 이 규소 웨이퍼는 트랜지스터의 게이트로서도 작용한다. 게이트 유전체는 두께 185nm의 열 성장된 SiO2 층이다. p-형 및 n-형 트랜지스터 둘 다는 게이트 유전체의 표면을 처리함으로써 전기적 특성이 개선될 수 있는 것으로 이미 개시된 바 있다. 본원에 기재된 대부분의 실험에서는, 산화물 표면을 얇은(10nm 미만) 회전-코팅된 중합체 층 또는 옥타데실트라이클로로실레인(OTS)의 자기-조립 단일층(SAM)으로 처리하였다. 전형적으로, 비교하기 위하여 처리되지 않은 산화물 샘플을 실험에 포함시켰다.
열 증발기에서 진공 증착을 통해 나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드의 활성 층을 증착시켰다. 대부분의 실험에서 기판 온도를 90℃로 유지시키는 동안 증 착 속도는 0.1Å/초였다. 활성 층의 두께는 몇몇 실험에서 가변적이지만, 전형적으로는 25nm였다. 두께 50nm의 금 접촉부를 쉐도우 마스크를 통해 증착시켰다. 채널 폭은 420마이크론에서 유지시켰지만, 채널 길이는 50 내지 175마이크론으로 변화하였다. 몇몇 실험을 수행하여 다른 접촉 물질의 효과를 관찰하였다. 저부-접촉 구성을 이용하여 수개의 장치를 제조하였으며, 여기서는 활성 물질 전에 접촉부를 증착시켰다.
C. 장치 측정 및 분석
휴렛 팩커드(Hewlett Packard) HP 4145b(등록상표) 파라미터 분석기를 사용하여, 제조된 장치의 전기적 특징을 결정하였다. 공기 중에서의 장치의 안정성 시험을 제외한 모든 측정을 위해 탐침 측정 스테이션을 양(+)의 아르곤 환경에 유지시켰다. 백색 광에 대한 감수성을 조사하지 않는 한, 황 조명 하에서 측정을 수행하였다. 장치를 시험하기 전에 공기에 노출시켰다.
수행되는 각각의 실험의 경우, 제조된 각 샘플에 대해 4 내지 12개의 개별적인 장치를 시험하고, 결과의 평균을 구하였다. 각 장치에 있어서, 드레인 전류(Id)를 다양한 게이트 전압 값(Vg)에 대하여 소오스-드레인 전압(Vd)의 함수로서 측정하였다. 대부분의 장치에서, Vd는 측정된 각각의 게이트 전압에서 0 내지 80V로, 전형적으로는 0V, 20V, 40V, 60V 및 80V로 만들었다. 이들 측정시에는, 게이트 전류(Ig)를 또한 장치를 통한 임의의 누출 전류를 검출하기 위해 기록하였다. 게다가, 각각의 장치에 있어서, 드레인 전류를 다양한 소오스-드레인 전압 값에 대하여 게이트 전압의 함수로서 측정하였다. 대부분의 장치에서, Vg는 측정된 각 드 레인 전압에서 0V 내지 80V, 전형적으로는 40V, 60V 및 80V로 만들었다.
데이터로부터 유추된 파라미터는 전계-효과 이동도(μ), 문턱 전압(Vth), 문턱치 아래 기울기(S), 및 측정된 드레인 전류의 Ion/Ioff의 비율을 포함한다. Vd>Vg-Vth인 포화 영역에서 전계 효과 이동도를 유추하였다. 이 영역에서, 드레인 전류는 하기 수학식 1에 의해 주어진다[스제의 문헌 [Semiconductor Devices-Physics and Technology, John Wiley & Sons (1981)] 참조]:
상기 식에서,
W 및 L은 각각 채널 폭 및 길이이고,
Cox는 산화물 두께 및 물질의 유전 상수의 함수인 산화물 층의 커패시턴스(capacitance)이다. 이 수학식에서는, √Id 대 Vg 곡선의 선형 부위로의 직선 정합(straight-line fit)으로부터 포화 전계 효과 이동도를 유추하였다. 문턱 전압 Vth는 이 직선 정합의 x-절편이다. Vd≤Vg-Vth인 선형 영역으로부터 또한 이동도를 유추할 수 있다. 여기서, 드레인 전류는 하기 수학식 2에 의해 주어진다[스제의 문헌 [Semiconductor Devices - Physics and Technology, John Wiley & Sons (1981)] 참조]:
이들 실험에서는, 선형 구역에서의 이동도를 유추하지 않았는데, 왜냐하면 이 파라미터는 접촉부에서의 임의의 주입 문제점에 의해 매우 많이 영향을 받기 때문이다. 일반적으로, 낮은 Vd에서 Id 대 Vd의 곡선의 비-선형부는 장치의 성능이 접촉부에 의한 전하의 주입에 의해 제한됨을 나타낸다. 소정 장치의 접촉부 결함의 더 독립적인 결과를 수득하기 위하여, 선형 이동도보다는 포화 이동도를 장치 성능의 특징적인 파라미터로서 유추하였다.
게이트 전압의 함수로서의 드레인 전류의 로그를 플롯팅하였다. log Id 플롯으로부터 유추된 파라미터는 Ion/Ioff 비율 및 문턱치 아래 기울기(S)를 포함한다. Ion/Ioff 비율은 간단히 최대 드레인 전류 대 최소 드레인 전류의 비율이고, S는 드레인 전류가 증가하는(즉, 장치가 켜지는) 영역에서 Id 곡선의 기울기의 역수이다.
D. 결과
하기 실시예는, 단순한 N,N'-다이헥실-1,4,5,8-나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드와 비교하여, N,N'-다이사이클로헥실-치환된-1,4,5,8-나프탈렌계 테트라카복실산 다이이미드를 포함하는 본 발명의 장치가 높은 이동도 및 온/오프 비율을 갖는 개선된 n-채널 반도체 필름을 제공함을 입증한다. 포화 구역에서 계산된 이 동도는 0.07 내지 2.5cm2/Vs이고, 온/오프 비율은 104 내지 105였다. 개선된 성능과 더불어, 장치는 또한 탁월한 재현성을 나타낸다.
비교예 1
이 실시예는 하기 식 C-1의 N,N'-다이헥실-1,4,5,8-나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드로부터 제조된 n-형 TFT 장치를 보여준다.
두께 185nm의 열-성장된 SiO2 층을 갖는 다량으로 도핑된 규소 웨이퍼를 기판으로서 사용하였다. 웨이퍼를 피라나(piranah) 용액 중에서 10분 동안 세정한 후 UV/오존 챔버에서 6분 동안 노출시켰다. 그 다음, 세정된 표면을, 습도-제어되는 환경에서 헵테인 용액으로부터 제조된 옥타데실트라이클로로실레인(OTS)의 자기-조립된 단층으로 처리하였다. 물 접촉 각 및 층 두께를 측정하여, 처리된 표면의 품질을 확인하였다. 우수한 품질의 OTS 층을 갖는 표면은 90°보다 큰 물 접촉 각을 갖고, 타원편광분석기(ellipsometry)로부터 결정된 두께가 27 내지 35Å이다.
정제된 식 C-1의 N,N'-다이헥실-1,4,5,8-나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드를, 2x10- 7토르의 압력에서 0.1Å/s의 속도로 석영 결정에 의해 측정된 두께 10nm까지 진공 승화에 의해 증착시켰다. 증착시키는 동안, 기판을 90℃의 일정한 온도 로 유지하였다. 샘플을 공기에 단시간 동안 노출시킨 후, 쉐도우 마스크를 통해 50nm의 두께까지 Au 소오스 전극 및 드레인 전극을 증착시켰다. 제조된 장치는 420마이크론의 채널 폭 및 50 내지 175마이크론의 채널 길이를 가졌다. 복수개의 OTFT를 제조하고, OTFT 4 내지 12개의 대표적인 샘플을 각 증착시에 시험하였다. 평균 결과는 아래 표 1에 기재된다.
장치를 공기에 노출시킨 후, 휴렛-팩커드 4145B(등록상표) 반도체 파라미터 분석기를 사용하여 아르곤 대기 중에서 측정하였다. 각각의 트랜지스터에서, 전계 효과 이동도(μ)는 (ID)1/2 대 VG 플롯의 기울기로부터 계산하였다. 평균 이동도는 포화 영역에서 0.12cm2/Vs인 것으로 밝혀졌다. 온/오프 비율은 1.3x106이고, 평균 문턱 전압은 41.63V였다. 이러한 방식으로 제조된 유사한 장치로부터 0.15cm2/Vs 이하의 포화 이동도가 측정되었다.
실시예 2
이 실시예는 본 발명에 따른 N,N'-다이사이클로헥실-1,4,5,8-나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드(화합물 I-3)로부터 제조된 n-형 TFT 장치의 개선된 성능을 입증한다.
활성 물질로서 화합물 I-3을 사용하는 n-형 TFT 장치를 비교예 1에서와 같이 제조하였다. 따라서, 화합물 I-3을 2x10-7토르의 압력에서 0.5Å/s의 속도로 석영 결정에 의해 측정된 두께 25nm까지 진공 승화에 의해 증착시켰다. 증착시키는 동 안, 기판을 90℃의 일정한 온도로 유지하였다. 샘플을 공기에 단시간 동안 노출시킨 후, 쉐도우 마스크를 통해 50nm의 두께까지 Au 소오스 전극 및 드레인 전극을 증착시켰다. 제조된 장치는 약 420마이크론의 채널 폭 및 50 내지 175마이크론의 채널 길이를 가졌다. 복수개의 유기 박막 트랜지스터(OTFT)를 제조하고, OTFT 4 내지 12개의 대표적인 샘플을 각 증착시에 시험하였다. 평균 결과는 아래 표 1에 기재된다.
장치를 공기에 노출시킨 후, 휴렛-팩커드 4145B(등록상표) 반도체 파라미터 분석기를 사용하여 아르곤 대기 중에서 측정하였다. 평균 전계 효과 이동도(μ)는 (ID)1/2 대 VG 플롯의 기울기로부터 포화 영역에서 3.67cm2/Vs인 것으로 계산되었다. 평균 온/오프 비율은 1.4x108이고, 평균 문턱 전압 Vt는 53.9V였다. 이러한 방식으로 제조된 유사한 장치로부터 5cm2/Vs 이하의 포화 이동도가 측정되었다.
이 실시예는 박막 트랜지스터에서 n-형 물질로서 화합물 I-3을 사용하는 이점을 명백하게 보여준다. 이동도는 비교예 C-1에 비해 약 30배 만큼 개선되었고, 이는 장치에 사용된 유기 반도체 화합물 상의 사이클로알킬 고리 치환의 장치 성능에 대한 상당히 유리한 효과를 입증한다.
Claims (30)
- 사이안화되지 않은 나프탈렌 코어를 갖고, 화합물 내의 이미드 질소 각각에 직접 부착된, 각각 4 내지 10개의 고리 탄소를 갖는 제 1 및 제 2 지환족 고리 시스템을 갖되, 상기 지환족 고리 시스템 및 나프탈렌 코어 각각에 대해 독립적으로 하나 이상의 치환기가 선택적으로 존재하며, 화합물 내의 지환족 고리 시스템 각각에 대한 임의의 치환기들은 독립적으로 하나 이상의 전자 공여 유기 치환기를 포함하는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌 테트라카복실릭 다이이미드 화합물을 포함하는 유기 반도체 물질의 박막을 박막 트랜지스터에 포함하는 제품.
- 제 1 항에 있어서,N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌 테트라카복실릭 다이이미드 화합물이 하기 화학식 I로 표시되는 제품:화학식 I
상기 식에서,A1 및 A2는 독립적으로 고리 시스템에서 4 내지 10개의 고리 탄소를 포함하는 치환 또는 비치환된 지환족 고리 시스템이고;m은 0 내지 4의 임의의 정수이고,Y 기는 독립적으로 상기 화합물로부터 제조된 필름의 n형 반도체 특성에 부정적인 영향을 미치지 않는 전자 공여 기들로부터 선택된다. - 제 1 항에 있어서,상기 구조에서, 제 1 및 제 2 지환족 고리 시스템 둘 다가 하나 이상의 전자 공여 기로 치환되는 제품.
- 제 3 항에 있어서,제 1 및 제 2 지환족 고리 시스템 중 하나 또는 둘 다가, CH3, 선형 또는 분지형 C2-C4 알킬, 알켄일, 알콕시, 및 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 다른 전자 공여 유기 기로부터 선택된 하나 이상의 전자 공여 기에 의해 치환되는 제품.
- 제 1 항에 있어서,박막 트랜지스터가 유전체 층, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 전계 효과 트랜지스터이되,유전체 층, 게이트 전극, 유기 반도체 물질의 박막, 소오스 전극 및 드레인 전극이 게이트 전극 및 유기 반도체 물질의 박막 둘 다가 유전체 층과 접촉하고, 소오스 전극 및 드레인 전극이 둘 다 유기 반도체 물질의 박막과 접촉하는 한 임의의 순서로 존재하는 제품.
- 제 1 항에 있어서,유기 반도체 물질의 박막이 0.01cm2/Vs보다 높은 전자 이동도를 나타낼 수 있는 제품.
- 제 1 항에 있어서,지환족 고리 시스템이 모노사이클릭 고리 또는 바이사이클릭 지환족 탄화수소 고리인 제품.
- 제 1 항에 있어서,나프탈렌 핵 상의 Y 치환기가 알킬 기, 알켄일 기 및 알콕시 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품.
- 제 1 항에 있어서,지환족 고리 시스템이 치환 또는 비치환된 사이클로헥실 또는 사이클로펜틸 고리인 제품.
- 제 1 항에 있어서,유기 반도체 물질의 박막이 하기 화학식 II로 표시되는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된-1,4,5,8-나프탈렌 테트라카복실산 다이이미드 화합물을 포함하는 제품:화학식 II
상기 식에서,상기 구조에서 2개의 사이클로헥실 고리 중 제 1 고리 상의 R1, R2, R3, R4 및 R5, 및 2개의 사이클로헥실 고리 중 제 2 고리 상의 R6, R7, R8, R9 및 R10은 각각 독립적으로 H 또는 유기 치환기이되, 단 고리 시스템 상의 임의의 인접한 2개의 R 기들은 선택적으로 조합되어 가교결합된 지환족 고리 시스템의 일부로서 치환 또는 비치환된 4 내지 7원 고리를 형성할 수 있고;상기 화합물 내의 지환족 고리 시스템에 대한 임의의 치환이 하나 이상의 전자 공여 유기 기를 포함하고;Y는 유기 반도체 물질의 효과적인 반도체 특성에 부정적인 영향을 미치지 않고 전자 끌기 기가 아닌 치환기이고,m은 0 내지 4이다. - 제 10 항에 있어서,R1 내지 R10 모두가 수소인 제품.
- 제 10 항에 있어서,화합물 내의 제 1 및 제 2 지환족 고리 시스템 둘 다가, 알킬 기인 하나 이상의 전자 공여 유기 기를 포함하는 제품.
- 제 10 항에 있어서,상기 구조에서, 지환족 고리 시스템 둘 다가 5 내지 6개의 탄소 고리 원자를 갖고, 각각 독립적으로 하나 이상의 전자 공여 기로 치환 또는 비치환된 모노사이클릭 지환족 고리 시스템인 제품.
- 제 10 항에 있어서,화합물 내의 제 1 및 제 2 지환족 고리 시스템 중 하나 또는 둘 다가, 알킬 기인 하나 이상의 전자 공여 기에 의해 치환된 사이클로헥실 고리인 제품.
- 제 10 항에 있어서,상기 구조에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 및 R10이 각각 독립적으로 H, CH3, 선형 또는 분지형 C2-C4 알킬, 알켄일, 알콕시, 및 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 다른 전자 공여 유기 기로부터 선택되는 제품.
- 제 10 항에 있어서,상기 구조에서, R1, R2, R3, R4 및 R5 중 2개 이상이 H이고, R6, R7, R8, R9 및 R10 중 2개 이상이 H인 제품.
- 제 16 항에 있어서,상기 구조에서, R1, R2, R3, R4 및 R5 중 3개 이상이 H이고, R6, R7, R8, R9 및 R10 중 3개 이상이 H인 제품.
- 제 10 항에 있어서,상기 구조에서, R1, R3, R4, R5, R6, R8, R9 및 R10 모두가 H이고, R2 및 R7 중 하나 이상이 알킬 기이거나; 또는 R2, R3, R4, R5, R7, R8, R9 및 R10 모두가 H이고, R1 및 R6 중 하나 이상이 CH3인 제품.
- 제 14 항에 있어서,2개의 사이클로헥실 고리 각각에 대해 독립적으로 선택된 전자 공여 유기 치환기가 정확하게 하나 존재하되, 치환기들이 본성 및/또는 위치에 있어 상이하거나, 또는 치환기들이 본성 및 위치에 있어 동일하다면, 치환기들은 이미드 질소에 대해 사이클로헥실 고리 상에서 파라 위치가 아닌 오르쏘 또는 메타 위치에 존재하는 제품.
- 제 10 항에 있어서,전자 공여 기 및/또는 Y 기가 알킬, 알켄일 및 알콕시 기로부터 독립적으로 선택되는 제품.
- 제 1 항에 있어서,박막 트랜지스터가 104 이상의 소오스/드레인 전류의 온/오프 비율을 갖는 제품.
- 제 5 항에 있어서,게이트 전극이, 게이트 전극에 인가되는 전압에 의해, 유기 반도체 물질의 박막을 통한 소오스 전극과 드레인 전극 사이의 전류를 조절하는데 적합한 제품.
- 제 5 항에 있어서,유전체 층이 무기 또는 유기 전기 절연 물질을 포함하는 제품.
- 제 1 항에 있어서,박막 트랜지스터가, 선택적으로 가요성인 비-참여 지지체를 추가로 포함하는 제품.
- 제 5 항에 있어서,소오스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극이 각각 독립적으로, 도핑된 규소, 금속 및 전도성 중합체로부터 선택되는 물질을 포함하는 제품.
- 제 1 항에 따른 복수개의 박막 트랜지스터를 포함하는, 집적 회로, 능동-매트릭스 디스플레이 및 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 전자 장치.
- 제 26 항에 있어서,복수개의 박막 트랜지스터가 선택적으로 가요성인 비-참여 지지체 상에 존재하는 전자 장치.
- (a) 사이안화되지 않은 나프탈렌 코어를 갖고, 각각의 이미드 질소 원자에 직접 부착된, 각각 4 내지 10개의 고리 탄소를 갖는 제 1 및 제 2 지환족 고리 시스템을 갖되, 상기 지환족 방향족 고리 시스템 중 하나 또는 둘 다에 하나 이상의 치환기가 선택적으로 존재하며, 존재하는 경우 상기 선택적 치환기가 하나 이상의 전자 공여 유기 치환기를 포함하는 N,N'-다이사이클로알킬-치환된 나프탈렌 테트라카복실릭 다이이미드 화합물을 포함하는 n-채널 유기 반도체 물질의 박막을 기판 상에 증착시켜, 유기 반도체 물질이 0.01cm2/Vs보다 큰 전계 효과 전자 이동도를 나타내는 단계;(b) 소오스 전극 및 드레인 전극이 n-채널 반도체 필름에 의해 분리되고 이에 전기적으로 연결되는, 이격된 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성시키는 단계; 및(c) 유기 반도체 물질로부터 이격된 게이트 전극을 형성시키는 단계를 포함하되, 반드시 상기 순서일 필요는 없는 박막 반도체 장치의 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,화합물을 승화에 의해 기판 상에 증착시키고, 상기 기판이 증착 동안 100℃ 이하의 온도를 갖는 방법.
- 제 28 항에 있어서,화합물이 N,N'-다이사이클로헥실-나프탈렌-1,4,5,8 테트라카복실산 다이이미드 또는 N,N'-다이사이클로펜틸-나프탈렌-1,4,5,8 테트라카복실산 다이이미드인 방 법.
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