TW202334996A - 樹脂、絕緣膜及包含此之有機場效電晶體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種樹脂,藉由將其用作有機場效電晶體裝置的閘極絕緣膜層,可以製作出具有優異的偏壓應力耐性的有機場效電晶體裝置元件。一種樹脂,包含由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其中由式(2)所表示的重複單元具有的HOMO能階為-6.4eV以下,相對於由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的總數,包含20莫耳%以上的由式(2)所表示的重複單元。
Description
本揭示是有關於提供一種樹脂,藉由將其用作有機場效電晶體裝置的閘極絕緣膜層,具有優異的偏壓應力耐性的有機場效電晶體裝置元件。
有機場效電晶體裝置可以藉由使用包含有機材料的溶液的塗佈、印刷法等的成膜來製作元件,因為具有在大面積的基板上以低成本製造多個元件的可能性,因此備受關注。
作為有機場效電晶體裝置中所使用的高分子介電層(絕緣膜層),使用光交聯性聚合物的技術已被公開(例如,參照專利文獻1),其是藉由弗裡德爾-克拉夫特(Friedel Crafts)-醯化反應,將具有光交聯性基團的化合物引入聚苯乙烯、聚-α-甲基苯乙烯等芳香族乙烯基聚合物中。
近年來,從有機場效電晶體裝置的可靠性、安定性等的觀點考慮,期望高分子介電層具有優異的偏壓應力耐性。一般來說,已知有機場效電晶體裝置的閾值電壓藉由施加長時間恆定的偏壓而變化,偏壓應力對閾值電壓的變化量較佳為2V以下。作為變化的原因,雖然考慮到從因大氣而氧化、水分等的環境因素,到有機半導體的結晶結構、缺陷等的因素等之各種原因,主要因素之一被認為是載子陷阱(carrier trap),其是形成在半導體層中的載子被高分子介電層(絕緣膜層)捕捉(例如,參照非專利文獻1)。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2018-154814號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1] 高級材料雜誌(Advanced Materials magazine),第26卷,第1660頁(2014年)
[發明所欲解决的問題]
經由本發明者等的研究,相較於專利文獻1中記載作為閘極絕緣膜層的有機場效電晶體裝置元件之樹脂的偏壓應力耐性,近年來要求更高的偏壓應力耐性。
本揭示有鑑於上述問題,其目的在於提供一種樹脂,藉由將其用作有機場效電晶體裝置的閘極絕緣膜層,可以製作出具有優異的偏壓應力耐性的有機場效電晶體裝置元件。
[用以解決問題的手段]
本發明者等為解決上述問題致力研究,結果發現,藉由使樹脂(絕緣膜層)HOMO能階變深,有機半導體層中產生的載子被樹脂捕捉時的能量障壁變大,其結果,載子陷阱受到抑制,有效提高移動率、偏壓應力耐性,進而完成本揭示之特定的樹脂於絕緣膜中所要求的移動率,並發現其具有優異的偏壓應力耐性。
亦即,本揭示旨在具有以下要點。
[1] 一種樹脂,其為包含由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元之樹脂,其中由式(2)所表示的重複單元具有的HOMO能階為-6.4eV以下,相對於由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的總數,包含20莫耳%以上的由式(2)所表示的重複單元。
[化1]
(1)
(式(1)中,R
1表示氫原子或C1~C6的烷基,S
1表示-O-或-C(O)-,p表示0或1,A
1表示C6~C19的芳基,Y表示鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、烷基醚基、芳基醚基、C1~C18的烷基、氟烷基、或環烷基。此外,k表示0~(s-1)的整數。在此,s表示構成A
1的碳數。)
[化2]
(2)
{(式(2)中,R
2A表示氫原子或C1~C6的烷基,S
2表示-O-或-C(O)-,q表示0或1,A
2表示C6~C19的芳基,Y表示式(1)中所定義的取代基,j表示0~(r-2)的整數,m表示1~(r-j-1)的整數。在此,r表示構成A
2的碳數。此外,Z表示選自式(A)~(D)中的至少一個有機基。)
[化3]
(A)
[化4]
(B)
[化5]
(C)
[化6]
(D)
(式(A)~(D)中,R
2和R
3分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、C1~C6的烷基、芳基、或羧烷基,R
4~R
28分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、烷基醚基、芳基醚基、C1~C18的烷基、氟烷基、或環烷基。*表示鍵結處。)}
[2] 如上述[1]所述的樹脂,其中由式(2)所表示的重複單元具有選自由鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、以及氟基烷基所組成的群組中的至少一種。
[3] 一種絕緣膜,其中含有如上述[1]或[2]所述的樹脂的交聯物。
[4] 一種有機場效電晶體裝置,其是透過閘極絕緣層將附設有源極和汲極的有機半導體層與閘極在基板上進行積層之有機場效電晶體裝置,其中該閘極絕緣層是如上述[3]所述的絕緣膜。
[發明功效]
藉由本揭示,通過將其用作有機場效電晶體裝置的閘極絕緣膜層,可以提供製作出具有優異的偏壓應力耐性的有機場效電晶體裝置元件之樹脂。
[用以實施發明的形態]
以下將詳細說明本揭示。
本揭示的樹脂包含由上述式(1)所表示的重複單元和由上述式(2)所表示的重複單元。
式(1)中,R
1表示氫原子或C1~C6的烷基,較佳為氫原子。式(1)中的R
1之C1~C6的烷基沒有特別的限制,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基等。
式(1)中,S
1表示-O-或-C(O)-。式(1)中,p表示0或1,較佳為0。
式(1)中,A
1表示C6~C19的芳基。式(1)中的A
1之C6~C19的芳基沒有特別的限制,例如可列舉:苯基、萘基、蒽基、聯苯基等,較佳為苯基。
式(1)中,Y表示鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、烷基醚基、芳基醚基、C1~C18的烷基、氟烷基、或環烷基。
式(1)中的Y之鹵素原子沒有特別的限制,例如可列舉:氯原子、氟原子、溴原子等。
式(1)中的Y之羧烷基沒有特別限制,例如可列舉:羧甲基(-COOCH
3)、羧乙基(-COOCH
2CH
3)、羧丙基(-COOCH
2CH
2CH
3等)等。
式(1)中的Y之烷基醚基沒有特別的限制,例如可列舉:甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、丁氧基等。
式(1)中的Y之芳基醚基沒有特別的限制,例如可列舉:苯氧基、p-甲基苯氧基、p-乙基苯氧基、p-甲氧基苯氧基等。
式(1)中的Y之C1~C18的烷基沒有特別的限制,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基等。
式(1)中的Y之氟烷基沒有特別的限制,例如可列舉:1,1,1-三氟乙基、1,1,1,2,2-五氟丙基、1,1,1,2,2,3,3-七氟丁基、三氟甲基、五氟乙基等。
式(1)中的Y之環烷基沒有特別的限制,例如可列舉:環丁基、環戊基、環己基等。
式(1)中,k表示0~(s-1)的整數,較佳為0。在此,s表示構成A
1的碳數。
式(2)中,R
2A表示氫原子或C1~C6的烷基,較佳為氫原子。式(2)中的R
2A之C1~C6的烷基沒有特別的限制,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基等。
式(2)中,S
2表示-O-或-C(O)-。式(2)中,q表示0或1,較佳為0。
式(2)中,A
2表示C6~C19的芳基。式(2)中的A
2之C6~C19的芳基沒有特別的限制,例如可列舉苯基、萘基、蒽基、聯苯基等,較佳為苯基。
式(2)中,Y表示與式(1)中所定義的取代基相同的取代基。
式(2)中,m表示1~(r-j-1)的整數。在此,r表示構成A
2的碳數,j表示0~(r-2)的整數。m較佳為1,j較佳為0。
式(2)中,Z表示選自式(A)~(D)中的至少一個有機基,其中較佳為(A)。
式(A)~式(D)中,R
2和R
3分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、C1~C6的烷基、芳基、或羧烷基,較佳為氫原子、鹵素原子、或C1~C6的烷基,更佳為氫原子,R
4~R
28分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、烷基醚基、芳基醚基、C1~C18的烷基、氟烷基、或環烷基,其中較佳為鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、或氟烷基,更佳為鹵素原子、硝基、或氟烷基。
式(A)~式(D)中的R
2和R
3之鹵素原子沒有特別的限制,例如可列舉:氯原子、氟原子、溴原子等。
式(A)~式(D)中的R
2和R
3之C1~C6的烷基沒有特別的限制,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基等。
式(A)~式(D)中的R
2和R
3之芳基沒有特別的限制,例如可列舉:苯基、萘基、蒽基、聯苯基等。
式(A)~式(D)中的R
2和R
3之羧烷基沒有特別限制,例如可列舉:羧甲基(-COOCH
3)、羧乙基(-COOCH
2CH
3)、羧丙基(-COOCH
2CH
2CH
3等)等
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之鹵素原子沒有特別的限制,例如可列舉:氯原子、氟原子、溴原子等,較佳為氯原子、氟原子。
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之羧烷基沒有特別限制,例如,羧甲基(-COOCH
3)、羧乙基(-COOCH
2CH
3)、羧丙基(-COOCH
2CH
2CH
3等)等。
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之烷基醚基沒有特別的限制,例如可列舉:甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、丁氧基等。
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之芳基醚基沒有特別的限制,例如可列舉:苯氧基、p-甲基苯氧基、p-乙基苯氧基、p-甲氧基苯氧基等。
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之C1~C18的烷基沒有特別的限制,例如可列舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、正己基、正癸基、正十八烷基等。
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之氟烷基沒有特別限制,例如可列舉:1,1,1-三氟乙基、1,1,1,2,2-五氟丙基、1,1,1,2,2,3,3-七氟丁基、三氟甲基、五氟乙基等,較佳為三氟甲基。
式(A)~式(D)中的R
4~R
28之環烷基沒有特別的限制,例如可列舉:環丁基、環戊基、環己基等。
由式(A)所表示的具體的有機基例如可以列舉如下:
[化7]
其中,較佳為由以下所表示的有機基:
[化8]
特別是,較佳為由以下所表示的有機基:
[化9]
由式(B)所表示的具體的有機基例如可以列舉如下:
[化10]
由式(C)所表示的具體的有機基例如可以列舉如下:
[化11]
由式(D)所表示的具體的有機基例如可以列舉如下:
[化12]
在本揭示的樹脂中,由式(2)所表示的重複單元具有的HOMO能階為-6.4eV以下,較佳為-6.5eV以下,特別較佳為-7.00~-6.5eV。
通常,HOMO能階是表示單一分子的軌道的能量能階的概念,但在本說明書中將重複單元的重複末端取代為氫原子的化合物的HOMO能階定義為重複單元的HOMO能階。
在本說明書中,HOMO的能量能階藉由量子化學計算高斯(Gaussian)而算出。計算中的條件如下所述:B3LYP作為原子軌道的密度泛函、6-31G(d,p)作為基底函數,Gaussian09W用作使用程式。
由於HOMO能階容易成為-6.4eV以下,由式(2)所表示的重複單元較佳為具有選自由鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、以及氟基烷基所組成的群組中的至少一種。
在本揭示之包含由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的樹脂中,相對於由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的總數,包含20莫耳%以上的由式(2)所表示的重複單元,較佳為40莫耳%以上,特別較佳為包含70莫耳%以上。
在本揭示中,對具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的樹脂的分子量沒有任何限制,例如,可以使用分子量為200~10,000,000(g/莫耳)者。從所獲得的樹脂之溶液黏度、以及從力學強度的觀點考慮,分子量較佳為10,000~1,000,000(g/莫耳)。
此外,只要在包含由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的樹脂之溶解性不受損的情況下,聚合物分子可以含有基於光反應性基之環化的結構。
該基於光反應性基之環化的結構可列舉:由下式(3)~(10)所表示的結構:
[化13]
(3)
[化14]
(4)
[化15]
(5)
[化16]
(6)
[化17]
(7)
[化18]
(8)
[化19]
(9)
[化20]
(10)
(式(3)~式(10)中,R
2~R
28與式(A)~(D)中的定義相同)
此外,具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的樹脂,例如,可以包含由下述顯示之光反應性基的2量化物的結構。
該光反應性基的2量化物的結構可列舉:由下式(11)~(13)所表示的結構:
[化21]
(11)
[化22]
(12)
[化23]
(13)
(式(11)、式(12)和式(13)中,R
2~R
25與式(A)~式(C)中的定義相同。a、b和c表示0~4的整數、R
A表示從式(A)中定義的R
4~R
8中選擇的a個取代基,R
B表示從式(B)中定義的R
13~R
17中選擇的b個取代基,R
C表示從式(C)中定義的R
22~R
25中選擇的c個取代基。)
本揭示的樹脂具有由式(1)所表示的重複單元和由上式(2)所表示的重複單元,在不損害本揭示的效果的範圍內,也可以具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元以外的重複單元,作為該由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元以外的重複單元,例如可列舉:丁二烯、乙烯、丙烯、丙烯腈、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、α-苯基烷基丙烯酸酯、馬來酸酐、丙烯酸、4-乙烯基吡啶、反式-1,3-五二烯、p-乙醯氧基苯乙烯、乙烯基-參(三甲氧基矽氧烷)矽烷、乙烯基苯甲酸酯、乙烯基丁基醚、苯基乙烯基酮等,較佳為乙烯、丙烯。
本揭示之具有由式(1)所表示的重複單元和由上述式(2)所表示的重複單元的樹脂,可以將光環化性化合物藉由弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應引入含有芳香族基的聚合物中而製造。
在本揭示中,作為光環性化合物,例如可列舉:由下述式(14)所表示的桂皮酸氯化物化合物、由下述式(15)所表示的苯基乙烯苯甲酸氯化物、由下述式(16)所表示的吡啶乙烯苯甲酸氯化物、由下述式(17)所表示的香豆素-6-羧酸氯化物等,其中,較佳為使用易於製造之由下述式(14)所表示的桂皮酸氯化物化合物。此外,這些化合物也可以視需求併用兩種以上。
[化24]
(14)
[化25]
(15)
[化26]
(16)
[化27]
(17)
(式(14)~(17)中,R
2~R
28與式(A)~(D)中的定義相同。)
作為藉由弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應所引入之含有芳香族基的聚合物,只要對後述的反應觸媒惰性即可,沒有任何限制,例如可列舉:聚-α-甲基苯乙烯、聚-p-甲氧基苯乙烯、間規(syndio)聚苯乙烯等的聚苯乙烯;聚乙烯萘、聚乙烯聯苯,聚乙烯蒽、聚乙烯咔唑、聚乙烯苯基酮等的聚乙烯芳基酮;苯乙烯-丁二烯共聚物;乙烯-苯乙烯共聚物;乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物;苯乙烯-丙烯腈共聚物;苯乙烯-烷基丙烯酸酯共聚物;苯乙烯-烷基甲基丙烯酸酯共聚物;苯乙烯-α-苯基烷基丙烯酸酯共聚物;苯乙烯·馬來酸酐共聚物;苯乙烯-丙烯酸共聚物;苯乙烯·4-乙烯基吡啶共聚物;苯乙烯·反式-1,3-五二烯共聚物;苯乙烯·2,4,6-三甲基苯乙烯共聚物;苯乙烯·p-乙醯氧基苯乙烯共聚物;苯乙烯-乙烯基-參(三甲氧基-矽氧烷)矽烷共聚物;苯乙烯·乙烯基苯甲酸酯共聚物;苯乙烯·乙烯基丁基醚共聚物;聚苯基乙烯基酮等的聚芳基乙烯基酮類;石油樹脂等,但為了降低介電常數來降低泄漏電流,較佳為僅由芳香族烴基和脂肪族烴基所構成的聚合物,例如使用聚苯乙烯、乙烯·苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物。此外,這些共聚物也可以組合使用兩種以上。
相對於藉由弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應引入光反應性基之含有芳香族基的聚合物,為了提高所得樹脂對有機溶劑的溶解性及保存安定性,相對於該含有芳香族基的聚合物所含有的芳香族基1莫耳,上述光環化性化合物的加入量較佳為0.2~5.0莫耳,更佳為1.0~3.0莫耳。從對有機溶劑的溶解性、保存安定性、光交聯的容易度,以及光交聯後的樹脂層的耐溶劑性(耐裂紋性)的觀點考慮,相對於該樹脂所含有的芳香族基1莫耳,在反應中引入芳香族基的光反應性基的量較佳為0.2~1.0莫耳,更佳為0.4~1.0莫耳。
該弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應可以使用反應觸媒來實施。作為反應觸媒,在本揭示中較佳為使用公知的超強酸作為反應觸媒,只要是超強酸即可,沒有任何的限制,例如可例示:三氟甲烷磺酸、氟磺酸、氟銻酸、碳硼烷酸。為了回避該反應後的中和操作變得複雜,以及為了防止反應率的降低,相對於上述的光環化性化合物1莫耳,該反應觸媒的添加量較佳為0.1~3.0倍莫耳。
該弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應是放熱反應,並且,在本反應系統中,光反應性基可能藉由加熱而發生交聯的副反應。因此,在本揭示中,為了抑制該副反應,較佳為藉由較容易的溶液反應來實施反應溫度控制。本揭示中該溶液反應中所使用的反應溶劑只要是對弗裡德爾-克拉夫特反應安定即可,可以不受限制地使用,例如可以合適地使用:對反應惰性且經充分脫水的氯系烴溶劑、氟系溶劑、脂肪族烴溶劑、含硫溶劑、腈系溶劑等。作為氯系烴溶劑,例如可例示:二氯甲烷、四氯化碳、1,1,2-三氯乙烷、氯仿等,作為氟系溶劑例如可例示ZEORORA H等,作為脂肪族烴溶劑例如可例示環己烷等,作為含硫溶劑例如可例示二硫化碳、碸二甲基亞碸、二甲基硫酸鹽、二甲基碸等,作為腈系溶劑例如可例示乙腈。
該弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應中,反應溫度沒有特別的限制,從冷卻和加熱之經濟性的觀點考慮,較佳為0~40°C。此外,視需求也可以在溶劑的回流溫度下實施,但較佳為溫度未滿200°C。
該弗裡德爾-克拉夫特-醯化反應中,反應時間沒有特別的限制,例如可列舉:1~100小時。從反應率和經濟性的觀點考慮,較佳為2~20小時。
本揭示之包含由上述式(1)所表示的重複單元和由上述式(2)所表示的重複單元的樹脂,可以使用溶解於溶劑的溶液,並藉由塗敷或印刷在各種基板上來作為薄膜。
作為該溶劑,只要是溶解該樹脂的溶劑即可,可以不受限制地使用,例如可例示;環己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、異丙基苯、正己基苯、四氫萘、十氫萘、異丙基苯、氯苯等的芳香族烴;二氯甲烷、1,1,2-三氯乙烯等的氯化脂肪族烴化合物;四氫呋喃、二噁烷等的脂肪族環狀醚化合物;甲基乙基酮、環戊酮、環己酮等的酮化合物;乙基醋酸酯、二甲基苯二甲酸酯、水楊酸甲酯、乙酸戊酯、乙酸 2-甲氧基-1-甲基乙酯等的酯化合物;正丁醇、乙醇、異丁醇等的醇類;1-硝基丙烷、2硫化碳、檸檬烯等,這些溶劑可以視需求混合使用。
作為基板,例如可列舉:玻璃、石英、氧化鋁、高摻雜矽、氧化矽、二氧化鉭、五氧化鉭、銦錫氧化物等的無機材料基板;塑膠;金、銅、鉻、鈦、鋁等的金屬;陶瓷;塗層紙;表面塗層不織布等,作為塑膠,例如可例示:聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、三乙醯纖維素、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、乙烯·乙酸乙烯酯共聚物、聚甲基戊烯-1、聚丙烯、環狀聚烯烴、氟化環狀聚烯烴、聚苯乙烯、聚醯亞胺、聚乙烯酚、聚乙烯醇、聚(二異丙基反丁烯二酸酯)、聚(二乙基反丁烯二酸酯)、聚(二異丙基反丁烯二酸酯)、聚醚碸、聚苯硫醚、聚苯醚、聚酯彈性體、聚胺基甲酸乙酯彈性體、聚烯烴彈性體、聚醯胺彈性體、苯乙烯嵌段共聚物等。
在基板上塗敷或印刷時,本揭示之樹脂例如可以使用旋塗、滴鑄、浸塗、刮刀塗布、研磨墊印刷、刮液刀塗布、輥塗佈、桿棒塗佈、氣刀塗佈、線棒塗佈、淋塗、凹版印刷、柔版印刷、絲網印刷、噴墨印刷、凸版反轉印刷等進行塗敷或印刷。應注意的是,由於本揭示的膜是使用這些方法所形成,因此本揭示的薄膜對於泛用溶劑需要具有優異的溶解性。
使用本揭示之包含由上述式(1)所表示的重複單元和由上述式(2)所表示的重複單元的樹脂之薄膜可以用作絕緣膜,可以用作形成該絕緣膜的狀態,或視需求用作光交聯(光環化)的交聯物。應注意的是,在形成本揭示的絕緣膜後,在不進行光交聯而用作絕緣膜的情況下,用於形成該絕緣膜的泛用溶劑表現出良好的溶解性,進一步地,必須使用與該絕緣膜的上部之該泛用溶劑不同的溶劑來形成有機半導體層。在這種情況下,當該薄膜對有機半導體溶液持有耐溶劑性(耐裂紋性)時,可以在形成該薄膜的狀態下用作絕緣膜。應注意的是,當在耐溶劑性(耐裂紋性)不是優異的情況下,無法藉由印刷法製造薄膜,必須藉由比印刷法之經濟性較差的蒸鍍法等方法來製造薄膜。
當使用本揭示之樹脂作為絕緣膜時,放射線用於光交聯(光環化),例如可列舉:波長為245~350 nm的紫外線。照射量可根據樹脂的組成適宜變更,但例如可列舉:50~3000 mJ/cm
2,為了防止交聯度的降低,以及使製程的短時間化對經濟性的提升,較佳為50~1000 mJ/cm
2。紫外線的照射通常在大氣中進行,但視需求可以在惰性氣體中、或在一定量的惰性氣體氣流下進行。也可以視需求添加光敏劑來促進光交聯反應。使用的光敏劑沒有任何限制,例如可例示:二苯甲酮化合物、蒽化合物、蒽醌化合物、噻噸酮化合物、硝基苯基化合物等,較佳為與本揭示中使用的樹脂相溶性高的二苯甲酮化合物。此外,該光敏劑可視需求組合使用兩種以上。
可以將含有本揭示之樹脂的交聯物的絕緣膜,進行製膜而用作有機場效電晶體裝置(OFET)中的閘極絕緣層。該有機場效電晶體裝置,例如可以透過閘極絕緣層將附設有源極和汲極的有機半導體層與閘極在基板上進行積層而得。
從有機場效電晶體裝置(OFET)元件的實用性的觀點考慮,該OFET元件的移動率較佳為0.20 cm
2/V・s以上。
從裝置的可靠性的觀點考慮,有機場效電晶體裝置中的偏壓應力耐性較佳為對於施加1小時的偏壓之閾值電壓的偏移量較佳為2V以下。
在本揭示中,該有機場效電晶體裝置(OFET)可以是下述任一:底閘極·底接觸(BGBC)型、底閘極·頂接觸(BGTC)型、頂閘極·底接觸(TGBC)型、頂閘極·頂接觸(TGTC)型。在此,在這些各種結構的有機場效電晶體裝置之中,例如,底閘極·底接觸(BGBC)型元件的結構如圖1所示。
在該OFET中,可以使用的基板,只要可以製作元件並確保充分地平坦性即可,則沒有特別限定,例如可列舉:玻璃、石英、氧化鋁、高摻雜矽、氧化矽、二氧化鉭、五氧化鉭、銦錫氧化物等的無機材料基板;塑膠;金、銅、鉻、鈦、鋁等的金屬;陶瓷;塗層紙;表面塗層不織布等,可以是由這些材料所形成的複合材料、或是將這些材料多層化的材料。此外,為了調整表面張力,也可以在這些材料表面進行塗佈。
用作基板的塑膠,例如可例示:聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、三乙醯纖維素、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、乙烯·乙酸乙烯酯共聚物、聚甲基戊烯-1、聚丙烯、環狀聚烯烴、氟化環狀聚烯烴、聚苯乙烯、聚醯亞胺、聚乙烯酚、聚乙烯醇、聚(二異丙基反丁烯二酸酯)、聚(二乙基反丁烯二酸酯)、聚(二異丙基反丁烯二酸酯)、聚醚碸、聚苯硫醚、聚苯醚、聚酯彈性體、聚胺基甲酸乙酯彈性體、聚烯烴彈性體、聚醯胺彈性體、苯乙烯嵌段共聚物等。此外,上述的塑膠可以積層兩種以上而用作基板。
作為本揭示中可以使用的導電性的閘極、源極或汲極,例如可例示:金、銀、鋁、銅、鈦、鉑、鉻、多晶矽、矽化物、銦·錫·氧化物(ITO)、氧化錫等的導電材料。此外,這些導電材料可以積層複數種使用。
此外,BGTC型元件在前述的基板上或有機半導體層上形成電極。在此情況下,作為電極的形成方法沒有特別限制,例如可列舉:蒸鍍、高頻濺鍍、電子束濺鍍等,也可以使用將前述導電性材料的奈米粒子溶解於水或有機溶劑中的油墨,採用溶液旋塗、滴鑄、浸塗、刮刀塗布、模塗、研磨墊印刷、輥塗佈、凹版印刷、柔版印刷、絲網印刷、噴墨印刷、凸版反轉印刷等的方法。此外,也可以視需求在電極上進行氟烷基硫基、氟烯丙基硫醇基等的吸著處理。
可用於本揭示之有機半導體層的原料的有機半導體沒有任何限制,可以使用N型和P型的有機半導體中的任一種,也可以使用組合N型和P型的雙極有機場效電晶體裝置,例如可例示:式(F-1)~(F-10)等。
[化28]
(F-1)
[化29]
(F-2)
[化30]
(F-3)
[化31]
(F-4)
[化32]
(F-5)
[化33]
(F-6)
[化34]
(F-7)
[化35]
(F-8)
[化36]
(F-9)
[化37]
(F-10)
在這些(F-1)~(F-10)之中,較佳為(F-2)、(F-3)、(F-10),特別較佳為(F-10)。
在本揭示中,可以使用任何低分子及高分子的有機半導體,也可以將其混合使用。
在本揭示中,作為有機半導體層的形成方法,例如可例示:將有機半導體進行真空蒸鍍的方法、或是將有機半導體溶解在有機溶劑中並進行塗佈、印刷的方法等,但只要是可以形成有機半導體層的薄膜的方法,就沒有任何限制。在使用溶解於有機溶劑的溶液進行塗佈、或印刷有機半導體層的情況下,其溶液濃度會因有機半導體的結構和所使用的溶劑而不同,但從形成更加均勻的半導體層及减少層的厚度的觀點考慮,較佳為0.2~5重量%。其中作為有機溶劑,只要有機半導體在一定的濃度溶解而可以製膜即可,沒有任何限制,例如可例示:己烷、庚烷、辛烷、癸烷、十二烷、十四烷、十氫萘、茚烷、1-甲基萘、2-乙基萘、1,4-二甲基萘、二甲基萘異性體混合物、甲苯、二甲苯、乙苯、1,2,4-三甲基苯、均三甲苯、異丙基苯、戊基苯、己基苯、四氫萘、辛基苯、環己基苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯、1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、γ-丁內酯、1,3-丁烯二醇、乙二醇、苄基醇、甘油、環己基乙酸酯、3-甲氧基丁基乙酸酯、乙二醇單甲醚乙酸酯、乙二醇單丁醚乙酸酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、苯甲醯、環己酮、均三甲苯、3-甲氧基丁基乙酸酯、環己基乙酸酯、二丙二醇二乙酸酯、二丙二醇甲基醚乙酸酯、二乙二醇單丁醚乙酸酯、二乙二醇單乙醚乙酸酯、1,6-己二醇二乙酸酯、1,3-丁烯二醇二乙酸酯、1,4-丁二醇二乙酸酯、乙基乙酯、苯基乙酸酯、二丙二醇二甲基醚、二丙二醇甲基-N-丙基醚、四十氫菲、1,2,3,4,5,6,7,8-八氫並氫菲、十氫-2-萘酚、1,2,3,4-四氫-1-萘酚、α-松油醇、異佛爾酮丙酮十氫-2-萘酚、二丙二醇基二甲基醚、2,6-二甲基苯甲醚、1,2-二甲基苯甲醚、2,3-二甲基苯甲醚、3,4-二甲基苯甲醚、1-苯並噻吩、3-甲基苯並噻吩、1,2-二氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃、1,2-二甲氧基乙烷、二噁烷、環己酮、丙酮、甲基乙酮、二乙酮、二異丙酮、苯乙酮、N,N-二甲基甲醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、檸檬烯等,為了獲得較佳性狀的結晶膜,有機半導體的溶解力高、且沸點為100°C以上的溶劑是合適的,較佳為:甲苯、二甲苯、異丙基苯、苯甲醚、環己酮、均三甲苯、1,2-二氯苯、3,4-二甲基苯甲醚、戊基苯、四氫萘、環己基苯、十氫-2-萘酚。此外,還可以使用以適當比例混合上述兩種以上溶劑的混合溶劑。
有機半導體層可以視需求添加各種有機、無機的高分子或寡聚物、或添加固體有機、無機奈米粒子、或添加將奈米粒子分散於水或有機溶劑中的分散液,可以在上述閘極絕緣層上塗佈高分子溶液以形成保護膜。進一步地,可以視需求在本保護膜上進行各種防濕塗佈、耐光性塗佈等。
[實施例]
以下將藉由實施例更詳細地說明本揭示,但本揭示並不限於這些實施例。應注意的是,實施例中使用的有機半導體(二-n-己基二噻吩並苯並二噻吩)是根據日本專利特開第2015-224238號公報的製造方法所合成。
在實施例中,關於NMR、旋塗法、薄膜厚度測定、紫外線(UV)照射、真空蒸鍍、交聯所需的UV照射量、OFET元件的傳達特性評價、偏壓應力耐性評價,由以下所示的條件、裝置中實施。
<NMR>
使用JNM-ECZ400S FT-NMR(日本電子(株)製造)來測定
1H-NMR光譜。
<旋塗法>
作為旋塗法的裝置,使用三笠株式會社製造的MS-A100。
<薄膜厚度測定>
使用Bruker公司製造的DektakXT STYLUS PROFILER進行測定。
<UV照射>
使用Ushio Lighting(株)製造的UV光罩對準機UPE-1605MA,在UV強度為14.2 mW/cm
2的條件下進行UV照射。
<真空蒸鍍>
使用ULVAC KIKO公司製造的小型真空蒸鍍裝置VTR-350M/ERH。
<傳達特性評價、偏壓應力耐性評價>
製作有機場效電晶體裝置的其一形態之底閘極·底接觸(BGBC)型元件,使用Keithley公司製造的半導體參數分析器4200-SCS,將BGBC型FET元件的源極·漏極間電壓(Vd)設為-15V,對閘極電壓(Vg)進行掃描,測定偏壓施加前的傳達特性(Id-Vg),以評價移動率。然後,在連續施加1小時作為偏壓之閘極電壓(Vg)-30V後,在相同條件下進行測定,從得到的傳達特性,評價施加偏壓前後的閾值電壓的變化量的絕對值。
以下顯示樹脂1~9的合成,但反應、精製、乾燥全部都在黃光下、或是在遮光下進行。應注意的是,在合成中,在黃光或遮光下進行的反應是為了防止光環化性化合物的光環化反應、以及引入光環化性化合物的樹脂的光環化反應。
(實施例1)
<樹脂1的合成>
在200 mL的舒倫克瓶(Schlenk)中秤量3-(三氟甲基)桂皮酸(東京化成工業製造)8.3 g(38.4 mmol),附接環流管後進行氮取代。以注射器依序添加DMF(富士軟片和光純藥製造)觸媒量、二氯甲烷(由富士軟片和光純藥製造)33 mL、亞硫醯氯(富士軟片和光純藥製造)8.3 mL(115 mmol)。然後,使用水浴在50°C下進行環流的同時攪拌4小時。停止加熱並冷卻至室溫後,在進行1小時的減壓乾燥以完全去除溶劑,合成出3-(三氟甲基)桂皮酸氯化物。
向合成後的舒倫克瓶添加重量平均分子量為5.5萬的聚苯乙烯(DIC製造)2.0 g、二氯甲烷27 mL、ZEORORA H(日本Zeon製造)27 mL,並在室溫、攪拌下溶解。將舒倫克瓶進行30分鐘以上的冰浴,使溶液充分冷卻之後,在攪拌的同時以注射器緩緩滴入三氟甲烷磺酸(富士軟片和光純藥製造)8.7 g(38.4 mmol)。滴下的同時使聚合物溶液的顔色著色為紅紫色。滴下終了後,進行一小時冰浴的同時進行攪拌,然後在室溫下反應5小時。將反應後的溶液向飽和碳酸氫鈉水溶液進行導管壓送,並中和三氟甲烷磺酸和系統中的鹽酸。中和後的溶液的水層藉由傾瀉去除以分離出二氯甲烷層。再次加入水,並藉由傾瀉去除水層,操作兩次以去除過量的碳酸氫鈉。傾瀉後的溶液用甲醇 430 mL重新沉澱,並藉由過濾使聚合物分離,操作兩次後,在50°C下進行減壓乾燥以獲得4.9 g(產率85%)的樹脂1。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂1(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為21莫耳%、以及79莫耳%。
[化38]
應注意的是,樹脂1之
1H-NMR圖如圖2所示。
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.60(brs,-CH=CH-Ph),7.45~6.46(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.05(brs,-CH
2-CH-),1.73~1.42(bm,-CH
2-)
<FET元件的製作和評價>
將銀在清洗並乾燥後的30×30 mm
2的玻璃(基板)(Corning公司製造的Eagle XG)進行真空蒸鍍,形成厚度為50 nm的閘極電極。在形成有電極的基板上,將所得之樹脂1的乙酸2-甲氧基-1-甲基乙基溶液(11wt%)以500 rpm×5秒、2000 rpm×20秒的條件下進行旋塗,在50°C下乾燥1分鐘後(形成絕緣膜),照射100 mJ/cm
2紫外線進行交聯以形成膜厚為500 nm的閘極絕緣層。將金在形成有閘極電極和閘極絕緣層的基板上進行真空蒸鍍,以形成厚度50 nm、通道長度100 μm,電極寬度500μm的源極、和汲極。然後,立即浸漬於五氟苯硫醇30 mmol的異丙醇溶液中,經過5分鐘後取出並使用異丙醇清洗後吹乾。然後,將有機半導體(二-n-己基二噻吩並苯並二噻吩)的0.8 wt%甲苯溶液220μL滴入,靜置於恆溫的暗室15小時後,藉由在40°C下加熱3小時使溶劑揮發以滴鑄成膜半導體層。藉由上述方法製作了底閘極·底接觸(BGBC)型有機場效電晶體裝置。
在合成的樹脂的組成中,由式(2)所表示的重複單元所具有之HOMO能階和製作的有機場效電晶體裝置的移動率、偏壓應力耐性評價的結果如表1所示。
[表1]
樹脂 | 式(2)重複單元的HOMO能階 | 傳達特性 | 偏壓應力耐性 | |
移動率 | 偏壓應力前後之閾值電壓變化量 | |||
[eV] | [cm 2/V・s] | [|V|] | ||
實施例 | 1 | -6.62 | 0.23 | 1.0 |
2 | -6.58 | 0.20 | 1.4 | |
3 | -6.65 | 0.32 | 0.2 | |
4 | -6.85 | 0.32 | 0.2 | |
5 | -6.76 | 0.24 | 0.4 | |
6 | -6.83 | 0.35 | 1.6 | |
7 | -6.43 | 0.21 | 1.8 | |
比較 | 8 | -6.27 | 0.10 | 5.5 |
9 | -6.09 | 0.05 | 4.0 |
源極·漏極間電壓(Vd)設為-15V,對閘極電壓(Vg)進行掃描,測定偏壓施加前的傳達特性(Id-Vg)的結果,其移動率為0.23 cm
2/ V・s,顯示優異的移動率。然後,在連續1小時施加閘極電壓(Vg)-30V後,在相同條件下進行測量,從所得之傳達特性中評價施加偏壓前後之閾值電壓的變化量的結果,閾值電壓的變化量為1.0V,顯示優異的偏壓應力耐性。關於施加偏壓應力前後之傳達特性如圖3所示。
(實施例2)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為2-(三氟甲基)桂皮酸(東京化成工業製造)之外,與實施例1相同的方式,獲得4.3 g(產率89%)的樹脂2。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂2(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為26莫耳%、以及74莫耳%。
[化39]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.60(brs,-CH=CH-Ph),7.99~6.46(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.05(brs,-CH
2-CH-),1.73~1.42(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂2,除了將UV照射量變更為500 mJ/cm
2之外,使用與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性,其結果為移動率為0.20 cm
2/V・s,施加偏壓應力前後之閾值電壓的變化量為1.4 V,顯示優異的移動率和偏壓應力耐性。其評價結果與表1一併顯示。
(實施例 3)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為4-(三氟甲基)桂皮酸(東京化成工業)之外,以與實施例1相同的方式,得到3.8 g(產率72%)的樹脂3。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂3(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為14莫耳%、以及86莫耳%。
[化40]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.58(brs,-CH=CH-Ph),7.54~6.46(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.08(brs,-CH
2-CH-),1.82~1.45(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂3,以與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性,其結果為移動率為0.32 cm
2/V・s,施加偏壓應力前後之閾值電壓的變化量為0.2 V,顯示優異的移動率和偏壓應力耐性。其評價結果與表1一併顯示。
(實施例 4)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為trans-3,5-雙(三氟甲基)桂皮酸(Apollo Scientific製造),以及將三氟甲烷磺酸的添加量變更為7.2 g(48 mmol)之外,以與實施例1相同的方式,得到4.0 g(產率80%)的樹脂4。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂4(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為22莫耳%、以及78莫耳%。
[化41]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.63(brs,-CH=CH-C(O)-),8.00~6.48(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.05(brs,-CH
2-CH-),1.73~1.42(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂4,除了將溶液濃度變更為12 wt%之外,使用與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性,其結果為移動率為0.32 cm
2/V・s,施加偏壓應力前後之閾值電壓的變化量為0.2 V,顯示優異的移動率和偏壓應力耐性。其評價結果與表1一併顯示。
(實施例5)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為2,3,4,5,6-五氟桂皮酸(東京化成工業製造)之外,以與實施例1相同的方式,獲得3.0 g(產率53%)的樹脂5。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂5(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為13莫耳%、以及87莫耳%。
[化42]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.73(brs,-CH=CH-C(O)-),7.64~6.50(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.01(brs,-CH
2-CH-),1.81~1.41(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂5,除了將UV照射量變更為200 mJ/cm
2之外,使用與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性,其結果為移動率為0.24 cm
2/V・s,閾值電壓的變化量為0.4 V,顯示優異的移動率和偏壓應力耐性。其評價結果與表1一併顯示。
(實施例 6)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為3-硝基桂皮酸(東京化成工業製造)之外,以與實施例1相同的方式獲得4.0 g(產率80%)的樹脂6。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂6(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為57莫耳%、以及43莫耳%。
[化43]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.52(brs,-CH=CH-C(O)-),8.58~6.60(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.15(brs,-CH
2-CH-),1.90~1.48(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂6,以與實施例1相同的方法使用形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性,其結果為移動率為0.35 cm
2/V・s,閾值電壓的變化量為1.6 V,顯示優異的移動率和偏壓應力耐性。其評價結果與表1一併顯示。
(實施例7)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為3-氟桂皮酸(東京化成工業製造)之外,以與實施例1相同的方式獲得3.7 g(產率82%)的樹脂7。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂7(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為23莫耳%、以及77莫耳%。
[化44]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.60(brs,-CH=CH-C(O)-),7.45~6.50(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.05(brs,-CH
2-CH-),1.82~1.45(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂7,以與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性,其結果為移動率為0.21 cm
2/V・s,閾值電壓的變化量為1.8 V,顯示優異的移動率和偏壓應力耐性。其評價結果與表1一併顯示。
(比較例1)
在手套箱(glove box)中,於200 mL的舒倫克瓶(Schlenk)中秤量桂皮酸氯化物(富士軟片和光純藥製造)6.4 g(38.4 mmol)、重量平均分子量為5.5萬的聚苯乙烯(DIC製造)2.0 g。從手套箱取出後,加入二氯甲烷29 mL,在室溫、攪拌下溶解。在攪拌的同時以注射器緩緩滴入三氟甲烷磺酸(富士軟片和光純藥製造)5.8 g(38.4 mmol)。滴下的同時使聚合物溶液的顔色著色為紅紫色。滴下終了後,在室溫下反應4小時。將反應後的溶液向飽和碳酸氫鈉水溶液進行導管壓送,並中和三氟甲烷磺酸和系統中的鹽酸。中和後的溶液的水層藉由傾瀉去除以分離出二氯甲烷層。再次加入水,並藉由傾瀉去除水層,操作兩次以去除過量的碳酸氫鈉。傾瀉後的溶液用甲醇 430 mL重新沉澱,並藉由過濾使聚合物分離,操作兩次後,在50°C下進行減壓乾燥以獲得3.7 g(產率91%)的樹脂8。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂8(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為17莫耳%、以及83莫耳%。
[化45]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ7.62(brs,-CH=CH-C(O)-),7.39~6.51(m,芳香族,-CH=CH-Ph),2.04(brs,-CH
2-CH-),1.78~1.40(bm,-CH
2-)
使用所得樹脂8,以與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性的結果,其移動率為0.10 cm
2/V・s,閾值電壓的變化量為5.5 V,已確認其與實施例1~7相比,其移動率、偏壓應力耐性均較差。其製作的有機場效電晶體裝置的構成、評價結果等與表1一併顯示。
(比較例2)
除了將3-(三氟甲基)桂皮酸變更為4-甲基桂皮酸(東京化成工業製造)之外,以與實施例1相同的方式獲得4.0 g(產率70%)的樹脂9。
藉由
1H-NMR分析的結果,確認所得之樹脂9(下述式)具有由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元,其分別為6莫耳%、以及94莫耳%。
[化46]
1H-NMR(400 MHz,CDCl
3):δ6.97(brs,-CH=CH-C(O)-),7.75~6.43(m,芳香族,-CH=CH-Ph),1.38(brs,-CH
2-CH-),2.38(brs,-CH
3)
使用所得樹脂9,除了將UV照射量變更為1000 mJ/cm
2之外,以與實施例1相同的方法形成絕緣膜,以製作有機場效電晶體裝置。以與樹脂1相同的方式評價傳達特性的結果,其移動率為0.05 cm
2/V・s,閾值電壓的變化量為4.0 V,已確認其與實施例1~7相比,其移動率、偏壓應力耐性均較差。其製作的有機場效電晶體裝置的構成、評價結果等與表1一併顯示。
在實施例1~7中,使用由式(2)所表示的重複單元的HOMO能階為-6.4 eV以下的樹脂之有機場效電晶體,相較於在比較例1~2中使用由式(2)所表示的重複單元的HOMO能階超過-6.4 eV的樹脂之有機場效電晶體,其移動率較大,具有優異的偏壓應力耐性。
[產業上的可利用性]
可以提供一種樹脂,適用於可以藉由印刷電子技術而製造的高品質的有機場效電晶體裝置。
雖然本揭示已參照特定的態樣進行詳細說明,但本領域技術人員顯然可以在不偏離本揭示的精神和範圍的情况下進行各種變更和修正。應注意的是,本案是基於2021年10月27日申請的日本專利案(日本專利申請號2021-175454),其全文以引用方式併入。此外,本文引用的所有參考文獻均全文併入。
1:有機場效電晶體裝置
11:基板(玻璃)
12:源極
13:汲極
14:有機半導體層
15:閘極
16:閘極絕緣層
圖1是顯示底閘極-底接觸(bottom gate-bottom contact, BGBC)型元件的剖面形狀的圖。
圖2是顯示實施例1所製造的樹脂1的
1H-NMR圖的圖。
圖3是顯示在實施例1所製造OFET元件中,連續1小時施加-30V的閘電壓(Vg)前後的傳達特性(Id-Vg)的變化輕微,偏壓應力耐性優異的圖。
圖4是顯示在比較例1所製造OFET元件中,連續1小時施加-30V的閘電壓(Vg)前後的傳達特性(Id-Vg)的變化較大的圖。
Claims (4)
- 一種樹脂,其為包含由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的樹脂,其中由式(2)所表示的重複單元具有的HOMO能階為-6.4 eV以下,相對於由式(1)所表示的重複單元和由式(2)所表示的重複單元的總數,包含20莫耳%以上的由式(2)所表示的重複單元, [化1] (1) (式(1)中,R 1表示氫原子或C1~C6的烷基,S 1表示-O-或-C(O)-,p表示0或1,A 1表示C6~C19的芳基,Y表示鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、烷基醚基、芳基醚基、C1~C18的烷基、氟烷基、或環烷基;此外,k表示0~(s-1)的整數;其中,s表示構成A 1的碳數;) [化2] (2) {(式(2)中,R 2A表示氫原子或C1~C6的烷基,S 2表示-O-或-C(O)-,q表示0或1,A 2表示C6~C19的芳基,Y表示式(1)中所定義的取代基,j表示0~(r-2)的整數,m表示1~(r-j-1)的整數;在此,r表示構成A 2的碳數;此外,Z表示選自式(A)~(D)中的至少一個有機基;) [化3] (A) [化4] (B) [化5] (C) [化6] (D) (式(A)~(D)中,R 2和R 3分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、C1~C6的烷基、芳基、或羧烷基,R 4~R 28分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、烷基醚基、芳基醚基、C1~C18的烷基、氟烷基、或環烷基,*表示鍵結處)}。
- 如請求項1所述的樹脂,其中由式(2)所表示的重複單元具有選自由鹵素原子、氰基、硝基、羧烷基、以及氟基烷基所組成的群組中的至少一種。
- 一種絕緣膜,其特徵在於,含有如請求項1或2所述的樹脂的交聯物。
- 一種有機場效電晶體裝置,其特徵在於,其是透過閘極絕緣層將附設有源極和汲極的有機半導體層與閘極在基板上進行積層之有機場效電晶體裝置,其中該閘極絕緣層是如請求項3所述的絕緣膜。
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