TW201821430A - 芳香族化合物，及使用該芳香族化合物之有機半導體材料、薄膜形成用組成物、有機薄膜，及有機半導體裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有顯示優異載子移動率之半導體特性之新穎芳香族化合物、含有該芳香族化合物之有機半導體材料及薄膜形成用組成物、含有該化合物之有機薄膜、以及含有該有機薄膜之有機半導體裝置。
提供一種芳香族化合物，係下列通式(1)所表示之芳香族化合物：
Figure TW201821430A_A0001
(通式(1)中，R1及R2分別獨立地表示氫原子、可具有取代基之碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基或苯乙烯基，m表示1至6之整數，A表示氫原子、鹵素原子、3飽和烴基取代矽基、芳基、雜芳基、直接鍵結或具有芳香環或雜環之2至6價連結基)。

Description

芳香族化合物，及使用該芳香族化合物之有機半導體材料、薄膜形成用組成物、有機薄膜，及有機半導體裝置
本發明係關於新穎芳香族化合物及其用途。更詳細而言，本發明係關於可作為有機半導體等利用之新穎萘并[2,3-b]噻吩二醯亞胺衍生物，以及利用其之有機半導體材料、薄膜形成用組成物、有機薄膜及有機半導體裝置。
萘二醯亞胺(以下稱為「NDI」)係作為缺電子(受體性或n型半導體性)之有機半導體骨架而被廣泛使用之骨架。NDI可擴張其共軛而可開發為各種材料，已報告使用特定化合物所製作之n型半導體、p型半導體或兩性半導體，該特定化合物係將NDI骨架以單鍵連結並併入寡聚物或聚合物之共軛系。
近年來亦檢討於NDI骨架直接縮合有芳香環之π擴張NDI衍生物，專利文獻1及非專利文獻1至5中係合成將作為芳香環之苯環、吲哚環、二氰基取代噻吩環、噻唑環、吡嗪環等直接縮合於NDI骨架之化合物，並檢討作為低分子有機半導體。但是，該等化合物難以降低平面性及共軛的擴張，結果使用該等化合物之有機半導體裝置係無法獲得充分性能。
專利文獻2中檢討於NDI之萘骨架兩側擴張噻吩環之化合物，但該等化合物係適合高分子化之骨架，所例示之低分子化合物之半導體特性並不充分。
又，專利文獻3係報告在NDI之萘骨架單側擴張苯并噻吩骨架之化合物，但僅記載作為電子照片感光體利用之結晶化抑制劑，並無任何關於半導體特性之記載。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：中國專利申請公開第101885732號公報。
專利文獻2：國際公開第2014/178415號。
專利文獻3：日本專利第5887323號公報。
[非專利文獻]
非專利文獻1：Chemical Communications, 2011, 47, p.10112-10114。
非專利文獻2：Chemical Communications, 2011, 47, p.11504-11506。
非專利文獻3：Chemistry of Materials, 2011, 23(5), p.1204-1215。
非專利文獻4：Journal of Materials ChemistryC, 2013, 1, p.1087-1092。
非專利文獻5：Organic & Biomolecular Chemistry, 2012, 10, p.6455-6468。
本發明目的在於提供具有顯示優異載子移動率之半導體特性之新穎芳香族化合物、含有該芳香族化合物之有機半導體材料及薄膜形成用組成物、含有該化合物之有機薄膜、以及含有該有機薄膜之有機半導體裝置。
本案發明人等為了解決上述課題而努力地檢討，結果成功開發出新穎芳香族化合物，係發現該新穎芳香族化合物具有顯示優異的載子移動率之作為半導體之特性，可提供含有該化合物之有機半導體材料及薄膜形成用組成物、以及含有該化合物之有機薄膜及含有該有機薄膜之有機半導體裝置，從而完成本發明。
亦即，本發明係關於：
[1]一種芳香族化合物，係下列通式(1)所表示之芳香族化合物；
通式(1)中，R1及R2分別獨立地表示氫原子、碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基或苯乙烯基，上述碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基及苯乙烯基可具有取代基，m表示1至6之整數，m為1時，A表示氫原子、鹵素原子、3烴基取代矽基、芳基或雜芳基，m為2時，A表示直接鍵結或具有芳香環或雜環之2價連結基，m為3至6時，A表示具有芳香環或雜環之3至6價連結基，存在複數個R1時，該等複數個R1可互相相同或相異，存在複數個R2時，該等複數個R2可互相相同或相異。
[2]如前項[1]所記載之芳香族化合物，其中，m為2，A為直接鍵結。
[3]如前項[1]所記載之芳香族化合物，其中，m為2，A為具有芳香環或雜環之2價連結基。
[4]如前項[1]所記載之芳香族化合物，其中，m為3，A為具有芳香環或雜環之3價連結基。
[5]如前項[1]所記載之芳香族化合物，其中，m為4，A為具有芳香環或雜環之4價連結基。
[6]如前項[1]所記載之芳香族化合物，其中，m為6， A為具有芳香環或雜環之6價連結基。
[7]如前項[1]至[6]中任一項所記載之芳香族化合物，其中R1及R2為相同之碳數1至30之烷基。
[8]如前項[1]至[6]中任一項所記載之芳香族化合物，其中R1及R2為相同之碳數6至12之芳基。
[9]一種有機半導體材料，係含有前項[1]至[8]中任一項所記載之芳香族化合物。
[10]一種薄膜形成用組成物，係含有前項[1]至[8]中任一項所記載之芳香族化合物及有機溶媒。
[11]一種有機薄膜，係含有前項[1]至[8]中任一項所記載之芳香族化合物。
[12]一種有機半導體裝置，係含有前項[11]所記載之有機薄膜。
[13]如前項[12]所記載之有機半導體裝置，係有機光電轉換元件。
[14]如前項[12]所記載之有機半導體裝置，係有機薄膜電晶體。
藉由將含有本發明之通式(1)所示之新穎芳香族化合物之有機薄膜使用於有機半導體裝置之半導體層，相較於使用以往有機半導體材料，可提供具有高光電轉換性能及載子移動率等優異半導體特性之有機半導體裝置。再者，本發明芳香族化合物中，m為1且A為鹵素原子或3烴基取代矽基者，係僅在NDI骨架一邊縮合有噻吩 環之化合物，並且在噻吩環之α位具有反應性取代基，故可鍵結各種多價連結基，可利用作為製造本發明芳香族化合物中m為2以上之化合物之封端劑。
1‧‧‧源極
2‧‧‧半導體層
3‧‧‧汲極
4‧‧‧絕緣體層
5‧‧‧閘極
6‧‧‧基板
7‧‧‧保護層
8‧‧‧載體
10A至10F‧‧‧有機薄膜電晶體
11‧‧‧絕緣部
12‧‧‧上部電極
13‧‧‧光電轉換部
14‧‧‧下部電極
15‧‧‧基板
第1圖(a)至(f)係表示本發明有機半導體裝置之一之有機薄膜電晶體的一態樣之概略圖。
第2圖係表示本發明有機半導體裝置之一之有機光電轉換元件的一態樣之概略圖。
第3圖係表示使用本發明之式(23)所示之芳香族化合物之實施例16所得的有機薄膜電晶體之閘電壓-汲極電流特性(傳達特性)。
第4圖之圖表係表示實施例17所得之本發明有機光電轉換元件之電流密度-電壓特性。
第5圖之圖表係表示實施例18所得之本發明有機光電轉換元件之電流密度-電壓特性。
第6圖之圖表係表示實施例19所得之本發明有機光電轉換元件之電流密度-電壓特性。
〔芳香族化合物〕
本發明芳香族化合物係具有前述通式(1)所示結構。
通式(1)中，R1及R2表示氫原子、碳數1至30之飽和烴基(烷基或環烷基)、碳數1至30之氟飽和烴基(氟烷基或氟環烷基)、芳基或苯乙烯基。R1及R2所示之碳數1至30 之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基及苯乙烯基係可具有取代基。又，R1及R2可為相同或相異，但較佳為相同。存在複數個R1時(m為2以上時)，該等複數個R1可互相相同或相異，存在複數個R2時(m為2以上時)，該等複數個R2可互相相同或相異。
R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基只要為碳數1至30，則可為直鏈狀、支鏈狀或環狀任一者，並無限定，但較佳為分別獨立為直鏈狀或支鏈狀飽和烴基，亦即烷基。上述飽和烴基為直鏈狀時，較佳為碳數1至16，更佳為碳數1至12，更具體而言，較佳為甲基、乙基、己基、辛基、癸基或十一烷基等。上述飽和烴基為支鏈狀時，較佳為碳數6至30，更佳為碳數8至24，更具體而言，較佳為2-乙基己基、3-乙基庚基、4-乙基辛基、2-丁基辛基、3-丁基壬基、4-丁基癸基、2-己基癸基、3-辛基十一烷基、4-辛基十二烷基、2-辛基十二烷基、2-癸基十四烷基或1-己基庚基等。上述飽和烴基為環狀飽和烴基(環烷基)時，較佳為碳數5至10，更佳為碳數5或6，更具體而言，較佳為環戊基、環己基、環庚基、降莰基、雙環[2,2,2]辛基或金剛烷基等，更佳為環戊基或環己基。又，將通式(1)所示芳香族化合物溶解於有機溶媒使用時，上述飽和烴基較佳為支鏈狀飽和烴基。
R1及R2所示之可具有取代基的碳數1至30之飽和烴基並無特別限定，但可舉例如羥基、烷氧基、環烷氧基、胺基、氰基等。R1及R2所示之碳數1至30之飽 和烴基所具有的取代基數、取代基的取代位置並無特別限定。
R1及R2所示之碳數1至30之氟飽和烴基是指碳數1至30之飽和烴基所具有的氫原子之一部分或全部被氟原子取代之取代基。
作為R1及R2所示之碳數1至30之氟飽和烴基者只要為碳數1至30，則可為直鏈狀、支鏈狀或環狀任一者，並無特別限定，直鏈狀、支鏈狀及環狀各別較佳碳數係與上述R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基的較佳碳數相同。
作為R1及R2所示之碳數1至30之氟飽和烴基可具有之取代基者可舉出與R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基為相同者，取代基數及取代基取代位置亦與碳數1至30之飽和烴基時相同，並無特別限定。
R1及R2所示之芳基之碳數較佳為6至12。R1及R2所示之芳基之具體例可舉出苯基、萘基及聯苯基等，較佳為苯基。
作為R1及R2所示之芳基可具有之取代基者除了上述碳數1至30之飽和烴基以外，可舉出與R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基為相同者，取代基數及取代基取代位置亦與碳數1至30之飽和烴基之情形相同，並無特別限定，但較佳為飽和烴基。亦即，作為R1及R2所示之芳基者較佳為芳基或飽和烴取代芳基(烷基芳基或環烷基芳基)，更佳為苯基或飽和烴取代苯基(烷基苯基或環烷基苯基)。
作為R1及R2所示之苯乙烯基者可具有之取代基除了上述碳數1至30之飽和烴基以外，可舉出與R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基為相同者，取代基數及取代基取代位置亦與碳數1至30之飽和烴基時相同，並無特別限定，但較佳為飽和烴基。亦即，作為R1及R2所示之苯乙烯基者較佳為苯乙烯基或飽和烴取代苯基(烷基苯乙烯基或環烷基苯乙烯基)。
通式(1)中之R1及R2較佳為分別獨立為碳數1至30之飽和烴基，更佳為分別獨立為碳數1至16之直鏈狀飽和烴基或碳數6至30之支鏈狀飽和烴基，又更佳為分別獨立為碳數1至12之直鏈狀飽和烴基或碳數8至24之支鏈狀飽和烴基，特佳為兩者為相同之碳數1至12之直鏈狀飽和烴基或碳數8至24之支鏈狀飽和烴基。又，通式(1)中之R1及R2較佳為相同之碳數1至30之烷基或碳數6至12之芳基。
通式(1)中，m表示1至6之整數，m為1時，A表示氫原子、鹵素原子、3烴基取代矽基(以3個烴基取代之矽基，例如三烷基矽基)、芳基或雜芳基，m為2時，A表示直接鍵結或具有芳香環或雜環之2價連結基，m為3至6時，A表示具有芳香環或雜環之3至6價連結基。
m為1時，A所示之鹵素原子之具體例可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子，m為1時，A所示之鹵素原子較佳為溴原子或碘原子。屬於通式(1)中之A為鹵素原子之 芳香族化合物係可與具有可成為後述連結基之部分結構的化合物反應之芳香族化合物。
作為m為1時，A所示之3烴基取代矽基所具有之烴基者，較佳為飽和烴基，作為飽和烴基者通常為碳數1至10之飽和烴基，較佳為碳數1至6之飽和烴基。作為m為1時，A所示之3烴基取代矽基者，可舉出三甲基矽基、三乙基矽基、第三丁基二甲基矽基、三異丙基矽基、第三丁基二苯基矽基等。
作為m為1時，A所示之芳基者可舉出與R1及R2所示芳基為相同者。
m為1時，A所示之雜芳基是指環結構中至少含有1個硫原子、氧原子及氮原子等雜原子之芳基，其具體例可舉出：吡啶基、吡唑基、嘧啶基、喹啉基、異喹啉基、吡咯基、吡喃基、吡啶酮基、吲哚啉基、咪唑基、咔唑基、噻吩基、二噻吩基、三噻吩基、苯并噻吩基、噻吩并噻吩基、呋喃基、苯并呋喃基、蒽醌基、唑基及噻唑基等。
屬於m為2時且A為直接鍵結之化合物是指下述通式(2)所示之化合物。此外，通式(2)中的R1及R2表示與通式(1)中的R1及R2同義，且分別存在複數個R1及R2。
m為2至6且A不為直接鍵結時，A所示之具有芳香環或雜環之連結基價數係對應m所示之整數。亦即，m為2時，A所示之具有芳香環或雜環之連結基價數為2價，m為3時，A所示之具有芳香環或雜環之連結基價數為3價，m為4時，A所示之具有芳香環或雜環之連結基價數為4價，m為5時，A所示之具有芳香環或雜環之連結基價數為5價，m為6時，A所示之具有芳香環或雜環之連結基價數為6價。m較佳為2、3、4或6，因此連結基價數較佳為2、3、4或6。
下述記載2、3、4及6價連結基之具體例。
作為2價連結基者可列舉例如記載下述具體例之2價芳基及2價雜芳基。此等2價連結基係可具有作為R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基可具有取代基之例者所列舉之各種取代基等取代基。
A2-11、A2-18、A2-19、A2-23、A2-29、A2-30、A2-31、A2-32、A2-46、A2-47、A2-48、A2-49、A2-50、A2-51、A2-56、A2-58、A2-59之式中，R表示之氫原子、碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴、芳基或苯乙烯 基。R所示之碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基及苯乙烯基係可具有取代基。上述式中存在2個R時，2個R可互相相同或相異。
R所示之碳數1至30之飽和烴基只要為碳數1至30，則可為直鏈狀、支鏈狀或環狀任一者，並無特別限定，但較佳為分別獨立為直鏈狀或支鏈狀飽和烴基，亦即烷基。上述飽和烴基為直鏈狀時，較佳為碳數1至16，更佳為碳數1至12，更具體而言，較佳為甲基、乙基、己基、辛基、癸基或十一烷基等。上述飽和烴基為支鏈狀時，較佳為碳數6至30，更佳為碳數8至24，更具體而言，較佳為2-乙基己基、3-乙基庚基、4-乙基辛基、2-丁基辛基、3-丁基壬基、4-丁基癸基、2-己基癸基、3-辛基十一烷基、4-辛基十二烷基、2-辛基十二烷基、2-癸基十四烷基或1-己基庚基等。上述飽和烴基為環狀飽和烴基時，較佳為碳數5至10，更佳為碳數5或6，更具體而言，較佳為環戊基、環己基、環庚基、降莰基、雙環[2,2,2]辛基或金剛烷基等，更佳為環戊基或環己基。此外，將通式(1)所示之芳香族化合物溶解於有機溶媒使用時，上述飽和烴基較佳為支鏈狀飽和烴基。
R所示之碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基並無特別限定，但可舉例如羥基、烷氧基、環烷氧基、胺基、氰基等。R所示之碳數1至30之飽和烴基所具有取代基數及取代基取代位置並無特別限定。
R所示之碳數1至30之氟飽和烴基是指碳 數1至30之飽和烴基所具有的氫原子之一部分或全部被氟原子取代之取代基。
R所示之碳數1至30之氟飽和烴基只要為碳數1至30，則可為直鏈狀、支鏈狀或環狀任一者，並無特別限定，直鏈狀、支鏈狀及環狀各別之較佳碳數係與上述R所之示碳數1至30之飽和烴基中的較佳碳數相同。
R所示之碳數1至30之氟飽和烴基可具有之取代基可舉出與R所示之碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基為相同者，取代基數及取代基取代位置亦與碳數1至30之飽和烴基時相同，並無特別限定。
R所示之芳基之碳數較佳為6至12。R所示之芳基之具體例可舉出苯基、萘基及聯苯基等，較佳為苯基。
作為R所示之芳基可具有之取代基者除了上述碳數1至30之飽和烴基以外，可舉出與R所示之碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基為相同者，取代基數及取代基取代位置亦與碳數1至30之飽和烴基時相同，並無特別限定，但較佳為飽和烴基。亦即，R所示之芳基較佳為芳基或飽和烴取代芳基，更佳為苯基或飽和烴取代苯基。
作為R所示之苯乙烯基可具有之取代基者除了上述碳數1至30之飽和烴基以外，可舉出與R所示碳數1至30之飽和烴基可具有之取代基為相同者，取代基數及取代基取代位置亦與碳數1至30之飽和烴基時相同，並無特別限定，但較佳為飽和烴基。亦即，R所示之苯乙 烯基較佳為苯乙烯基或飽和烴取代苯基。
R較佳為碳數1至30之飽和烴基，更佳為碳數1至16之直鏈狀飽和烴基或碳數6至30之支鏈狀飽和烴基，又更佳為碳數1至12之直鏈狀飽和烴基或碳數8至24之支鏈狀飽和烴基。上述式中存在2個R時，特佳為2個R為相同之碳數1至12之直鏈狀飽和烴基或碳數8至24之支鏈狀飽和烴基。又，上述式中存在2個R時，2個R較佳為相同之碳數1至30之烷基或碳數6至12之芳基。
作為3價連結基者可舉例如下述連結基。此等3價連結基可具有作為R1及R2所示之碳數1至30之飽和烴基可具有取代基之例者所舉的各種取代基等取代基。
作為4價連結基者可舉例如下述連結基。該等4價連結基可具有作為R1及R2所示碳數1至30之飽和 烴基可具有取代基之例者所舉的各種取代基等取代基。
作為6價連結基者可舉出下述連結基。該等6價連結基可舉出作為R1及R2所示碳數1至30之飽和烴基可具有取代基之例者所舉的各種取代基等取代基。
又，本發明中，例如上述3價連結基所具有的三個鍵結處中的一個與具有通式(1)中括弧內所示之部分結構以外結構之取代基鍵結而成的連結基，係包括於A所示之2價連結基之範疇。上述4至6價連結基亦相同。
上述連結基之具體例中，作為2價連結基者較佳為A2-1、A2-2、A2-6、A2-7、A2-8、A2-10、A2-11、A2-12、A2-13、A2-15、A2-18、A2-25、A2-26、A2-27、A2-33、A2-35、A2-36、A2-37、A2-44、A2-45、A2-46、A2-47、A2-52、A2-57、A2-58、A2-59，作為3價連結基者較佳為A3-1、A3-3、A3-5、A3-7，作為4價連結基者較佳為A4-2、A4-3、A4-5、A4-6、A4-7、A4-9、A4-10、A4-13，作為6價連結基者較佳為A6-1，更佳為A2-1、A2-7、A2-11、A2-13、A2-18、A2-24、A2-25、A2-27、A2-35、A2-36、A2-37、A2-44、A2-57、A2-58、A2-59、A3-1、A3-5、A3-7、A4-2、A4-6、A4-9、A4-13、A6-1。
此外，m為2至6且A不為直接鍵結時，A所示之具有芳香環或雜環之2至6價連結基之範疇並不僅為上述具體例之連結基，亦包括例如在上述具體例連結基中的芳香環或雜環進一步鍵結有伸烷基等取代基之連結基等之，在 芳香環或雜環鍵結有取代基之連結基。
通式(1)所示之芳香族化合物例如可根據專利文獻2等所記載的公知方法用下述反應式所示之流程進行合成。此外，下述反應式中之R1、R2、A及m係與通式(1)中的R1、R2、A及m同義。
上述反應式之反應(I)可藉由使通式(3)所示之化合物與硫化物鹽反應而進行。藉此引起環化反應，在 通式(3)所示之化合物中在萘環單側縮合噻吩環，而獲得通式(4)所示之化合物。作為上述硫化物者鹽較佳為使用金屬硫化物，更佳為使用鹼金屬硫化物。上述鹼金屬硫化物可舉例如硫化鈉9水和物、硫化鈉5水和物、無水硫化鈉、硫氫化鈉水和物等。又，通式(3)所示之化合物中三甲基矽基(TMS)可變更為其他3烴基取代矽基，例如三乙基矽基、第三丁基二甲基矽基、三異丙基矽基、第三丁基二苯基矽基等。
上述反應式之反應(II)可藉由使通式(4)所示之化合物與溴化劑反應而進行。作為上述溴化劑者可例如使用溴。可使用其他鹵化劑取代溴化劑，例如碘或一氯化碘等碘化劑，此時係將通式(5)所示之化合物中的溴基取代為碘基而得到生成物。
上述反應式之反應(III)可藉由在鈀觸媒(例如四(三苯基膦)鈀)等遷移金屬觸媒的存在下，將通式(5)所示化合物與下述式所示之有機金屬化合物進行耦合反應而進行。
A(X)m
(式中，X表示三烷基錫基(例如三甲基錫基)、硼酸基、硼酸酯基(例如硼酸頻哪醇酯基)等含金屬基)。
上述反應式之脫矽基化反應(IV)可藉由將通式(4)所示之化合物與酸、鹼或氟化物反應而進行。上述氟化物例如使用四正丁基銨氟化物等。
上述反應式之反應(V)係藉由將通式(5)所 示之化合物在鈀觸媒(例如四(三苯基膦)鈀)等遷移金屬觸媒及雙(三甲基錫)等之類之三烷基錫化劑的存在下反應而進行。
將前述m為1且A為鹵素原子之通式(1)所示之芳香族化合物與m為1且A為芳基或雜芳基之通式(1)所示之芳香族化合物進行鈴木耦合(Suzuki-coupling)，藉此可獲得m為2且A為2價芳基或2價雜芳基之通式(1)所示之芳香族化合物。作為可與鹵素原子反應之芳基及雜芳基之具體例者可舉出苯基、聯苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、苯并芘基、茀基、茚基、吡啶基、吡唑基、嘧啶基、喹啉基、異喹啉基、吡咯基、吡喃基、吡啶酮基、吲哚啉基、咪唑基、咔唑基、噻吩基、二噻吩基、三噻吩基、苯并噻吩基、噻吩并噻吩基、呋喃基、苯并呋喃基、蒽醌基、唑基及噻唑基等，較佳為苯基、聯苯基、菲基、硫醯基、二噻吩基、茀基或吡唑基。該等可具有飽和烴基等上述取代基。
通式(1)所示之芳香族化合物之精製方法並無特別限定，可採用再結晶、管柱層析法及真空昇華精製等公知方法。又，因應所需可組合該等方法。
〔有機半導體材料〕
本發明之有機半導體材料係含有通式(1)所示之芳香族化合物。本發明之有機半導體材料係適合作為有機EL(電發光)元件、有機太陽電池元件、有機光電轉換元件及有機薄膜電晶體等有機半導體裝置之類之有機電子裝置之 有機薄膜材料使用。
〔薄膜形成用組成物〕
本發明之薄膜形成用組成物係含有通式(1)所示之芳香族化合物及有機溶媒，通常係將通式(1)所示之芳香族化合物或含有其之有機半導體材料溶解或分散於有機溶媒。有機溶媒可使用單一有機溶媒，也可混合複數種有機溶媒使用。
薄膜形成用組成物中，通式(1)所示之芳香族化合物之含量係因應有機溶媒種類或所製作之薄膜膜厚而異，但相對於有機溶媒100質量份通常為0.1至5質量份，較佳為0.3至5質量份。又，本發明之薄膜形成用組成物只要在上述溶媒溶解或分散通式(1)所示之芳香族化合物即可，但較佳為溶解通式(1)所示之芳香族化合物為均勻的溶液。
作為薄膜形成用組成物所使用之有機溶媒者亦可使用氯仿、二氯甲烷、氯苯、二氯苯、1,2,4-三氯苯等鹵素系有機溶媒，但較佳為非鹵素系有機溶媒。作為非鹵素系有機溶媒者較佳為使用苯、甲苯、二甲苯、均三甲苯、乙基苯、四氫萘、環己基苯等芳香族烴類；二乙基醚、四氫呋喃、苯甲醚、苯乙醚、丁基苯基醚等醚類；二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮等醯胺類；丙酮、甲基乙酮、甲基異丁酮、環戊酮、環己酮等酮類；乙腈、丙腈、苯甲腈等腈類；甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、環己醇等醇類；乙酸乙酯、乙酸丁酯、安息香酸乙酯、碳酸二 乙酯等酯類；己烷、辛烷、癸烷、環己烷、十氫萘等烴類等。
本發明之薄膜形成用組成物中，除了上述通式(1)所示之芳香族化合物及有機溶媒以外，以改善有機半導體裝置特性為目的、或以賦予必要吸收帶或其他特性為目的等，可因應所需含有其他添加劑。添加劑只要不會阻礙上述通式(1)所示之芳香族化合物作為半導體之功能，則無特別限制。作為其他添加劑，除了例如具有其他結構之半導體性材料、絕緣性材料以外，可舉出用以控制流變之界面活性劑、增黏劑、用以調整載體注入或載體量之摻雜物等。在不會阻礙組成物之安定性下，該等可為高分子或低分子。該等添加劑之含量係因其目的而異，故無法一概而論，但較佳為少於通式(1)所示芳香族化合物之含量。
〔有機薄膜〕
接著說明本發明之有機薄膜。可使用含有本發明之通式(1)所示之芳香族化合物之有機半導體材料製作有機薄膜。本發明之有機薄膜係含有至少1種類通式(1)所示之芳香族化合物之有機薄膜，也可為含有複數種類本發明之通式(1)所示之芳香族化合物之有機薄膜，也可為由本發明之通式(1)所示之芳香族化合物與其他功能性材料之混合物所構成之有機薄膜。上述功能性材料的例子可舉出低分子或高分子之p型、n型或非雙極(unbipolar)之半導體、絕緣性高分子、摻雜劑等，但可因應有機薄膜或使用該芳香族 化合物之有機半導體裝置之用途而適當地選擇。該有機薄膜之膜厚係其用途而異，但通常為1nm至10μm，較佳為5nm至3μm，更佳為10nm至1μm。
作為有機薄膜之形成方法可舉出蒸鍍法、濺鍍法等乾製程或各種溶液製程等，可因應通式(1)之溶解性、昇華性等物性而適當地選擇。溶液製程可舉例如旋轉塗佈法、滴鑄法、浸塗法、噴霧法、棒塗佈法、模塗佈法、狹縫塗佈法、筆塗法、簾式塗佈法、柔版印刷、凸版印刷法、膠印印刷法、乾膠印印刷法、平板印刷法、凹板印刷法、絲網印刷法、孔版印刷法、噴墨印刷法、微接觸印刷法等，進一步可舉出組合複數該等手法之方法。於上述溶液製程中，可使用在本發明之薄膜形成用組成物中溶解通式(1)所示芳香族化合物者。以乾製程形成有機薄膜時，較佳為以藉由電阻加熱法之蒸鍍法而形成有機薄膜，在溶液製程中較佳為以旋轉塗佈法、模塗佈法、狹縫塗佈法、膠印印刷法或噴墨法形成有機薄膜，以溶液製程形成有機薄膜時，較佳為在以上述各種溶液製程塗佈或印刷後，蒸發有機溶媒而形成有機薄膜。
形成有機薄膜時，被成膜面(有機薄膜被形成之表面)之表面能量及溫度等各種環境對於形成穩定薄膜係重要的，有時會因為該等而改變有機薄膜狀態及有機半導體裝置特性。例如，被成膜面之表面能量不適當時，會有在基板表面等被成膜面產生縮邊(crawling)等缺陷而無法形成連續膜等之不良情況。又，藉由形成有機薄膜時 之溫度或有機溶媒等之乾燥溫度、薄膜形成後之後處理(熱處理)溫度等，而可緩和形成薄膜時所產生有機薄膜中之應變、降低針孔等、控制有機薄膜中之配列、配向等，以此理由可試圖使用有機薄膜之有機半導體裝置特性的提高或安定化。該熱處理係藉由在形成有機薄膜後加熱基板而進行。熱處理之溫度無特別限制，但通常為室溫至約200℃，較佳為40至150℃，又更佳為50至120℃。此時熱處理時間無特別限制，但通常為10秒至24小時，較佳為約30秒至3小時。此時環境可為大氣中，但亦可為氮、氬等惰性環境下。又，可藉由溶媒蒸氣而控制有機薄膜之形狀等。
〔有機半導體裝置〕
接著說明本發明之有機半導體裝置。本發明之有機半導體裝置係含有有機薄膜作為有機半導體層，該有機薄膜含有至少1種類上述通式(1)所示之芳香族化合物。上述有機半導體裝置可舉例如有機薄膜電晶體、有機EL元件(例如彩色有機EL裝置)、有機光電轉換元件、二極體、電容器等各種裝置。
本發明有機半導體裝置係使用通式(1)所示之芳香族化合物作為有機半導體材料，故可以較低溫的製程來製造。因此，可將暴露於高溫條件下無法使用之塑膠板、塑膠膜等可撓性材質之基板作為構成有機半導體裝置之基板使用。其結果可製造輕量、柔軟性優異且不易損壞之有機半導體裝置。
〔有機薄膜電晶體〕
接著說明作為本發明有機半導體裝置一形態之有機薄膜電晶體。有機薄膜電晶體係具有連接於由有機薄膜所構成之半導體層之2個電極(源極及汲極)，並以施加於稱為閘極之另一個電極之電壓，而控制其電極間所流通之電流。
一般常使用閘極以絕緣膜絕緣之結構(Metal-Insulator-Semiconductor；MIS結構)作為有機薄膜電晶體。MIS結構中，絕緣膜使用金屬氧化膜者係稱為MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)結構。薄膜電晶體之其他結構亦有對半導體薄膜透過肖特基能障形成閘極之結構(亦即MES結構)，但有機薄膜電晶體之情形常使用MIS結構。
以下使用第1圖所示之有機薄膜電晶體之數個態樣例來更詳細地說明有機薄膜電晶體，但本發明並不限定於該等結構。
第1圖(a)至(f)所示之各態樣例之有機薄膜電晶體10A至10F係具備源極1、半導體層2、汲極3、絕緣體層4及閘極5，有機薄膜電晶體10A至10D及10F係進一步具備有基板6。又，各層及電極之配置可因應有機薄膜電晶體之用途而適當地選擇。有機薄膜電晶體10A至10D及10F係在與基板6平行之方向流通電流，故稱為橫型電晶體。有機薄膜電晶體10A係在基板6上設置閘極5，在閘極5上隔著絕緣體層4而設置源極1及汲極3，進一步於其上形成半導體層2，而稱為底接觸底閘極結構。有機薄膜電晶體10B係在基板6上設置閘極5，在閘極5上隔著絕緣體層4而設置半導體層2，進一步於其上形成源 極1及汲極3，而稱為頂接觸底閘極結構。又，有機薄膜電晶體10C係於基板6上設置半導體層2，於半導體層2上設置源極1及汲極3，進一步於其上隔著絕緣體層4而形成閘極5，而稱為頂接觸頂閘極結構。有機薄膜電晶體10D係於基板6設置上閘極5，於閘極5上隔著絕緣體層4而設置源極1，進一步於其上形成半導體層2，於半導體層2上形成汲極3，係稱為頂&底接觸底閘極型電晶體之結構。有機薄膜電晶體10F係於基板6上設置源極1及汲極3，進一步於其上設置半導體層2，於半導體層2之上隔著絕緣體層4而形成閘極5，係底接觸頂閘極結構。
有機薄膜電晶體10E係具有縱型結構之電晶體，亦即靜電感應電晶體(SIT)。該SIT之電流流動為平面狀擴展，故可一次移動大量的載體8。又，SIT係縱向配置有源極1及汲極3，故可縮小電極間距離，因此回應快速。因此，SIT較佳可適用於流通大電流並進行高速開關等用途。又，第1圖(e)中雖未記載基板，但通常在第1圖(e)中源極1或汲極3之外側設置基板。本發明之有機薄膜可作為第1圖中之半導體層2利用。
〔有機光電轉換元件〕
接著說明本發明有機半導體裝置其他形態之有機光電轉換元件。有機光電轉換元件係在上部電極及下部電極之相對向兩個電極間配置以有機薄膜所構成之光電轉換膜，而作為光電轉換部，光由一或兩個電極上方入射至光電轉換部。該光電轉換部係因應入射光量而產生電子及電洞。 有機光電轉換元件其例可舉出：太陽電池元件，係輸送光電轉換部所產生之電子及電洞，並以電極採集，藉此利用作為電動勢；及影像感測器，係藉由半導體讀取對應前述光電轉換部之電荷之訊號，並將對應光電轉換部之吸收波長之入射光量利用顯示上述訊號而實現感光。
第2圖表示有機光電轉換元件之態樣例。
第2圖之態樣例之有機光電轉換元件係具備：基板15、形成於基板15上之下部電極14、形成於下部電極14上之光電轉換部13、形成於光電轉換部13上之上部電極12、形成於上部電極12上之絕緣部11。有機光電轉換元件之入射光只要不是會因有機光電轉換元件中的光電轉換部13以外的構成要件而極度阻礙在光電轉換部13之吸收波長者，則可為由有機光電轉換元件之上方及下方任一方向之入射光。光電轉換部13多包括光電轉換層、電子輸送層、電洞輸送層、電子阻擋層、電洞阻擋層等複數層，但並不限定於此。作為構成光電轉換部13之光電轉換層、電子輸送層、電洞輸送層、電子阻擋層、電洞阻擋層等層，可使用以p型有機半導體所構成之薄膜、以n型有機半導體所構成之薄膜、或該等有機半導體之混合薄膜(塊材異質(bulk-hetero)結構)，並以各別、單一或複數薄膜而形成。本發明之有機薄膜主要可利用作為第2圖中之光電轉換部13。
(實施例)
以下藉由合成通式(1)所示之芳香族化合物 之實施例等而更詳細地說明本發明，但本發明並不限定於該等例。
以下實施例操作中，在惰性氣體下之反應或測定中係使用無水蒸餾溶媒，在其他反應或操作中係使用市售一級或特級溶媒。又，必要時試藥係在無水蒸餾等精製後用於反應，其他係將市售一級或特級試藥直接用於反應。
以下實施例所合成之芳香族化合物之質子核磁共振光譜(以下稱為「1H-NMR」)測定係藉由使用核磁共振裝置(型式「LAMBDA 400」，日本電子股份有限公司製)測定化學位移σ之值(ppm)等而進行。
〔實施例1〕(下述式(11)所示之本發明芳香族化合物之合成)
在氮環境下、內容量1L之茄型燒瓶中添加N,N’-二辛基-2-[2-(三甲基矽基)乙炔基1-1,4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺(4mmol)、硫化鈉9水和物(24mmol)、乙酸(8mL)、及2-甲氧基乙醇(400mL)，以60℃攪拌12小時。將冷卻至室溫之反應液注入於水(400mL)，濾取析出之固體。以水洗淨所濾取之固體，進一步以甲醇洗淨，使用二氧化矽凝膠管柱層析法精製，藉此獲得橙色固體之下述式(11)所示芳香族化合物。
以產率65%獲得之式(11)所示芳香族化合物。
式(11)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=8.93(s,1H),8.63(s,2H),4.23-4.17(m,4H),1.80-1.72(m,4H),1.47-1.24(m,20H),0.89-0.86(m,6H),0.54(s,9H)
〔實施例2〕(下述式(12)所示之本發明芳香族化合物之合成)
除了使用N,N’-雙(2-乙基己基)-2-[2-(三甲基矽基)乙炔基]-1,4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺(4mmol)取代N,N’-二辛基-2-[2-(三甲基矽基)乙炔基]-1,4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺(4mmol)以外，進行與實施例1相同之處理，藉此獲得下述式(12)所示芳香族化合物。
以產率56%獲得式(12)所示之芳香族化合物。
式(12)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=8.95(s,1H),8.67(s,2H),4.22-4.10(m,4H),2.04-1.92(m,2H),1.43-1.24(m,16H),0.96-0.86(m,12H),0.54(s,9H)
〔實施例3〕(下述式(13)所示之本發明芳香族化合物之合成)
在氮環境下、內容量300mL之茄型燒瓶加入實施例1所得式(11)所示之芳香族化合物(1.6mmol)、乙酸(1.2mL)及四氫呋喃(120mL)，冷卻至0℃。於反應液加入四正丁基銨氟化物(約1.0mol/L四氫呋喃溶液，16mL)，升溫至室溫並攪拌3小時。以甲醇(120mL)稀釋反應液，濾取析出之固體。以甲醇洗淨所濾取之固體，以二氧化矽凝膠管柱層析法精製，藉此獲得橙色固體之下述式(13)所示芳香族化合物。
以產率90%獲得式(13)所示之芳香族化合物。
式(13)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=8.96(d,1H),8.84(s,2H),8.16(d,1H)4.29-4.24(m,4H),1.82-1.75(m,4H),1.48-1.29(m,20H),0.89-0.86(m,6H)
〔實施例4〕(下述式(14)所示之本發明芳香族化合物之合成)
在氮環境下、內容量100mL之茄型燒瓶加入實施例1所得式(11)所示之芳香族化合物(1.6mmol)、溴(0.4mL)、及二氯甲烷(40mL)，於40℃攪拌15小時。於反應液加入亞硫酸氫鈉水溶液，以二氯甲烷萃取有機層。蒸餾乾固所萃取之有機層後，以二氧化矽凝膠管柱層析法精製所得之固體，藉此獲得橙色固體之下述式(14)所示之芳香族化合物。
以產率76%獲得式(14)所示之芳香族化合物。
式(14)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=8.64(s,2H),8.58(s,1H),4.15-4.10(m,4H),1.77-1.69(m,4H),1.46-1.28(m,20H),0.89-0.86(m,6H)
〔實施例5〕(下述式(15)所示本發明芳香族化合物之合成)
除了使用實施例2所得式(12)所示之芳香族化合物取代實施例1所得式(11)所示之芳香族化合物以外，進行與實施例4相同之處理，藉此獲得下述式(15)所示之芳香族化合物。
以產率64%獲得式(15)所示之芳香族化合物。
式(15)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=8.88(s,2H),8.78(s,1H),4.22-4.11(m,4H),2.02-1.90(m,2H),1.43-1.31(m,16H),0.97-0.87(m,12H)
〔實施例6〕(下述式(16)所示之本發明芳香族化合物之合成)
在氮環境下、內容量50mL之茄型燒瓶加入實施例5所得式(15)所示之芳香族化合物(0.18mmol)、1,3,5-三(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)苯(21mg)、四(三苯基膦)鈀(8mg)、碳酸鈉水溶液(2mol/L、0.75mL)、及1,4-二烷(10mL)並攪拌，加熱迴流36小時。將冷卻至室溫之反應液注入於水(100mL)，濾取析出之固體。以水、甲醇洗淨所濾取之固體，使用二氧化矽凝膠管柱層析法精製，藉此獲得橙色固體之下述式(16)所示之芳香族化合物。
以產率58%獲得式(16)所示之芳香族化合物。
式(16)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=9.22(s,3H),8.57(d,3H),8.53(d,3H),8.35(s,3H),4.34-4.17(m,12H),2.19-2.07(m,6H),1.48-1.29(m,48H),1.00-0.83(m,36H)
〔實施例7〕(下述式(17)所示之本發明芳香族化合物之合成)
除了使用實施例4所得式(14)所示之芳香族化合物取代實施例5所得式(15)所示之芳香族化合物，使用N,N’-雙(3-癸基十五烷基)-2,6-雙(三甲基錫烷基)萘并[2,3-b：6,7-b’]二噻吩-4,5,9,10-二醯亞胺(120mg)取代1,3,5-三(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)苯(21mg)以外，進行與實施例6相同之處理，藉此獲得下述式(17)所示之芳香族化合物。
以產率76%獲得式(17)所示之芳香族化合物。
式(17)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果 如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=9.40(s,2H),9.30(s,2H),8.41(s,4H),4.64(t,J=7.2Hz,4H),4.37-4.32(m,8H),2.13(brs,4H),1.97(m,4H),1.79-1.02(m,124H),0.86(t,J=7.2Hz,12H),0.78(m,12H)
〔實施例8〕(下述式(18)所示之本發明芳香族化合物之合成)
除了使用實施例5所得式(15)所示之芳香族化合物取代實施例4所得式(14)所示之芳香族化合物以外，進行與實施例7相同之處理，藉此獲得下述式(18)所示之芳香族化合物。
以產率52%獲得式(18)所示之芳香族化合物。
式(18)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=9.39(s,2H),9.33(s,2H),8.45(s,4H),4.60(t,J=7.2Hz,4H),4.35-4.29(m,8H),2.17(brs, 4H),2.09(q,J=7.2Hz,4H),1.74-0.97(m,124H),0.88(t,J=7.2Hz,12H),0.77(t,J=7.2Hz,12H)
〔實施例9〕(下述式(19)所示之本發明芳香族化合物之合成)
除了使用雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)-9,9-二正辛基茀(58mg)取代1,3,5-三(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)苯(21mg)以外，進行與實施例6相同之處理，藉此獲得下述式(19)所示之芳香族化合物。
以產率56%獲得式(19)所示之芳香族化合物。
式(19)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=9.29(s,2H),8.82-8.77(dd,4H),8.11(d,2H),7.99(s,2H),7.91(d,2H),4.34-4.17(m,8H),2.23(m,4H),2.06(d,4H),1.54-1.43(m,30H),1.22-1.05(m,24H),0.97(t,12H),0.89(t,12H),0.71(m,8H)
〔實施例10〕(下述式(20)所示之本發明芳 香族化合物之合成)
除了使用9-(9-十七烷基)-2,7-雙(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)咔唑(59mg)取代1,3,5-三(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)苯(21mg)以外，進行與實施例6相同之處理，藉此獲得下述式(20)所示之芳香族化合物。
以產率42%獲得式(20)所示之芳香族化合物。
式(20)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=9.28(s,2H),8.81-8.76(m,4H),8.21-7.94(m,6H),4.81(m,1H)4.26(m,8H),2.52(m,2H),2.31-2.01(m,6H),1.53-1.34(m,32H),1.22-1.05(m,24H),0.97-0.89(m,28H),0.89(m,6H)
〔實施例11〕(下述式(21)所示之本發明芳香族化合物之合成)
除了使用四(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二硼烷-2-基)-9,9’-螺雙[9H-茀](36mg)取代1,3,5-三(4,4,5,5-四甲基-1,3,2- 二硼烷-2-基)苯(21mg)以外，進行與實施例6相同之處理，藉此獲得下述式(21)所示之芳香族化合物。
以產率59%獲得式(21)所示之芳香族化合物。
式(21)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ=9.15-9.10(m,4H),8.74-8.71(m,8H),8.30-7.98(m,12H),7.47-7.38(m,2H),4.16(m,16H),1.96(m,8H),1.53-1.25(m,64H),0.91-0.82(m,48H)
〔實施例12〕(下述式(22)所示之本發明芳香族化合物之合成)
在氮環境下、內容量50mL之茄型燒瓶加入實施例4所得式(14)所示之芳香族化合物(0.15mmol)、雙(三甲基錫)(26mg)、四(三苯基膦)鈀(18mg)、及甲苯(20mL)，加熱至105℃並攪拌10小時。將反應液冷卻至室溫，濾取析出之固 體。將所濾取之固體藉由鄰二氯苯再結晶，藉此獲得紅色固體之下述式(22)所示芳香族化合物。
以產率73%獲得式(22)所示之芳香族化合物。
式(22)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz，鄰二氯苯-d4)δ=9.53(s,2H),8.65(s,4H),4.34-4.17(m,8H),1.97-1.94(m,8H),1.57-1.30(m,40H),1.00-0.88(m,12H)
〔實施例13〕(下述式(23)所示本發明芳香族化合物之合成)
除了使用實施例5所得式(15)所示之芳香族化合物取代實施例4所得式(14)所示之芳香族化合物以外，進行與實施例12相同之處理，藉此獲得下述式(23)所示之芳香族化合物。
以產率74%獲得式(23)所示之芳香族化合物。
式(23)所示之芳香族化合物之核磁共振光譜測定結果如下。
1H-NMR(400MHz，鄰二氯苯-d4)δ=9.51(s,2H),8.64(s,4H),4.35-4.25(m,8H),2.19-2.12(m,4H),1.54-1.32(m,32H),1.02-0.86(m,24H)
〔實施例14〕(有機薄膜電晶體之製作)
本實施例中係製作第1圖(b)所示之頂接觸底閘極結構之有機薄膜電晶體。首先使用實施例7所得式(17)所示之芳香族化合物之1,2,4-三氯苯溶液，對於附有SiO2熱氧化膜(絕緣體層4)之n摻雜矽晶圓(閘極5及基板6)，以旋轉塗佈法在SiO2熱氧化膜上製作有機薄膜(半導體層2)。
接著在前述所得有機薄膜上使用遮光罩真空蒸鍍Au，藉此製作源極1及汲極3。如此所得之有機薄膜電晶體之通道尺寸係通道長度40μm、通道寬度1.5mm。
〔實施例15〕(有機薄膜電晶體之製作)
除了使用實施例12所得式(22)所示之芳香族化合物取 代式(17)所示之芳香族化合物以外，進行與實施例14相同之處理，藉此獲得有機薄膜電晶體。
〔實施例16〕(有機薄膜電晶體之製作)
除了使用實施例13所得式(23)所示之芳香族化合物取代式(17)所示之芳香族化合物以外，進行與實施例14相同之處理，藉此獲得有機薄膜電晶體。
〔有機薄膜電晶體之特性評估〕
在對閘極5施加電位狀態下並於源極1與汲極3間施加電位時，有機薄膜電晶體之性能係依存於源極1與汲極3間流動之電流值(源極/汲極電流值)。藉由測定該電流值可決定電晶體特性之載子移動率。對作為絕緣體層4之SiO2熱氧化膜施加閘場之結果，可由表現半導體層2中所產生載體種之電特性之下述式(a)而計算載子移動率。
Id=Z×μ×Ci(Vg-Vt)2/2L．．．(a)
在此，Id係飽和源極/汲極電流值(A)、Z係通道寬度(m)、Ci係絕緣體層4之電容量(F)、Vg係閘電位(V)、Vt係臨界電位(V)、L係通道長度(m)、μ係所決定載子移動率(cm2/Vs)。Ci係所使用SiO2熱氧化膜之介電係數、Z及L係由有機薄膜電晶體之裝置結構而決定，Id及Vg係在測定有機薄膜電晶體之電流值時決定，Vt可由Id及Vg而求。於式(a)帶入各值，藉此可計算個別閘電位之載子移動率。使用Keithley Instruments公司製4200型半導體參數分析儀，在源極1與汲極3間施加汲極電壓Vd=40V，而進行有機薄膜電晶體之特性評估。
以上述方法評估上述實施例14至16所得有機薄膜電晶體之特性。第3圖係表示使用式(23)所示芳香族化合物之實施例16所得有機薄膜電晶體之傳達特性，表1係表示實施例14至16所得有機薄膜電晶體之特性評估結果。
〔實施例17〕(有機薄膜太陽電池元件之製作及特性評估)
使用實施例9所得式(19)所示之芳香族化合物，而製作由第2圖所示之有機光電轉換元件省去絕緣部11結構之有機光電轉換元件一形態之有機薄膜太陽電池元件。具體而言，首先準備作為負極而圖案化ITO膜(下部電極14)之玻璃基板(基板15)。充分洗淨該玻璃基板後，對玻璃基板實施UV臭氧處理。接著，將0.5M乙酸鋅(II)二水和物與乙醇胺溶於2-甲氧基乙醇而形成0.5M溶液，在設置有ITO膜側之玻璃基板表面將上述溶液以3000rpm旋轉塗佈30秒，藉此進行塗佈。以200℃將所得玻璃基板加熱30分鐘， 藉此形成作為電子輸送層或電子取出層之ZnO膜(光電轉換部13之一部分)。
將成膜之ZnO膜之玻璃基板放入手套箱內，使用以1：1質量比含有實施例9所得式(19)所示之芳香族化合物及下述式(24)所示之化合物兩者之氯苯溶液，以旋轉塗佈在ZnO膜表面形成厚度100nm之光電轉換層(光活性層)(光電轉換部13之其他部分)。其後，在光電轉換層的表面成膜作為電洞輸送層或電洞取出層之MoO3膜(光電轉換部13之另一其他部分)。MoO3膜之厚度為7.5nm。接著，在MoO3膜表面藉由電阻加熱型真空蒸鍍法而成膜Ag，形成作為正極之Ag膜(上部電極12)。Ag膜之厚度為100nm。藉由以上步驟獲得本發明有機光電轉換元件(1)。有機光電轉換元件(1)之大小為4mm正方形。
使用太陽光模擬器(型式：XES-40S1，三永電機製作所股份有限公司製，AM1.5G過濾器，放射照度100mW/cm2)，對上述所得有機光電轉換元件(1)照射固定之光，測定所產生電流及電壓。測定結果示於第4圖。由第 4圖結果可得短路電流密度Jsc(mA/cm2)、開放電壓Voc(V)、形狀因數FF。又，由Jsc、Voc、及FF根據下述式(b)而計算光電轉換效率η。所得結果示於表2。
η=(Jsc×Voc×FF)/100．．．(b)
〔實施例18〕(有機薄膜太陽電池元件之製作及特性評估)
除了使用實施例11所得式(21)所示之芳香族化合物取代實施例9所得式(19)所示之芳香族化合物，且使光電轉換層之厚度為100nm以外，以與實施例17相同方式製作本發明有機光電轉換元件(2)。以與實施例17相同方式測定所得有機光電轉換元件(2)之電流密度-電壓特性。測定結果示於第5圖。由第5圖之結果獲得Jsc、Voc、FF及η。所得結果示於表2。
〔實施例19〕(有機薄膜太陽電池元件之製作及特性評估)
除了使用下述式(25)所示之化合物取代式(24)所示之化合物，並使氯苯溶液中質量比為式(21)所示之芳香族化合物：式(25)所示之化合物=4：5以外，以與實施例18相同方式製作本發明有機光電轉換元件(3)。以與實施例18相同方式測定所得有機光電轉換元件(3)之電流密度-電壓特性。測定結果示於第6圖。由第6圖之結果獲得Jsc、Voc、FF及η。所得結果示於表2。
由上述可知，使用含有本發明之通式(1)所示之芳香族化合物之有機薄膜之有機半導體裝置，係具有有機薄膜電晶體及有機光電轉換元件之優異特性。如上述可知，藉由本發明可製作高性能之有機半導體裝置，藉此可擴大可所使用製程或應用範圍等，產業價值非常高。
[產業上之可利用性]
有關於本發明芳香族化合物，含有其之有機薄膜係具有N型電晶體特性及光電轉換特性之優異性能，可期待作為有機薄膜電晶體而應用於記憶體電路裝置、訊號驅動器電路裝置、訊號處理電路裝置等數位裝置，也可期待作為有機光電轉換元件而應用於有機太陽電池元件、有機影像感測器、光感應器或光子計數器等裝置，或 使利用該等之太陽電池、相機、攝影機、紅外線相機等裝置。
本發明在不脫離其精神或主要特徵下可以其他各種形態實施。因此，以各方面而言上述實施例僅為例示，不應以此限定解釋。本發明範圍係申請專利範圍所示，並不侷限於說明書本文。又，與申請專利範圍屬均等範圍之變形及變更皆包括於本發明範圍。
又，本申請係根據2016年7月12日於日本申請之專利申請日本特願2016-137822而主張優先權。本說明書所引用所有刊物、專利、及專利申請(包括上述日本專利申請)之內容係直接參照而包括於本說明書中。

Claims (14)

  1. 一種芳香族化合物，係下列通式(1)所表示之芳香族化合物： 通式(1)中，R 1及R 2分別獨立地表示氫原子、碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基或苯乙烯基，上述碳數1至30之飽和烴基、碳數1至30之氟飽和烴基、芳基及苯乙烯基可具有取代基，m表示1至6之整數，m為1時，A表示氫原子、鹵素原子、3烴基取代矽基、芳基或雜芳基，m為2時，A表示直接鍵結或具有芳香環或雜環之2價連結基，m為3至6時，A表示具有芳香環或雜環之3至6價連結基，存在複數個R 1時，該等複數個R 1可互相相同或相異，存在複數個R 2時，該等複數個R 2可互相相同或相異。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之芳香族化合物，其中，m為2，A為直接鍵結。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之芳香族化合物，其中，m為2，A為具有芳香環或雜環之2價連結基。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之芳香族化合物，其中，m為3，A為具有芳香環或雜環之3價連結基。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之芳香族化合物，其中，m為4，A為具有芳香環或雜環之4價連結基。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之芳香族化合物，其中，m為6，A為具有芳香環或雜環之6價連結基。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之芳香族化合物，其中，R 1及R 2為相同之碳數1至30之烷基。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之芳香族化合物，其中，R 1及R 2為相同之碳數6至12之芳基。
  9. 一種有機半導體材料，係含有申請專利範圍第1至8項中任一項所述之芳香族化合物。
  10. 一種薄膜形成用組成物，係含有申請專利範圍第1至8項中任一項所述之芳香族化合物、及有機溶媒。
  11. 一種有機薄膜，係含有如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之芳香族化合物。
  12. 一種有機半導體裝置，係含有申請專利範圍第11項所述之有機薄膜。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之有機半導體裝置，係有機光電轉換元件。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之有機半導體裝置，係有機薄膜電晶體。
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