KR20130087423A - 디티오이소인디고계 폴리머 - Google Patents

디티오이소인디고계 폴리머 Download PDF

Info

Publication number
KR20130087423A
KR20130087423A KR1020130008243A KR20130008243A KR20130087423A KR 20130087423 A KR20130087423 A KR 20130087423A KR 1020130008243 A KR1020130008243 A KR 1020130008243A KR 20130008243 A KR20130008243 A KR 20130008243A KR 20130087423 A KR20130087423 A KR 20130087423A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substituted
aryl
alkyl
heteroaryl
formula
Prior art date
Application number
KR1020130008243A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102002650B1 (ko
Inventor
안소니 위글스워스
일리앙 우
핑 리우
Original Assignee
제록스 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제록스 코포레이션 filed Critical 제록스 코포레이션
Publication of KR20130087423A publication Critical patent/KR20130087423A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102002650B1 publication Critical patent/KR102002650B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F128/00—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur
    • C08F128/06—Homopolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a bond to sulfur or by a heterocyclic ring containing sulfur by a heterocyclic ring containing sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/124—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one nitrogen atom in the ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/125—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one oxygen atom in the ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
    • C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
    • C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G75/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/151—Copolymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/10—Definition of the polymer structure
    • C08G2261/12—Copolymers
    • C08G2261/124—Copolymers alternating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
    • C08G2261/3222—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more oxygen atoms as the only heteroatom, e.g. furan
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
    • C08G2261/3223—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3242—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing one or more oxygen atoms as the only heteroatom, e.g. benzofuran
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3243—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. benzothiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/324—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed
    • C08G2261/3246—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain condensed containing nitrogen and sulfur as heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/33—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating non-aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/332—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating non-aromatic structural elements in the main chain containing only carbon atoms
    • C08G2261/3327—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating non-aromatic structural elements in the main chain containing only carbon atoms alkene-based
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
    • C08G2261/34—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating partially-aromatic structural elements in the main chain
    • C08G2261/344—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating partially-aromatic structural elements in the main chain containing heteroatoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2261/90—Applications
    • C08G2261/92—TFT applications
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/464—Lateral top-gate IGFETs comprising only a single gate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

화학식 I의 폴리머:
[화학식 I]
Figure pat00058

Ar, R1, R2, R3, R4, Y, x, k, m 및 n은 본 명세서에서 기재된 바와 같다. 상기 폴리머는 전자 소자의 반도체 층에 사용될 수 있다.

Description

디티오이소인디고계 폴리머 {DITHIOISOINDIGO-BASED POLYMERS}
본 발명은 반도체 층을 포함하는 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistors : TFT) 및/또는 다른 전자 소자에 관한 것이다. 상기 반도체층은 본 명세서에 기재된 바와 같은 반도체 조성물로부터 형성된다. 상기 반도체 조성물이 소자의 반도체 층에 사용될 경우, 높은 이동성 및 우수한 안정성을 얻을 수 있다.
TFT는 일반적으로 기판상에 전기 전도성 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극, 상기 게이트 전극을 상기 소스 및 드레인 전극으로부터 분리하는 전기 절연성 게이트 유전층, 및 상기 게이트 유전층과 접촉하고 상기 소스 및 드레인 전극을 연결하는 반도체 층으로 구성된다. 그들의 성능은 전체 트랜지스터의 전계 효과 이동성(field effect mobility) 및 전류 점멸비(current on/off ratio)에 의해 결정될 수 있다. 높은 이동성 및 높은 점멸비가 요구된다.
유기 박막 트랜지스터(Organic thin-film transistor; OTFT)는 높은 스위칭 속도 및/또는 높은 밀도가 필수적이지 않은 사이니지, 리더, 및 액정표시장치와 같은, 디스플레이를 위한 무선 주파수 식별(radio frequency identification; RFID) 태그 및 백플레인 스위칭 회로(backplane switching circuits)와 같은 어플리케이션에 사용될 수 있다. 또한 그들은 물리적으로 콤팩트하고, 가벼우며, 유연한 것과 같은 주목할만한 기계적 성질을 가진다.
유기 박막 트랜지스터는 스핀 코팅, 용액 캐스팅, 딥 코팅, 스텐실/스크린 프린팅, 플렉소그래피, 그라비아(gravure), 오프셋 프린팅, 잉크젯-프린팅, 미세접촉 프린팅 등과 같은, 저가 용액-기반 패터닝 및 증착 기술을 사용하여 제작할 수 있다. 박막 트랜지스터 회로를 제작하는데 이러한 용액-기반 공정을 사용하기 위하여, 용액 공정 가능한 재료들이 요구된다. 그러나, 용액 공정에 의해 형성된 유기 또는 폴리머 반도체는 제한된 용해성, 공기 민감도(air sensitivity), 및 특히 낮은 전계 효과 이동성를 갖는 경향이 있다. 이러한 좋지 못한 성능은 저분자의 좋지 못한 막 형성 특성 때문이다.
따라서, 높은 전계 효과 이동성, 공기 안정성, 및 우수한 용해성을 나타내는 반도체 폴리머 개발이 필요하다.
본 발명은 높은 전계 효과 이동성, 공기 안정성, 및 우수한 용해성을 나타내는 반도체 폴리머를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다양한 구현예에 있어서, 디티오이소인디고 모이어티를 포함하는 반도체 폴리머에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 폴리머를 만드는 방법, 그러한 폴리머를 포함하는 조성물, 및 그러한 폴리머를 포함하는 층을 갖는 소자에 관한 것이다.
본 발명은 다양한 구현예에 있어서, 화학식 I의 반도체 물질을 개시한다:
[화학식 I]
Figure pat00001
상기 각 Y는 독립적으로 산소(O) 또는 N-R5이며, 각 R5는 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 또는 치환된 아릴이고;
각 R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 NO2이고;
k 및 m은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고;
각 Ar은 독립적으로 에테닐, 에티닐, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 또는 치환된 헤테로아릴이고;
x는 0 내지 8이며; 및
n은 반복 단위의 개수이고 2 내지 5,000이다.
특정 구현예에 있어서, 적어도 하나의 Ar 단위는 티에노[3,2-b]티오펜 단위이다.
Figure pat00002
상기 각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2로부터 선택된다.
각 Ar 단위는 독립적으로 하기 구조 및 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다:
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2로부터 선택되고; g는 3 내지 12이다.
상기 폴리머는 본 명세서에서 개시하는 화학식 1~41 중 하나의 구조를 가질 수 있다. 이들 폴리머들의 구체적인 구현예에서, R1 및 R2는 동일하다. 예를 들어 R1 및 R2는 둘 다 알킬이다. 다른 구현예에서, x는 적어도 1이다.
일부 특정 구현예에서, 각 Ar 단위는 하기 구조로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다:
Figure pat00005
상기 각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2 중에서 선택된다.
다른 바람직한 구현예에서, x는 적어도 1이고, 적어도 하나의 Ar 단위는 티오펜 단위이다.
또한, 구현예는 화학식 I의 폴리머를 포함하는 반도체 조성물을 개시한다. 추가적인 구현예에서, 상기 반도체 조성물은, 용매를 포함할 수 있다.
또한, 구현예는 전자 소자가 화학식 Ⅰ의 폴리머를 포함하는 반도체 층을 포함하는 것을 개시한다.
본 발명은 반도체 층으로 사용될 수 있는 반도체 폴리머, 상기 반도체 폴리머를 포함하는 반도체 층 및 상기 반도체 층을 포함하는 박막 트랜지스터(Thin-Film Transistors : TFT) 및/또는 다른 전자 소자를 개시한다. 상기 반도체 폴리머는 높은 전계 효과 이동성, 공기 안정성, 및 우수한 용해성을 나타내어, 다양한 전자 소자의 반도체 층으로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 TFT의 첫 번째 구현예의 다이어그램이다.
도 2는 본 발명에 따른 TFT의 두 번째 구현예의 다이어그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 TFT의 세 번째 구현예의 다이어그램이다.
도 4는 본 발명에 따른 TFT의 네 번째 구현예의 다이어그램이다.
본 명세서에서 개시되는 구성, 방법 및 장치는 수반하는 도면을 참조함으로써 더욱 완전히 이해할 수 있다. 이러한 도면은 단지 본 발명의 입증의 편리 및 용이성을 바탕으로 한 도식적인 표현이고, 따라서 이의 장치 또는 구성의 상대적인 크기 및 치수를 나타내고/나타내거나 예시적인 구현예의 범위를 정의 또는 제한하고자 하는 것이 아니다.
비록 명확성의 목적을 위해 특정 용어가 하기 내용에 사용되나, 이러한 용어는 오직 도면에서 설명을 위해 선택된 구현예의 특정 구조를 나타내고자 하는 것일 뿐이며, 발명의 범위를 정의 또는 제한하고자 하는 것은 아니다. 도면 및 하기 내용에서 유사한 번호 지정은 구성의 유사한 기능을 나타내는 것으로 이해된다.
수량에 연결되어 사용된 수식어 "약"은 규정된 값을 포함하고 문맥에 의해 지시된 의미를 갖는다 (예를 들면, 적어도 특정 수량의 측정과 관련된 오차의 정도를 포함한다). 범위의 문맥에 사용될 경우, 수식어 "약"은 또한 두 종말점의 절대값에 의해 결정되는 범위를 나타내는 것으로서 여겨질 수 있다. 예를 들면, "약 2 내지 약 10"의 범위는 또한 "2 내지 10" 범위를 나타낸다.
용어 "포함하는"은 지정된 구성의 존재를 필요로 하고 다른 구성의 존재를 허용하는 것으로서 본 명세서에서 사용된다. 상기 용어 "포함하는"은 용어 "구성되는"을 포함하는 것으로 이해될 수 있고, 이는 명명된 구성의 제조로부터 기인할 수 있는 임의의 불순물과 함께, 명명된 구성만의 존재를 허용한다.
본 발명은 본 명세서에서 개시된 바와 같이 반도체 폴리머에 관한 것이다. 상기 반도체 폴리머는 우수한 용해성을 나타낸다. 상기 반도체 폴리머를 포함하는 조성물 또한 개시된다. 상기 조성물로부터 형성된 반도체 층은 공기 중에서 매우 안정하고 높은 이동성을 갖는다. 이러한 반도체 조성물은 박막 트랜지스터(TFT)와 같이 전자 소자에 층(layers)을 형성하는데 유용하다.
도 1은 본 발명에 따른 하부-게이트 하부-접촉 TFT 구성을 나타낸다. TFT(10)는 게이트 전극(18) 및 게이트 유전층(14)과 접촉된 기판(16)을 포함한다. 여기서 상기 게이트 전극(18)은 상기 기판(16) 위에 묘사되나, 상기 게이트 전극은 또한 상기 기판 내에 함몰되어 위치할 수 있다. 상기 게이트 유전층(14)이 소스 전극(20), 드레인 전극(22), 및 반도체 층(12)으로부터 게이트 전극(18)을 분리한다는 점이 중요하다. 상기 반도체 층(12)은 상기 소스 전극(20) 및 상기 드레인 전극(22) 위 및 사이에 놓인다. 상기 반도체는 상기 소스 전극(20) 및 상기 드레인 전극(22) 사이의 채널 길이를 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 하부-게이트 상부-접촉 TFT 구성을 나타낸다. TFT(30)는 게이트 전극(38) 및 게이트 유전층(34)과 접촉된 기판(36)을 포함한다. 반도체 층(32)은 상기 게이트 유전층(34)의 위에 놓이고 상기 유전층을 상기 소스 전극(40) 및 드레인 전극(42)으로부터 분리한다.
도 3은 본 발명에 따른 하부-게이트 하부-접촉 TFT 구성을 나타낸다. TFT(50)는 게이트 전극과 같은 역할도 하고 게이트 유전층(54)과 접촉된 기판(56)을 포함한다. 소스 전극(60), 드레인 전극(62), 및 반도체 층(52)은 게이트 유전층(54) 위에 놓인다.
도 4는 본 발명에 따른 상부-게이트 상부-접촉 TFT 구성을 나타낸다. TFT(70)는 소스 전극(80), 드레인 전극(82), 및 반도체 층(72)과 접촉된 기판(76)을 포함한다. 상기 반도체 층(72)은 상기 소스 전극(80) 및 상기 드레인 전극(82) 위 및 사이에 놓인다. 게이트 유전층(74)은 반도체 층(72) 위에 있다. 게이트 전극(78)은 상기 게이트 유전층(74) 위에 있고 상기 반도체 층(72)과 접촉하지 않는다.
상기 반도체 폴리머는 화학식 Ⅰ의 구조를 갖는다:
[화학식 Ⅰ]
Figure pat00006
상기 각 Y는 독립적으로 산소(O) 또는 N-R5이며, 각 R5는 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 또는 치환된 아릴이고; 각 R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 NO2이며; k 및 m은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이며; 각 Ar은 독립적으로 에테닐, 에티닐, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 또는 치환된 헤테로아릴이며; x는 0 내지 8이고; 및 n은 반복 단위의 개수이고 2 내지 약 5,000이다. 더욱 구체적인 구현예에 있어서, n은 5 내지 약 5,000이다.
상기 용어 "알킬"은 완전히 포화된 탄소 원자 및 수소 원자로 전적으로 구성된 라디칼을 나타낸다. 상기 알킬 라디칼은 선형, 가지형, 또는 환형일 수 있다. 상기 알킬 라디칼은 1가 또는 2가일 수 있고, 즉, 하나 또는 두 개의 상이한 비수소 원자에 결합될 수 있다.
상기 용어 "에테닐"은 라디칼 -CH=CH- 를 나타낸다.
상기 용어 "에티닐"은 라디칼 -C≡C- 를 나타낸다.
상기 용어 "아릴"은 탄소 원자 및 수소 원자로 전적으로 구성된 방향족 라디칼을 나타낸다. 아릴이 탄소 원자의 수치 범위와 관련되어 기재된 경우, 치환된 방향족 라디칼을 포함하는 것으로서 이해되지 않는다. 예를 들면, 어구 "6 내지 10개의 탄소 원자를 포함하는 아릴"은 페닐기(6개의 탄소 원자) 또는 나프틸기(10개의 탄소 원자)만을 나타내는 것으로 이해될 수 있고, 메틸페닐기(7개의 탄소 원자)를 포함하는 것으로 이해해서는 안된다. 상기 아릴 라디칼은 1가 또는 2가일 수 있다.
상기 용어 "헤테로아릴"은 탄소 원자, 수소 원자 및 하나 혹은 그 이상의 헤테로원자로 구성된 방향족 라디칼을 나타낸다. 상기 탄소 원자 및 상기 헤테로원자는 환형 고리 또는 상기 라디칼의 백본(backbone)에 존재한다. 상기 헤테로원자는 산소(O) 원자, 황(S) 원자, 셀렌(Se) 원자 및 질소(N) 원자 중에서 선택된다. 대표적인 헤테로아릴 라디칼은 푸릴(furyl), 티에닐(thienyl) 및 피리딜(pyridyl)을 포함한다.
상기 용어 "치환된"은 명명된 라디칼에서 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐, -CN, -NO2, -COOH 및 -SO3H과 같은, 또 다른 작용기로 치환된 것을 나타낸다. 대표적인 치환된 알킬기는 퍼할로알킬기이고, 여기서 알킬기에 있는 하나 또는 그 이상의 수소 원자는 불소, 염소, 요오드 및 브롬과 같은 할로겐 원소로 치환된다. 상기 언급된 작용기 외에도, 알킬기는 또한 아릴 또는 헤테로아릴기로 치환될 수 있다. 아릴 또는 헤테로아릴기는 알킬 또는 알콕시로 치환될 수도 있다. 대표적인 치환된 아릴기는 메틸페닐 및 메톡시페닐을 포함한다. 대표적인 치환된 헤테로아릴기는 3-메틸티에닐을 포함한다.
일반적으로, 상기 알킬기는 각각 1 내지 30개의 탄소 원자를 포함한다. 유사하게, 상기 아릴기는 각각 6 내지 30개의 탄소 원자를 포함한다. 상기 헤테로아릴기는 2 내지 30개의 탄소 원자를 포함한다.
구체적인 대표적인 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실, 옥타데실, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, t-부틸, 이소펜틸, 이소프로필, 2-옥틸-n-도데실, 및 이들의 이성질체를 포함한다.
구체적인 대표적인 아릴 및 치환된 아릴기는 페닐, 폴리페닐 및 나프틸; p-메톡시페닐, m-메톡시페닐, o-메톡시페닐, 에톡시페닐, p-tert-부톡시페닐 및 m-tert-부톡시페닐과 같은 알콕시페닐기; 2-메틸페닐, 3-메틸페닐, 4-메틸페닐, 에틸페닐, 4-tert-부틸페닐, 4-부틸페닐 및 디메틸페닐과 같은 알킬페닐기; 메틸나프틸 및 에틸나프틸과 같은 알킬나프틸기; 메톡시나프틸 및 에톡시나프틸과 같은 알콕시나프틸기; 디메틸나프틸 및 디에틸나프틸과 같은 디알킬나프틸기; 및 디메톡시나프틸 및 디에톡시나프틸과 같은 디알콕시나프틸기, 및 퍼플루오로메틸페닐과 같은 퍼플루오로-치환된 아릴기를 포함한다.
구체적인 대표적인 헤테로아릴기는 티오펜, 푸란, 옥사졸, 이소옥사졸, 피리딘, 티아졸, 이소티아졸, 이미다졸, 트리아졸, 피라졸, 푸라잔, 티아디아졸, 옥사디아졸, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 인돌, 이소인돌, 인다졸, 크로멘, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 신놀린, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 나프틸리딘, 프탈라진, 퓨린, 프테리딘, 티에노푸란, 티에노티오펜, 이미다조티아졸, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤즈티아졸, 벤즈티아디아졸, 벤즈이미다졸, 이미다조피리딘, 필롤로피리딘, 피롤로피리미딘, 및 피리도피리미딘을 포함한다.
더욱 구체적인 구현예에 있어서, x는 적어도 1이다. 다른 구현예에 있어서, x는 0 내지 4이다. 또 다른 구현예에 있어서, k 및 m은 모두 0이다. 특정 구현예에 있어서, x는 적어도 1이며 k=m=0이다. 일부 구현예에 있어서, 두 Y기는 둘 다 R5기가 같은 N-R5이다. 특정 구현예에 있어서, 두 R5기는 알킬이다.
각 Ar 단위는 독립적으로 하기 구조 및 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다:
Figure pat00007
Figure pat00008
상기 각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2로부터 선택되고; g는 3 내지 12이다. (R')g 표기는 특정한 Ar 단위 상에 나타내지 않고 모든 가능한 치환 위치를 나타내기 위하여 사용되며, 그러한 단위의 구조를 단순하고 명확하게 보여주기 위하여 사용된다는 점을 유의해야 한다.
상기 용어 "알콕시"는 산소 원자에 부착된 알킬 라디칼, 예를 들면 -O-CnH2n +1을 나타낸다. 상기 산소 원자는 상기 화합물의 중심부에 부착된다.
상기 용어 "알킬티오"는 황 원자에 부착된 알킬 라디칼, 예를 들면 -S-CnH2n +1을 나타낸다. 상기 황 원자는 상기 화합물의 중심부에 부착된다.
상기 용어 "트리알킬실릴"은 규소 원자에 부착된 세 개의 알킬 라디칼을 갖는 4가 규소 원자로 구성된 라디칼, 예를 들면 -Si(R)3을 나타낸다. 상기 세 개의 알킬 라디칼은 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 규소 원자는 상기 화합물의 중심부에 부착된다.
특정 구현예에 있어서, x는 적어도 1이며, 적어도 하나의 Ar 단위는 티에노[3,2-b]티오펜 단위이다.
Figure pat00009
상기 각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2이다.
더욱 구체적인 구현예에서, 각 Ar 단위는 하기 구조 및 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다:
Figure pat00010
상기 각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2 중에서 선택된다.
화학식 I의 대표적인 반도체 폴리머는 하기 화학식 1~41의 것들을 포함한다.
화학식 1
Figure pat00011
화학식 2
Figure pat00012
화학식 3
Figure pat00013
화학식 4
Figure pat00014
화학식 5
Figure pat00015
화학식 6
Figure pat00016
화학식 7
Figure pat00017
화학식 8
Figure pat00018
화학식 9
Figure pat00019
화학식 10
Figure pat00020
화학식 11
Figure pat00021
화학식 12
Figure pat00022
화학식 13
Figure pat00023
화학식 14
Figure pat00024
화학식 15
Figure pat00025
화학식 16
Figure pat00026
화학식 17
Figure pat00027
화학식 18
Figure pat00028
화학식 19
Figure pat00029
화학식 20
Figure pat00030
화학식 21
Figure pat00031
화학식 22
Figure pat00032
화학식 23
Figure pat00033
화학식 24
Figure pat00034
화학식 25
Figure pat00035
화학식 26
Figure pat00036
화학식 27
Figure pat00037
화학식 28
Figure pat00038
화학식 29
Figure pat00039
화학식 30
Figure pat00040
화학식 31
Figure pat00041
화학식 32
Figure pat00042
화학식 33
Figure pat00043
화학식 34
Figure pat00044
화학식 35
Figure pat00045
화학식 36
Figure pat00046
화학식 37
Figure pat00047
화학식 38
Figure pat00048
화학식 39
Figure pat00049
화학식 40
Figure pat00050
화학식 41
Figure pat00051
R1 및 R2는 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 또는 치환된 아릴이며;
각 R'은 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2 중에서 선택되며;
각 R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 -NO2이고; 및
k 및 m은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이다.
일부 구현예에 있어서, R1 및 R2 중 적어도 하나는 수소가 아니다.
구현예에 있어서, 상기 화학식 I의 반도체 폴리머는 약 1.2 내지 약 2.8 eV, 또는 약 1.2 내지 약 2.0 eV를 포함하는, 약 1.1 내지 약 3.2 eV의 밴드 갭을 갖는다. 일부 구현예에 있어서, 상기 화학식 I의 반도체 폴리머는 약 1.0 내지 약 2.0 ev의 작은 밴드 갭을 갖는다. 상기 반도체 층에 있어서 상기 반도체 폴리머는 결정질, 준결정질 또는 액체 결정질 구조를 갖는다. 결정도는 예를 들어 X-레이 회절 방법 또는 시차주사열량법을 사용하여 측정될 수 있다.
본 발명의 대표적인 폴리머는 2단계 방법에 의해 합성될 수 있다. 화학식 I의 폴리머를 합성하는 대표적인 방법은 하기와 같다.
첫 번째 단계에서, 디브로모이소티오인디고(dibromoisothioindigo) A는 라웨슨 시약(Lawesson's reagent)을 사용하여 디티오이소인디고(dithioisoindigo) B로 변환될 수 있다. 상기 첫 번째 단계는 하기 반응 1로 나타내어진다.
Figure pat00052
두 번째 단계에서, 반응 1에서 생성된 상기 디티오이소인디고 B와 이작용(bifunctional) 유기주석(organotin) 또는 유기보론(organoboron) 화합물 C는 팔라듐 촉매 존재 하에서 반응하여 화학식 I의 폴리머 D를 형성할 수 있다. 상기 두 번째 단계는 축중합 반응이며 하기 반응 2로 나타내어진다.
Figure pat00053
반응 2는 커플링 반응 또는 축중합 반응에 적합한 촉매를 사용하여, 선택적으로는 요오드화구리(I)의 존재 하에서 용액 내에서 수행될 수 있다. 적합한 커플링 촉매는 팔라듐계 촉매, 예를 들어, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)Pd(PPh3)4, Pd(PPh3)2Cl2, PdOAc2, Pd(dba)3:P(o-Tol)3, 또는 이들의 유도체와 같은 테트라키스(트리아릴포스포늄)-팔라듐 촉매이다. 일반적으로, 상기 촉매는 화합물 C의 상기 촉매에 대한 몰비가 약 1000:1 내지 약 10:1, 예를 들어, 약 100:1 내지 약 30:1의 범위 내에서 첨가된다. 상기 반응에 적합한 용매는 테트라하이드로푸란(THF), 디옥산, 1-메틸-2-피롤리디논(NMP), 디메틸아세트아미드(DMA), 디메틸포름아미드(DMF), 톨루엔, 자일렌, 물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 물을 포함하는 적합한 용매 혼합물을 위해, 선택적으로 상변화 촉매가 첨가될 수 있다. 상기 반응은 상기 용매의 끓는점 또는 이보다 약간 높은 온도에서 환류하면서 수행될 수 있다.
화합물 C로 나타낸 코모노머는 일반적으로 M-Ar-M 식을 가지며, Ar은 공액 결합된 모이어티(즉, Ar 단위) 이며, M은 상기 축중합 반응에 따르는 반응기이다. 예를 들면, 스즈키 반응(Suzuki reaction)에 있어서, 상기 반응기 M은 하기 나타낸 것들 중 하나일 수 있다:
Figure pat00054
K2CO3, Cs2CO3, K3PO4, KF 또는 CsF와 같은, 추가적인 염기가 또한 스즈키 반응에 요구된다. 또는, 스틸 반응(Stille reaction)에 있어서, 상기 반응기 G는 -SnMe3 또는 -Sn(n-Bu)3과 같은 트리알킬스태닐기이다.
이에 따라 형성된 폴리머/코폴리머는 약 700 내지 약 1,000,000의 범위 내의 중량 평균 분자량 Mw를 가질 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 화학식 Ⅰ의 폴리머는 약 5,000 내지 약 100,000을 포함하여, 약 1,000 내지 약 800,000의 Mw를 갖는다.
상기 코폴리머는 약 2 내지 약 10 범위의 다분산지수(PDI)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 화학식 I의 상기 코폴리머는 약 2 내지 약 3을 포함하여, 약 2 내지 약 5의 PDI를 갖는다.
화학식 I의 상기 반도체 폴리머를 포함하는 반도체 조성물이 또한 개시된다. 상기 반도체 조성물은 상기 폴리머를 용해시킬 수 있는 용매를 포함할 수 있다. 대표적인 용매는 클로로벤젠, 클로로톨루엔, 디클로로벤젠, 디클로로에탄 등과 같은 염화 용매; 프로판올, 부탄올, 헥산올, 헥사네디올 등과 같은 알콜; 헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 트리메틸 벤젠, 에틸 벤젠, 테트라하이드로나프탈렌, 데칼린, 메틸 나프탈렌 등과 같은 탄화수소 또는 방향족 탄화수소; 아세톤, 메틸 에틸 케톤 등과 같은 케톤; 에틸 아세테이트와 같은 아세테이트; 피리딘, 테트라하이드로푸란 등을 포함할 수 있다.
구체적인 구현예에 있어서, 화학식 I의 상기 폴리머와 함께 사용되는 상기 용매는 적어도 2개의 탄소 원자 및 적어도 3개의 할로겐 원자를 포함하는 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매이다. 상기 구문 "비-방향족"은 용매로서 사용되는 화합물이 방향족이 아님을 의미한다. 즉, 화합물이 휘켄의 법칙(Huckel's rule)에 따르지 않으며, 평면 구조에서 비편재된 공액 파이 시스템(delocalized conjugated pi system)을 갖지 않는다. 상기 용어 "할로겐화"는 화합물이 적어도 3개의 할로겐 원자를 포함하는 것을 의미한다. 할로겐 원자는 불소(fluorine), 염소(chlorine), 브롬(bromine), 및 요오드(iodine)를 포함한다. 상기 용어 "탄화수소"는 용매가 탄소 원자 및 수소 원자를 포함하는 것을 의미하며, 알칸, 알켄, 및 알킨을 포함한다. 구체적인 구현예에서, 상기 할로겐 원자는 염소 원자이다.
일부 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 3개의 탄소 원자, 또는 적어도 4개의 탄소 원자를 포함한다. 일부 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 4개의 할로겐 원자, 또는 적어도 5개의 할로겐 원자를 포함한다. 특정 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 2개의 탄소 원자 및 적어도 4개의 할로겐 원자를 포함한다. 다른 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 3개의 탄소 원자 및 적어도 3개의 할로겐 원자를 포함한다. 또 다른 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 1개의 수소 원자를 포함한다. 특정 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 오직 탄소, 수소, 및 염소 원자만을 포함한다.
구체적인 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 1,1,2,2-테트라클로로에탄(CAS #79-34-5); 1,1,1,2-테트라클로로에탄(CAS #630-20-6); 1,1,1,2,2-펜타클로로에탄(CAS #76-01-7); 펜타에리스리틸 테트라클로라이드(CAS #3228-99-7); 1,2,3,4-테트라클로로부탄(CAS #3405-32-1); 1,2,3-트리클로로프로판(CAS #96-18-4); 1,1,2-트리클로로에탄(CAS #79-00-5); 및 1,1,2-트리클로로에틸렌(CAS #79-01-6)으로 이루어진 군에서 선택된다. 물론, 필요하다면 한 종류 이상의 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매가 상기 반도체 조성물에 포함될 수 있다. 다른 특정 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 클로로알칸이다. 바꿔 말하자면, 존재하는 유일한 할로겐 원자는 염소 원자이며, 탄소 원자는 모두 단일 결합을 한다. 바람직하게는, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 1,1,2,2-테트라클로로에탄이다.
이론에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용매의 한센 용해도 파라미터(Hansen solubility parameters)는 큰 분산력 성분(δD), 비교적 큰 극성력 성분(δP), 및 비교적 큰 수소 결합력 성분(δH)을 가질 것으로 생각된다. 이와 관련하여, 방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 보통 낮은 수소 결합력 성분을 갖는다. 바람직한 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 18.0MPa1 /2의 분산력 성분을 가질 수 있다.구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 5.0MPa1 /2 혹은 이보다 큰 수소 결합력 성분 δH를 갖는다. 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 5.0MPa1 /2의 수소 결합력 성분 및 적어도 18.0MPa1 /2의 분산력 성분을 갖는다. 다른 구현예에 있어서, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 적어도 100℃ 또는 적어도 120℃를 포함하여, 적어도 70℃의 끓는점을 갖는다. 일반적으로, 상기 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매는 약 300℃의 최대 끓는점을 갖는다.
필요하다면, 다른 용매도 상기 반도체 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 다른 용매는 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 에틸벤젠, 디에틸벤젠, 트리메틸벤젠, 메틸에틸벤젠, 테트라하이드로나프탈렌, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 클로로톨루엔, 메틸이소부틸케톤, 메틸벤조에이트, 벤질벤조에이트, 아니솔, 시클로헥사논, 및 아세토페논을 포함할 수 있다. 유기아민, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 글리콜, 아세톤, 테트라하이드로푸란(THF), 디클로로메탄, 에틸아세테이트, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 아세트산, 아세토니트릴, 및 디오산과 같은 다른 용매도 역시 사용될 수 있다. 그러나, 부가적인 용매들의 양(중량으로)은 언제나 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매의 양보다 적다. 일부 특정 구현예에 있어서는, 오직 비-방향족 할로겐화 탄화수소 용매만 상기 반도체 조성물에 용매로서 포함된다.
구현예에 있어서, 화학식 Ⅰ의 상기 반도체 폴리머를 포함하는 상기 반도체 조성물은 약 2 내지 약 100 센티포이즈(cps), 또는 약 2 내지 약 20 cps를 포함하여, 약 1.5 cps 내지 약 1000 cps의 점도를 가질 수 있다.
상기 반도체 층은 당업계에 알려진 종래의 방법을 사용하여 전자 소자 내에 형성될 수 있다. 구현예에 있어서, 상기 반도체 층은 용액 증착 기술을 사용하여 형성된다. 대표적인 용액 증착 기술은 스핀 코팅, 블레이드 코팅, 로드 코팅, 딥 코팅, 스크린 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 스탬핑, 스텐실 프린팅, 스크린 프린팅, 그라비어 프린팅, 플렉소그래피 프린팅 등을 포함한다.
본 발명의 상기 반도체 조성물은 다양한 전자 소자, 예를 들어 박막 트랜지스터, 광전지 소자, 발광 다이오드, 발광 트랜지스터, 센서 등의 반도체 층을 형성하는데 유용하게 사용될 수 있다.
상기 반도체 조성물을 사용하여 형성된 상기 반도체 층은, 깊이에 있어서 약 20 내지 약 100 나노미터를 포함하여, 약 5 나노미터 내지 약 1000 나노미터 깊이일 수 있다. 일부 구성에 있어서, 도 1 및 4에 나타낸 구성과 같이, 상기 반도체 층은 소스 및 드레인 전극을 완전히 덮는다. 상기 반도체 채널 폭은, 예를 들면, 약 100 마이크로미터 내지 약 1 밀리미터인 구체적인 채널 폭을 갖는, 약 5 마이크로미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 상기 반도체 채널 길이는, 예를 들면, 약 5 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터인 더욱 구체적인 채널 길이를 갖는, 약 1 마이크로미터 내지 약 1 밀리미터일 수 있다.
TFT의 성능은 이동성에 의해 측정될 수 있다. 상기 이동성은 ㎝2/V·sec의 단위로 측정되고; 높은 이동성이 요구된다. 본 발명의 상기 반도체 조성물을 사용한 결과적인 TFT는 적어도 0.01 ㎝2/V·sec의 전계 효과 이동성를 가질 수 있다. 본 개시의 상기 TFT는 적어도 103의 전류 점멸비를 가질 수 있다.
박막 트랜지스터는 일반적으로 상기 반도체 층에 더하여 기판, 선택적으로는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 및 유전층을 포함한다.
상기 기판은 실리콘, 유리 플레이트, 플라스틱 필름 또는 시트를 포함하는 물질들로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구조적으로 유연한(flexible) 장치를 위하여, 예를 들면 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리이미드 시트 등과 같은, 플라스틱 기판이 바람직하다. 상기 기판의 두께는 특히 유연한 플라스틱 기판에 대해, 대표적인 두께로 약 50 내지 100 마이크로미터, 유리 또는 실리콘과 같은 리지드(rigid) 기판에 대해 약 0.5 내지 약 10 밀리미터인, 약 10 마이크로미터 내지 10 밀리미터 이상일 수 있다.
상기 유전층은 일반적으로 무기 재료 막, 유기 폴리머 막, 또는 유기-무기복합 막일 수 있다. 상기 유전층으로서 적절한 무기 재료의 예로는 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 티탄산바륨, 바륨 지르코늄 티타네이트 등이 포함된다. 적절한 유기 폴리머의 예로는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리(비닐 페놀), 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 에폭시 수지 등을 포함한다. 상기 유전층의 두께는 사용된 재료의 유전 상수에 따르고, 예를 들면, 약 10 나노미터 내지 약 500 나노미터일 수 있다. 상기 유전층은 예를 들면, 약 10-12 Siemens per centimeter(S/㎝) 이하의 전도도를 가질 수 있다. 상기 유전층은 상기 게이트 전극 형성에 기재된 방법들을 포함하는, 당업계에 알려진 종래 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유전층은 표면 개질제로 표면 개질될 수 있다. 구체적인 표면 개질제로는 헥사메틸디실라잔(HMDS), 옥틸트리클로로실란(OTS-8), 옥타데실트리클로로실란(ODTS-18) 및 페닐트리클로로실란(PTS)과 같은 유기실란을 포함한다. 상기 반도체 층은 이러한 개질된 유전층 표면과 직접적으로 접촉될 수 있다. 상기 접촉은 전체 또는 부분적일 수 있다. 이러한 표면 개질은 또한 상기 유전층 및 상기 반도체 층 사이에 계면 층 형성으로서 고려될 수 있다.
상기 게이트 전극은 전기 전도성 재료로 구성된다. 예를 들면 얇은 금속 막, 도전성 폴리머 막, 도전성 잉크 또는 페이스트로 제조된 도전성 막, 또는 고농도로 도핑된 실리콘과 같은 기판 자체일 수 있다. 게이트 전극 재료의 예로는 알루미늄, 금, 은, 크롬, 인듐 주석 산화물, 폴리스티렌 설포네이트 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PSS-PEDOT)과 같은 도전성 폴리머, 및 카본 블랙/흑연으로 구성된 도전성 잉크/페이스트를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 게이트 전극은 진공증발, 금속 또는 도전성 금속 산화물의 스터퍼링, 종래의 리소그래피 및 에칭, 화학 기상 증착, 스핀 코팅, 캐스팅 또는 프린팅, 또는 다른 증착 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 게이트 전극의 두께는 금속 막에 대해 예를 들면 약 10 내지 약 200 나노미터이고 도전성 폴리머에 대해 약 1 내지 약 10 마이크로미터의 범위이다. 소스 및 드레인 전극으로 사용하기 위해 적절한 전형적인 재료는 알루미늄, 금, 은, 크롬, 아연, 인듐과 같은 상기 게이트 전극 재료, 아연-갈륨 산화물, 인듐 주석 산화물. 인듐-안티모니 산화물과 같은 도전성 금속 산화물, 도전성 폴리머 및도전성 잉크를 포함한다. 소스 및 드레인 전극의 전형적인 두께는, 예를 들면, 더욱 구체적인 두께로 약 100 내지 약 400 나노미터를 포함하여, 약 40 나노미터 내지 약 1 마이크로미터이다.
소오스 및 드레인 전극으로 사용하기에 적합한 전형적인 재료는 금, 은, 니켈, 알루미늄, 백금, 도전성 폴리머, 및 도전성 잉크와 같은 게이트 전극 재료인 것들을 포함한다. 구체적인 구현예에서, 상기 전극 재료들은 상기 반도체에 낮은 콘택 저항을 제공한다. 소오스 및 드레인 전극의 전형적인 두께는 예를 들어, 약 40㎚ 내지 약 1㎛이고, 보다 구체적으로는 약 100 내지 약 400㎚이다.
예를 들어, 약 +10 볼트 내지 약 -80 볼트의 전압이 상기 게이트 전극에 인가될 경우, 상기 소스 전극은 접지되고, 예를 들면, 약 0 볼트 내지 약 80 볼트의 바이어스 전압이 상기 반도체 채널을 가로질러 운반되는 전하 운반체를 수집하기 위해 상기 드레인 전극에 인가된다. 상기 전극은 당업계에 알려진 종래의 방법을 사용하여 형성되거나 증착될 수 있다.
필요하다면, TFT의 전기적 특성을 저하시킬 수 있는 빛, 산소 및 수분 등과 같은, 환경적 조건으로부터 TFT를 보호하기 위해 상기 TFT의 상부에 장벽층이 증착될 수도 있다. 이러한 장벽층은 당업계에 알려져 있고 폴리머로 간단하게 구성될 수 있다.
상기 OTFT의 다양한 구성요소는 임의의 순서로 기판 위에 증착될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 상기 게이트 전극 및 상기 반도전성 층은 모두 상기 게이트 유전층과 접촉해야 한다. 더불어, 상기 소스 및 드레인 전극은 모두 상기 반도체 층과 접촉해야 한다. 상기 어구 "임의의 순서로"는 순차적 및 동시 형성을 포함한다. 예를 들면, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 동시에 또는 순차적으로 형성될 수 있다. 상기 용어 기판 "위에(on)" 또는 "상에(upon)"는 상기 기판이 바닥으로서 또는 그것의 상부에 있는 층 및 구성요소를 지지하는 것과 같은 상기 기판과 관련하여 다양한 층 및 구성요소가 그것의 상부에 있는 것을 나타낸다. 즉, 모든 구성요소는 비록 그들이 모두 상기 기판에 직접적으로 접촉하지 않는다 하더라도 상기 기판상에 있다. 예를 들면, 비록 하나의 층이 다른 층에 비해 상기 기판과 더 근접해 있더라도 상기 유전층 및 반도체 층은 모두 상기 기판상에 있다. 이렇게 얻은 TFT는 우수한 이동성 및 우수한 전류 점멸비를 갖는다.
10, 30, 50, 70 : TFT 12, 32, 52, 72 : 반도체 층
14, 34, 54, 74 : 게이트 유전층 16, 36, 56, 76 : 기판
18, 38 : 게이트 전극 20, 40, 60, 80 : 소스 전극
22, 42, 62, 82 : 드레인 전극

Claims (3)

  1. 화학식 I의 폴리머:
    [화학식 I]
    Figure pat00055

    상기 각 Y는 독립적으로 산소(O) 또는 N-R5이며, 각 R5는 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 또는 치환된 아릴이고;
    각 R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 NO2이고;
    k 및 m은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고;
    각 Ar은 독립적으로 에테닐, 에티닐, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 또는 치환된 헤테로아릴이고;
    x는 0 내지 8이며; 및
    n은 반복 단위의 개수이고 2 내지 5,000이다.
  2. 화학식 I의 폴리머를 포함하는 반도체 조성물:
    [화학식 I]
    Figure pat00056

    상기 각 Y는 독립적으로 산소(O) 또는 N-R5이며, 각 R5는 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 또는 치환된 아릴이고;
    각 R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 NO2이고;
    k 및 m은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고;
    각 Ar은 독립적으로 에테닐, 에티닐, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 또는 치환된 헤테로아릴이고;
    x는 0 내지 8이며; 및
    n은 반복 단위의 개수이고 2 내지 5,000이다.
  3. 화학식 I의 폴리머를 포함하는 반도체 층을 포함하는 전자 소자:
    [화학식 I]
    Figure pat00057

    상기 각 Y는 독립적으로 산소(O) 또는 N-R5이며, 각 R5는 독립적으로 수소, 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 또는 치환된 아릴이고;
    각 R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 치환된 알킬, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 치환된 헤테로아릴, 할로겐, 알콕시, 알킬티오, 트리알킬실릴, -CN, 또는 NO2이고;
    k 및 m은 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고;
    각 Ar은 독립적으로 에테닐, 에티닐, 아릴, 치환된 아릴, 헤테로아릴, 또는 치환된 헤테로아릴이고;
    x는 0 내지 8이며; 및
    n은 반복 단위의 개수이고 2 내지 5,000이다.
KR1020130008243A 2012-01-27 2013-01-24 디티오이소인디고계 폴리머 KR102002650B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/359,665 US8524121B2 (en) 2012-01-27 2012-01-27 Bi-indoline-dithione polymers
US13/359,665 2012-01-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130087423A true KR20130087423A (ko) 2013-08-06
KR102002650B1 KR102002650B1 (ko) 2019-07-23

Family

ID=48869464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130008243A KR102002650B1 (ko) 2012-01-27 2013-01-24 디티오이소인디고계 폴리머

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8524121B2 (ko)
KR (1) KR102002650B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230047082A (ko) * 2020-07-30 2023-04-06 호도가야 가가쿠 고교 가부시키가이샤 화합물, 광전 변환 소자용 정공 수송 재료, 정공 수송층, 및 그것을 사용한 광전 변환 소자 그리고 태양 전지

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960012873B1 (ko) * 1987-12-22 1996-09-25 훽스트 아크티엔게젤샤프트 안료 및 이의 용도
KR20010078722A (ko) * 1998-05-29 2001-08-21 아이젠 브란트 게르하르트 고리 의존형 키나제 억제용 약물의 제조를 위한인디고이드 비스인돌 유도체의 용도
KR20010112424A (ko) * 1999-04-12 2001-12-20 아이젠 브란트 게르하르트 인디고이드 비스인돌 유도체
KR20080042443A (ko) * 2006-11-10 2008-05-15 주식회사 엘지화학 π-확장 테트라티아풀발렌 화합물, 이를 이용한 유기 전자소자 및 이 유기 전자 소자를 포함하는 전자 장치
CN102596156A (zh) * 2009-09-02 2012-07-18 欧莱雅 包含疏水性染料、特定的无机和/或有机碱剂、特定的化合物 (i) 以及特定的有机化合物 (ii) 的组合物，以及其染色的用途
KR101900510B1 (ko) * 2012-01-27 2018-09-19 제록스 코포레이션 이소티오인디고계 폴리머

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960012873B1 (ko) * 1987-12-22 1996-09-25 훽스트 아크티엔게젤샤프트 안료 및 이의 용도
KR20010078722A (ko) * 1998-05-29 2001-08-21 아이젠 브란트 게르하르트 고리 의존형 키나제 억제용 약물의 제조를 위한인디고이드 비스인돌 유도체의 용도
KR20010112424A (ko) * 1999-04-12 2001-12-20 아이젠 브란트 게르하르트 인디고이드 비스인돌 유도체
KR20080042443A (ko) * 2006-11-10 2008-05-15 주식회사 엘지화학 π-확장 테트라티아풀발렌 화합물, 이를 이용한 유기 전자소자 및 이 유기 전자 소자를 포함하는 전자 장치
CN102596156A (zh) * 2009-09-02 2012-07-18 欧莱雅 包含疏水性染料、特定的无机和/或有机碱剂、特定的化合物 (i) 以及特定的有机化合物 (ii) 的组合物，以及其染色的用途
KR101900510B1 (ko) * 2012-01-27 2018-09-19 제록스 코포레이션 이소티오인디고계 폴리머

Also Published As

Publication number Publication date
US20130193380A1 (en) 2013-08-01
KR102002650B1 (ko) 2019-07-23
US8524121B2 (en) 2013-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI408154B (zh) 萘－醯亞胺半導體聚合物
JP5311936B2 (ja) ジケトピロロピロール系ポリマーおよびその形成方法
US8178873B2 (en) Solution processable organic semiconductors
US8742403B2 (en) Xanthene based semiconductor compositions
JP2009135422A (ja) 薄膜トランジスタおよびその形成方法
KR102090300B1 (ko) 방향족 복소환 화합물, 그 제조방법, 유기 반도체 재료 및 유기 반도체 디바이스
US9214258B2 (en) Semiconductor composites comprising carbon nanotubes and diketopyrrolopyrrole-thiophene based copolymers
CA2797308C (en) Semiconductor composition
US9761803B2 (en) Semiconductor composition
KR101376080B1 (ko) 폴리(알키닐티오펜) 및 이로부터 제조된 전자 디바이스
KR101900510B1 (ko) 이소티오인디고계 폴리머
US8809484B2 (en) Extended isoindigo polymers and semiconductor compositions
US20110079775A1 (en) Solution Processable Organic Semiconductors
KR101751548B1 (ko) 디티오케토피롤로피롤계 폴리머
KR102002650B1 (ko) 디티오이소인디고계 폴리머
KR102025390B1 (ko) 반도체 화합물
KR101831858B1 (ko) 반도체 조성물
Deng et al. A comparative study of bithiophene and thienothiophene based polymers for organic field-effect transistor applications
US8865861B2 (en) Pechmann dye based polymers and semiconductor compositions
US20140200322A1 (en) Processes for preparing diketopyrrolopyrrole copolymers

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant