TWI577683B - 芳香族雜環化合物、其製造方法、有機半導體材料、有機半導體元件、有機半導體膜、有機薄膜電晶體及有機光伏元件 - Google Patents

芳香族雜環化合物、其製造方法、有機半導體材料、有機半導體元件、有機半導體膜、有機薄膜電晶體及有機光伏元件 Download PDF

Info

Publication number
TWI577683B
TWI577683B TW103111584A TW103111584A TWI577683B TW I577683 B TWI577683 B TW I577683B TW 103111584 A TW103111584 A TW 103111584A TW 103111584 A TW103111584 A TW 103111584A TW I577683 B TWI577683 B TW I577683B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
substituted
group
unsubstituted
organic semiconductor
carbon atoms
Prior art date
Application number
TW103111584A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201444853A (zh
Inventor
川田敦志
長浜拓男
林田広幸
桝谷浩太
Original Assignee
新日鐵住金化學股份有限公司
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 新日鐵住金化學股份有限公司 filed Critical 新日鐵住金化學股份有限公司
Publication of TW201444853A publication Critical patent/TW201444853A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI577683B publication Critical patent/TWI577683B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D491/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00
    • C07D491/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D491/04—Ortho-condensed systems
    • C07D491/044—Ortho-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring
    • C07D491/048—Ortho-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring the oxygen-containing ring being five-membered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D495/04—Ortho-condensed systems
    • 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
    • H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • 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
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/655—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only sulfur as heteroatom
    • 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
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • 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
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6574—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only oxygen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. cumarine dyes
    • 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]
    • H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)

Description

芳香族雜環化合物、其製造方法、有機半導體材料、 有機半導體元件、有機半導體膜、有機薄膜電晶體及有機光伏元件
本發明是有關於一種新穎的芳香族雜環化合物及包含其的有機半導體材料、使用該有機半導體材料而獲得的有機半導體膜以及有機場效電晶體等有機半導體元件。
通常，使用無機半導體材料矽的半導體元件中，於其薄膜形成中，需要高溫製程及高真空製程。由於需要高溫製程，故而無法將矽於塑膠基板上等進行薄膜形成，因此難以對組入有半導體元件的製品賦予可撓性、或進行輕量化。另外，由於需要高真空製程，故而難以將組入有半導體元件的製品進行大面積化及低成本化。
因此，近年來，正在對利用有機半導體材料作為有機電子零件的有機半導體元件(例如有機電致發光(electroluminescence，EL)元件、有機場效電晶體元件或者有機薄膜光電轉換元件等)進行研究。與無機半導體材料相比，該些有機半導體材料可顯著降低製作製程溫度，因此可形成於塑膠基 板上等。進而，藉由使用在溶劑中的溶解性大且具有良好成膜性的有機半導體，可利用不需要真空製程的塗佈法，例如噴墨裝置等來進行薄膜形成，結果可期待實現使用無機半導體材料即矽的半導體元件中所難以實現的大面積化與低成本化。如上所述，與無機半導體材料相比，有機半導體材料在大面積化、可撓性、輕量化、低成本化等方面有利，因此可期待應用於有效利用該些特性的有機半導體製品，例如應用於：資訊標籤、電子人工皮膚片(electronic artificial skin sheet)或片型掃描器等大面積感測器、液晶顯示器、電子紙以及有機EL面板等顯示器等。
如上所述，對期待廣泛用途的有機半導體元件中所使用的有機半導體材料要求高的電荷遷移率。例如，有機場效電晶體(field-effect transistor，FET)元件中，由於直接影響交換速度(switching speed)或所驅動的裝置的性能，故而為了實用化，電荷遷移率的提高為必需的課題。進而如上所述，為了可利用塗佈法來製成半導體元件，故而要求溶劑可溶性、氧化穩定性、良好的製膜性。
尤其可列舉電荷遷移率大來作為對有機半導體的要求特性。就該觀點而言，近年來，報告有具有與非晶矽相當的電荷傳輸性的有機半導體材料。例如，將5個苯環以直線狀進行縮合而成的烴系并苯(acene)型多環芳香族分子即稠五苯(pentacene)用作有機半導體材料的有機場效型電晶體元件(organic field-effect transistor，OFET)中，報告有與非晶矽相當的電荷遷 移率(非專利文獻1)。然而，於將稠五苯用作OFET的有機半導體材料的情況下，有機半導體薄膜層由於是利用超高真空下的蒸鍍法來形成，故而就大面積化、可撓性、輕量化以及低成本化的觀點而言不利。另外，亦提出有不使用真空蒸鍍法，而是於三氯苯的稀薄溶液中形成稠五苯結晶的方法，但製造方法困難，尚無法獲得穩定的元件(專利文獻1)。如稠五苯之類的烴系并苯型多環芳香族分子中亦可列舉氧化穩定性低來作為課題。
另外，聚(3-己基噻吩)等具有長鏈烷基的聚噻吩衍生物可溶於溶劑中，報告有利用塗佈法來製作有機半導體元件(非專利文獻2)，但由於電荷遷移率低於結晶性化合物，故而存在所得有機半導體元件的特性低的問題。
另外，與稠五苯相比，噻吩環進行縮環而成的并五噻吩(pentathienoacene)的耐氧化性提高，但由於載子遷移率低以及其合成需要多步驟，故而在實用上並非較佳的材料(非專利文獻3)。
另外，最近，報告有根據溶解性高的并苯類即紅螢烯(rubrene)的單晶而為非常高的遷移率(非專利文獻4)，但藉由溶液澆鑄而成膜的紅螢烯的膜並未取得此種單晶結構，未獲得充分的遷移率。
作為溶劑溶解性高且對於氧化比較穩定的烴系并苯型化合物的例子，經報告有，將稠五苯的6位、13位以矽烷基乙炔基進行取代而成的一部分化合物的塗佈膜的穩定性良好(非專利 文獻5)。然而，該些報告中，文章中僅將定性的性狀表述為對於氧化的穩定性提高，尚未獲得能夠耐受實用的程度的穩定性。
根據上述背景，作為具有穩定性且顯示出高的載子遷移率的材料，近年來報告有於烴系并苯型多環芳香族骨架上導入有如氮或硫之類的雜原子的雜并苯系骨架。
例如，雖提出有將於萘(naphthalene)環上縮合有2個苯并呋喃(benzofuran)骨架、吲哚(indole)骨架或苯并噻吩(benzothiophene)骨架的多環縮環化合物作為有機薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)的有機半導體層的材料，但並無導入有2種以上雜原子的具體例示等記載(專利文獻2、專利文獻3)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]WO2003/01659A
[專利文獻2]WO2011/074232A
[專利文獻3]WO2012/090462A
[非專利文獻]
[非專利文獻1]「應用物理學雜誌(Journal of Applied Physics)」第92卷第5259頁(2002)
[非專利文獻2]「科學(Science)」第280卷(5370)第1741頁(1998)
[非專利文獻3]「美國化學學會志(Journal Of American Chemical Society)」第127卷第13281頁(2005)
[非專利文獻4]「科學(Science)」第303卷(5664)第1644頁(2004)
[非專利文獻5]「有機快報(Organic Letters，Org.Lett.)」第4卷第15頁(2002)
本發明的目的在於提供一種具有高的電荷遷移性、氧化穩定性、溶劑可溶性的有機半導體材料以及使用該有機半導體材料的有機半導體元件、以及其中使用的新穎的芳香族雜環化合物及其製造方法。
本發明者等人進行了積極研究，結果發現適合作為具有高的電荷遷移性、氧化穩定性、溶劑可溶性的有機半導體材料的芳香族雜環化合物，且發現藉由將該芳香族雜環化合物用於有機半導體材料、有機半導體元件而獲得高特性的有機半導體元件，從而完成本發明。
本發明為下述通式(1)所表示的芳香族雜環化合物。
此處，X表示氧原子或N-R，R分別獨立地表示氫原子或一價取代基。a、c為1~4的整數，b、d為1~2的整數。
上述通式(1)所表示的芳香族雜環化合物的較佳實施態樣如下所述。
1)R的至少1個為氫原子以外的一價取代基。
2)R的至少1個為選自由鹵素原子、羥基、經取代或未經取代的碳數1~30的脂肪族烴基、經取代或未經取代的碳數1~30的烷氧基、胺基、碳數1~30的經取代的胺基、硫醇基、碳數1~30的經取代的磺醯基、氰基、經取代或未經取代的碳數6~48的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數2~48的芳香族雜環基、由經取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的烯基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的烯基、經取代或未經取代的碳數5~30的烷基矽烷基炔基、經取代或未經取代的碳數3~30的烷基矽烷基、經取代或未經取代的矽數1~30的矽氧烷基、經取代或未經取代的矽數1~30的矽氧烷烷基、以及經取代或未經取代的矽數1~30的聚矽烷基所組成的組群中的一價基。
3)一種芳香族雜環化合物，其是由下述通式(2)所表示。
[化2]
此處，X及R與通式(1)的X及R含義相同。
另外，本發明為一種芳香族雜環化合物的製造方法，上述芳香族雜環化合物是由通式(1)所表示且R的至少1個為一價基，上述芳香族雜環化合物的製造方法的特徵在於：使下述通式(7)所表示的芳香族雜環化合物與下述通式(8)所表示的化合物進行反應，而製成將通式(7)中的X1取代為R的化合物。
此處，X與通式(1)的X含義相同。X1分別獨立地表示選自鹵素原子、羥基、-B(OH)2、磺醯基、三氟甲磺酸鹽、九氟丁磺酸鹽、氟磺酸酯、甲苯磺酸鹽中的反應性基或者通式(1)的R，至少1個表示R以外的反應性基。e、g為1~4的整數，f、h為1~2的整數。
R-Y(8)
此處，R與通式(1)的R含義相同，Y是可與通式(7)的X1進行反應，作為X1-Y而脫離，從而將X1取代為R的基團。
另外，本發明為一種有機半導體材料，其特徵在於：含有通式(1)所表示的芳香族雜環化合物。進而，本發明為一種有機半導體膜，其特徵在於：由該有機半導體材料所形成。另外，本發明為一種有機半導體膜，其特徵在於：經過將該有機半導體材料溶解於有機溶劑中，將所製備的溶液進行塗佈‧乾燥的步驟而形成。進而，本發明為：一種有機半導體元件，其特徵在於使用該有機半導體材料；以及一種有機薄膜電晶體，其特徵在於將該有機半導體材料用於半導體層；或者一種有機光伏元件，其特徵在於將該有機半導體材料用於半導體層。
本發明的芳香族雜環化合物具有六環縮合結構作為基本骨架，上述六環縮合結構在萘環的其中一個環上縮合有苯并噻吩且於另一環上縮合有苯并呋喃環或者吲哚環，並且導入2種雜原子而形成非對稱，藉此具有氧化穩定性、高的溶解性、良好的製膜性及高的電荷遷移特性。因此，適合作為有機半導體材料，使用該芳香族雜環化合物的有機半導體元件可表現出高的特性。例如，考慮應用於有機場效電晶體、有機薄膜太陽電池、資訊標籤、電子人工皮膚片或片型掃描器等大面積感測器、液晶顯示器、電子紙以及有機EL面板等顯示器等，其技術價值大。
1‧‧‧基板
2‧‧‧閘極
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧有機半導體
5‧‧‧源極
6‧‧‧汲極
7‧‧‧基板
8‧‧‧正極
9‧‧‧有機半導體層
9-a‧‧‧電子供予性有機半導體層(p型有機半導體層)
9-b‧‧‧電子接受性有機半導體層(n型有機半導體層)
10‧‧‧負極
圖1是表示有機場效電晶體元件的一例的示意剖面圖。
圖2是表示有機場效電晶體元件的另一例的示意剖面圖。
圖3是表示有機場效電晶體元件的另一例的示意剖面圖。
圖4是表示有機場效電晶體元件的另一例的示意剖面圖。
圖5是表示有機場效電晶體元件的另一例的示意剖面圖。
圖6是表示有機場效電晶體元件的另一例的示意剖面圖。
圖7表示化合物(1-H)的NMR光譜。
圖8表示芳香族雜環化合物(A101)的NMR光譜。
圖9表示芳香族雜環化合物(A201)的NMR光譜。
本發明的芳香族雜環化合物是由通式(1)所表示。將通式(1)所表示的芳香族雜環化合物稱為芳香族雜環化合物(1)。
通式(1)中，X表示氧原子或N-R。R分別獨立地表示氫原子或一價取代基。另外，a、c為1~4的整數，b、d為1~2的整數。此處，一價取代基是指氫以外的原子或基團。
R中，鄰接者可成為一體而形成環。於R為一價取代基的情況下，R較佳為：鹵素原子、羥基、經取代或未經取代的碳數1~30的脂肪族烴基、經取代或未經取代的碳數1~30的烷氧基、胺基、碳數1~30的經取代的胺基、硫醇基、碳數1~30的經取代的磺醯基、氰基、經取代或未經取代的碳數6~48的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數2~48的芳香族雜環基、由經 取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的烯基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的烯基、經取代或未經取代的碳數5~30的烷基矽烷基炔基、經取代或未經取代的碳數3~30的烷基矽烷基、經取代或未經取代的矽數1~30的矽氧烷基、經取代或未經取代的矽數1~30的矽氧烷烷基、以及經取代或未經取代的矽數1~30的聚矽烷基。
於R為鹵素原子的情況下，較佳的具體例可列舉氟、溴、氯、或碘。
於R為未經取代的脂肪族烴基的情況下，較佳為碳數1~30的脂肪族烴基，更佳為碳數1~12的脂肪族烴基。具體例可例示：甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正辛基、正十二烷基、正十四烷基、正十八烷基、正二十二烷基、正二十四烷基之類的直鏈飽和烴基，異丙基、異丁基、新戊基、2-乙基己基、2-己基辛基、4-癸基十二烷基等分支飽和烴基，環戊基、環己基、環辛基、4-丁基環己基、4-十二烷基環己基等飽和脂環烴基，乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基、己烯基、辛烯基、環丁烯基、環戊烯基、環己烯基、環辛烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、辛炔基等不飽和烴基。
於R為未經取代的烷氧基的情況下，較佳為碳數1~30的烷氧基，更佳為碳數1~12的烷氧基。具體例可例示：甲氧基、 乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、丁氧基、戊氧基、正己氧基、辛氧基等。
於R為經取代的胺基的情況下，較佳為碳數1~30的經取代的胺基，更佳為碳數1~12的經取代的胺基。經取代的胺基可為二級，亦可為三級。具體例可例示：甲基胺基、二甲基胺基、乙基胺基、二乙基胺基、辛基胺基之類的烷基胺基，苯基胺基、二苯基胺基、萘基胺基、苯基萘基胺基、吡啶基苯基胺基、哌啶基萘基胺基、聯吡啶基胺基之類的芳香族胺基。
於R為經取代的磺醯基的情況下，較佳為碳數1~30的經取代的磺醯基，更佳為碳數1~12的經取代的磺醯基。具體例可例示：甲基磺醯基、乙基磺醯基、辛基磺醯基之類的烷基磺醯基，苯基磺醯基、萘基磺醯基、吡啶基磺醯基、哌啶基磺醯基之類的芳香族磺醯基。
於R為未經取代的芳香族烴基、或者芳香族雜環基的情況下，較佳為碳數6~48的芳香族烴基、或者碳數2~48的芳香族雜環基，更佳為碳數6~24的芳香族烴基、或者碳數3~18的芳香族雜環基。
未經取代的芳香族烴基、芳香族雜環基的具體例可列舉自以下化合物中去除氫而產生的基團等：苯、戊搭烯(pentalene)、茚(indene)、萘、薁(azulene)、庚搭烯(heptalene)、辛搭烯(octalene)、吲丹烯(indacene)、乙烯合萘(acenaphthylene)、萉(phenalene)、菲(phenanthrene)、蒽(anthracene)、三茚 (trindene)、1,2-苯并苊(fluoranthene)、醋菲烯(acephenanthrylene)、醋蒽烯(aceanthrylene)、聯三伸苯(triphenylene)、芘(pyrene)、(chrysene)、四芬(tetraphene)、稠四苯(tetracene)、七曜烯(pleiadene)、苉(picene)、苝(perylene)、戊芬(pentaphene)、稠五苯、四伸苯(tetraphenylene)、螺旋烴(helicene)、己芬(hexaphene)、玉紅省(rubicene)、蔻(coronene)、聯三伸萘(trinaphthylene)、庚芬(heptaphene)、吡蒽(pyranthrene)、卵苯(ovalene)、心環烯(corannulene)、苯并[c]苉(benzo[c]picene)(fulminene)、蒽嵌蒽(anthanthrene)、二苯并[de,mn]稠四苯(dibenzo[de,mn]tetracene)(zethrene)、三苯并[de,kl,rst]戊芬(tribenzo[de,kl,rst]pentaphene)(terrylene)、稠四苯并稠四苯(naphthacenonaphthacene)、參茚并苯(truxene)、呋喃(furan)、呋喃并呋喃(furofuran)、二呋喃并呋喃(difurofuran)、苯并呋喃、異苯并呋喃、苯并呋喃并苯并呋喃(benzofurobenzofuran)、二苯并哌喃(xanthene)、噁蒽(oxathrene)、二苯并呋喃、迫二苯并呋喃并二苯并呋喃(peri-xanthenoxanthene)、噻吩(thiophene)、噻吩并噻吩(thienothiophene)、二噻吩并噻吩、苯并噻吩、異苯并噻吩、苯并噻吩并苯并噻吩、噻噸(thioxanthene)、噻蒽(thianthrene)、吩噁噻(phenoxathiin)、噻茚(thionaphthene)、異噻茚(isothianaphthene)、并噻吩(thiophthene)、萘并[2,3-b]噻吩(thiophanthrene)、二苯并噻吩、吡咯、吡咯并吡咯 (pyrrolopyrrole)、吲哚并吲哚(indoloindole)、二吡咯并吡咯、吡唑(pyrazole)、碲唑(tellurazole)、硒唑(selenazole)、噻唑、異噻唑、噁唑、呋呫(furazane)、吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪、三嗪、吲哚嗪(indolizine)、吲哚、異吲哚、吲唑、嘌呤(purine)、喹嗪(quinolizine)、異喹啉、咔唑、咪唑、萘啶(naphthyridine)、酞嗪(phthalazine)、喹唑啉(quinazoline)、苯并二氮呯(benzodiazepine)、喹噁啉、噌啉(cinnoline)、喹啉、喋啶(pteridine)、啡啶(phenanthridine)、吖啶、呸啶(perimidine)、啡啉(phenanthroline)、吩嗪(phenazine)、咔啉(carboline)、啡碲(phenotellurazine)、啡硒(phenoselenazine)、啡噻嗪(phenothiazine)、啡噁嗪(phenoxazine)、奧沙拉嗪(anthyridine)、苯并[lmn]菲啶(benzo[lmn]phenanthridine)thebenidine、喹叨啉(quindoline)、喹吲哚啉(quinindoline)、吖吲哚啉(acrindoline)、酞吡呤(phthaloperine)、三苯二噻嗪(triphenodithiazine)、三苯二噁嗪(triphenodioxazine)、酚嗪(phenanthrazine)、蒽吖嗪(anthrazine)、噻唑、噻二唑、苯并噻唑、苯并噻二唑、苯并咪唑、苯并噁唑、苯并異噁唑、苯并異噻唑、吲哚并咔唑、或者該些芳香環連結多個而成的芳香族化合物。更佳為可列舉自以下化合物中去除氫而產生的基團：苯、萘、菲、蒽、(chrysene)、呋喃、噻吩、噻吩并噻吩、二噻吩并噻吩、吡咯、咔唑、吲哚并咔唑、或者該些芳香環連結多個而成的芳香族化合物。此外，於由芳香環連結多個而成的芳香族化合物所產生的基團的情況下，連結的 數量較佳為2~10，更佳為2~7，所連結的芳香環可相同，亦可不同。於縮合環的情況下，較佳為2個~5個環縮合而成的縮合環。此外，於芳香環連結的情況、包含雜環的情況下，包含於芳香族雜環基中。芳香環是以芳香族烴環、芳香族雜環或者包含兩者的含義來使用。芳香族化合物、芳香族基亦相同。
此處，芳香環連結多個而產生的基團例如是由下述式所表示。
(Ar1~Ar6表示經取代或未經取代的芳香環)
上述芳香環連結多個而產生的基團的具體例例如可列舉自以下化合物中去除氫而產生的基團等：聯苯、聯三苯、三聯噻吩、聯吡啶、聯嘧啶、苯基萘、二苯基萘、苯基菲、吡啶基苯、 吡啶基菲、聯噻吩、三聯噻吩、聯-二噻吩并噻吩(bi-dithienothiophene)、苯基吲哚并咔唑等。
於R為由未經取代的芳香族烴所取代的炔基或烯基、或者由未經取代的芳香族雜環所取代的炔基或烯基的情況下，較佳為由碳數8~50的芳香族烴所取代的炔基或烯基、或者由碳數6~50的芳香族雜環所取代的炔基或烯基，更佳為由碳數8~26的芳香族烴所取代的炔基或烯基、或者由碳數6~26的芳香族雜環所取代的炔基或烯基。該些炔基、或者烯基上所取代的芳香族烴基或者芳香族雜環基與上述芳香族烴基或者芳香族雜環基相同。具體例可例示：苯基乙烯基、萘基乙烯基、苯基乙炔基、萘基乙炔基、噻吩基乙烯基、呋喃基乙烯基、噻吩基乙炔基、呋喃基乙炔基等。
於R為未經取代的烷基矽烷基炔基的情況下，較佳為碳數5~30的烷基矽烷基炔基，更佳為碳數5~20的烷基矽烷基炔基。具體例可例示：三甲基矽烷基乙炔基、三乙基矽烷基乙炔基、三異丙基矽烷基乙炔基、三異丁基矽烷基乙炔基等。
於R為未經取代的烷基矽烷基的情況下，較佳為碳數3~30的烷基矽烷基，更佳為碳數3~20的烷基矽烷基。具體例可例示：三甲基矽烷基、三乙基矽烷基、三異丙基矽烷基、三異丁基矽烷基等。
於R為未經取代的矽氧烷基的情況下，較佳為矽數1~30的矽氧烷基，更佳為矽數1~20的矽氧烷基。具體例可例示： 二矽氧烷、三矽氧烷、四矽氧烷、五甲基二矽氧烷、七甲基三矽氧烷、九甲基四矽氧烷、五苯基二矽氧烷、七苯基三矽氧烷、九苯基四矽氧烷等。
於R為未經取代的矽烷氧基烷基的情況下，較佳為矽數1~30的矽烷氧基烷基，更佳為矽數1~20的矽烷氧基烷基。矽氧烷烷基被理解為上述矽氧烷基在上述直鏈飽和烴基中進行取代而成的基團。具體例可例示：二矽氧烷乙基、三矽氧烷乙基、四矽氧烷乙基、二矽氧烷丁基、三矽氧烷丁基、四矽氧烷丁基、五甲基二矽氧烷乙基、七甲基三矽氧烷乙基、九甲基四矽氧烷乙基、五甲基二矽氧烷丁基、七甲基三矽氧烷丁基、九甲基四矽氧烷丁基等。
於R為未經取代的聚矽烷基的情況下，較佳為矽數1~30的聚矽烷基，更佳為矽數1~20的聚矽烷基。具體例可例示：矽烷、二矽烷、三矽烷、四矽烷、五甲基二矽烷、七甲基三矽烷、九甲基四矽烷、三苯基矽烷、五苯基二矽烷、七苯基三矽烷、九苯基四矽烷等。
於R為脂肪族烴基、烷氧基、經取代的胺基、經取代的磺醯基、芳香族烴基、芳香族雜環基、由芳香族烴所取代的炔基、由芳香族雜環所取代的炔基、由芳香族烴所取代的烯基、由芳香族雜環所取代的烯基、烷基矽烷基炔基、烷基矽烷基、矽氧烷基、矽氧烷烷基、或者聚矽烷基的情況下，可進而具有取代基，該取代基的總數分別為1~4，較佳為1~2。此外，由芳香環連結多個 而成的芳香族化合物所產生的基團亦同樣可具有取代基。較佳的取代基可列舉：碳數1~20的烷基、碳數2~20的烯基、碳數2~20的炔基、碳數1~20的烷氧基、碳數1~20的烷基胺基、碳數6~20的芳香族胺基、碳數1~20的烷基硫基、羥基、碳數2~10的烷氧基羰基、碳數1~10的烷基磺醯基、碳數1~10的鹵代烷基、碳數2~10的烷基醯胺基、碳數3~20的三烷基矽烷基、碳數4~20的三烷基矽烷基烷基、碳數5~20的三烷基矽烷基烯基、碳數5~20的三烷基矽烷基炔基、碳數6~20的芳香族烴基、碳數2~20的芳香族雜環基、由碳數8~22的芳香族烴所取代的炔基、由碳數4~22的芳香族雜環所取代的炔基、由碳數8~22的芳香族烴所取代的烯基、由碳數4~22的芳香族雜環所取代的烯基等。
具體例可例示：甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、正戊基、正己基、正辛基、正十二烷基、正十四烷基、正十八烷基、正二十二烷基、正二十四烷基之類的直鏈飽和烴基，異丁基、新戊基、2-乙基己基、2-己基辛基、4-癸基十二烷基等分支飽和烴基，環戊基、環己基、環辛基、4-丁基環己基、4-十二烷基環己基等飽和脂環烴基，甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正己氧基、甲基胺基、二甲基胺基、乙基胺基二甲基胺基、苯基胺基、二苯基胺基、甲基硫基、乙基硫基、乙烯基，1-丙烯基、2-丙烯基、異丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、甲氧基羰基、乙氧基 羰基、甲氧基羰基氧基、乙氧基羰基氧基、甲基磺醯基、乙基磺醯基、氯甲基、氯乙基、氯丙基、氯丁基、氯戊基、氯己基、氯辛基、氯十二烷基、溴甲基、溴乙基、溴丙基、溴丁基、溴戊基、溴己基、溴辛基、溴十二烷基、碘甲基、碘乙基、碘丙基、碘丁基、碘戊基、碘己基、碘辛基、碘十二烷基、甲基醯胺基、二甲基醯胺基、乙基醯胺基、二乙基醯胺基、三甲基矽烷基、三乙基矽烷基、三異丙基矽烷基、三異丁基矽烷基、三甲基矽烷基乙基、三乙基矽烷基乙基、三異丙基矽烷基乙基、三異丁基矽烷基乙基、三甲基矽烷基乙烯基、三乙基矽烷基乙烯基、三異丙基矽烷基乙烯基、三異丁基矽烷基乙烯基、三甲基矽烷基乙炔基、三乙基矽烷基乙炔基、三異丙基矽烷基乙炔基、三異丁基矽烷基乙炔基、苯、萘、菲、蒽、艸屈、呋喃、噻吩、噻吩并噻吩、二噻吩并噻吩、吡咯、咔唑、吲哚并咔唑、聯苯、聯三苯、三聯噻吩、聯吡啶、聯嘧啶、苯基萘、二苯基萘、苯基菲、吡啶基苯、吡啶基菲、聯噻吩、三聯噻吩、聯二噻吩并噻吩、苯基吲哚并咔唑、苯基乙烯基、萘基乙烯基、噻吩基乙烯基、呋喃基乙烯基、苯基乙炔基、萘基乙炔基、噻吩基乙炔基、呋喃基乙炔基等。於具有2個以上取代基的情況下，可相同亦可不同。
通式(1)所表示的化合物，即芳香族雜環化合物(1)較佳為可列舉上述通式(2)所表示的芳香族雜環化合物。通式(2)中，X及R與通式(1)的X及R含義相同。
雖將通式(2)所表示的芳香族雜環化合物稱為芳香族雜環化 合物(2)，但由於包含於芳香族雜環化合物(1)中，故而有時以芳香族雜環化合物(1)來代表。
另外，本發明亦有關於下述通式(3)所表示的芳香族雜環化合物。
此處，X、R、a、b、c及d與通式(1)含義相同。
通式(3)所表示的芳香族雜環化合物的較佳態樣有下述通式(4)所表示的芳香族雜環化合物。
此處，X及R與通式(3)含義相同，R的至少1個為一價取代基。
另外，本發明亦有關於下述通式(5)所表示的芳香族雜環化合物。
此處，X、R、a、b、c及d與通式(1)含義相同。
通式(5)所表示的芳香族雜環化合物的較佳態樣有下述通式(6)所表示的芳香族雜環化合物。
此處，X及R與通式(5)含義相同，R的至少1個為一價基。
通式(3)或通式(5)所表示的芳香族雜環化合物可作為用以將通式(1)所表示的化合物進行脫氫化反應而製造的中間體來使用。
通式(4)或通式(6)所表示的芳香族雜環化合物為通式(3)或通式(5)的更佳化合物，可作為用以將通式(2)所表示的化合物進行脫氫化反應而製造的中間體來使用。
雖將通式(3)~通式(6)所表示的芳香族雜環化合物分別稱為芳香族雜環化合物(3)~芳香族雜環化合物(6)，但，芳香族雜環化合物(4)由於包含於芳香族雜環化合物(3)中，故而有時以芳香族雜環化合物(3)來代表，芳香族雜環化合物(6)由於包含於芳香族雜環化合物(5)中，故而有時以芳香族雜環化合物(5)來代表。通式(3)~通式(6)中，與通式(1)相同的記號具有與通式(1)相同的含義。
本發明的芳香族雜環化合物(3)中，X由N-R所表示的化合物可利用例如下述反應式(A)所示的方法來合成。
[化9]
即，可藉由使將未經取代或具有取代基的二苯并噻吩加以醛化而成的化合物、與維蒂希鹽(Wittig salt)進行作用，來合成於二苯并噻吩中縮合有環己酮的化合物，進而，與未經取代或具有取代基的苯基肼鹽酸鹽進行反應，藉此來合成通式(3)所表示的芳香族雜環化合物。
另外，芳香族雜環化合物(3)中，X由O所表示的化合物可利用例如下述反應式(B)所示的方法來合成。
[化10]
另外，本發明的芳香族雜環化合物(5)可利用例如下述反應式(C)所示的方法來合成。
[化11]
如下述反應式(D)所示，可藉由通式(3)或通式(5)所表示的芳香族雜環化合物(3)或芳香族雜環化合物(5)的脫氫化反應，來合成通式(1)所表示的芳香族雜環化合物(1)。
[化12]
另外，可使上述通式(7)所表示的芳香族雜環化合物(稱為芳香族雜環化合物(7))與通式(8)所表示的化合物進行反應，來合成芳香族雜環化合物(1)。
通式(7)中，X與通式(1)的X含義相同。X1分別獨立地表示選自鹵素原子、羥基、-B(OH)2、磺醯基、三氟甲磺酸鹽、九氟丁磺酸鹽、氟磺酸酯、甲苯磺酸鹽中的反應性基或者通式(1)的R，且至少1個表示R以外的反應性基。e、g為1~4的整數，f、h為1~2的整數。通式(8)中，R與通式(1)的R的一價基含義相同，Y是可與通式(7)的X1進行反應，作為X1-Y而脫離，從而將X1取代為R的基團。
例如可使用如下述反應式(E)或反應式(F)所示的反應方法。
[化13]
即，於上述通式(7)的X1中，至少1個X1為例如鹵素原子之類的脫離官能基的情況下，可藉由通式(8)的化合物(R-Y)與脫鹵化氫(dehydrohalogenation)反應之類的交叉偶合(cross coupling)反應等，來合成通式(1)或通式(2)所表示的芳香族雜環化合物。交叉偶合反應例如可例示：玉尾-熊田-Corriu反應(Tamao-Kumada-Corriu reaction)、根岸反應(Negishi reaction)、右田-小杉-施蒂勒反應(Kosugi-Migita-Stille reaction)、鈴木-宮浦反應(Suzuki-Miyaura reaction)、檜山反應(Hiyama reaction)、薗頭反應(Sonogashira reaction)、溝呂木-赫克反應(Mizoroki-Heck reaction)等，可藉由視需要進行選擇來進行反應而獲得目標物。此時，根據各種反應來選擇金屬觸媒或反應溶劑、鹼、反應溫度、反應時間等而進行反應。然後，視需要進行萃取等後處理操作、純化操作，藉此可獲得所需純度的目標物。
以下示出通式(1)所表示的化合物的較佳具體例，但 並不限定於該些具體例。
[化16]
[化17]
[化18]
[化22]
[化25]
[化28]
[化32]
本發明的有機半導體材料包含通式(1)的芳香族雜環化合物(1)，較佳為含有50wt%以上的該化合物，更佳為含有90wt%以上。亦較佳為芳香族雜環化合物(1)自身為有機半導體材料。有機半導體材料中與芳香族雜環化合物(1)同時包含的成分只要是不損及作為有機半導體材料的性能的範圍，則並無特別限定，但宜為包含電荷傳輸性化合物的有機半導體材料。
本發明的有機半導體膜是由上述有機半導體材料所形成。有利的是經過如下步驟來形成：將上述有機半導體材料溶解於有機溶劑中，將所製備的溶液進行塗佈‧乾燥。該有機半導體膜可用作有機半導體元件中的有機半導體層。
繼而，以有機場效電晶體元件(organic thin film transistor element，OTFT元件)為例，基於圖1~圖4，對包括由本發明的有機半導體材料所形成的有機半導體膜的有機半導體元件進行說明。
圖1、圖2、圖3及圖4例示本發明的OTFT元件的實施形態，均為表示OTFT元件的結構的示意性剖面圖。
圖1所示的OTFT元件於基板1的表面上包括閘極2，於閘極2上形成有絕緣膜層3，於絕緣膜層3上設置源極5以及汲極6，進而形成有機半導體層4。
圖2所示的OTFT元件於基板1的表面上包括閘極2，於閘極2上形成絕緣膜層3，於該絕緣膜層3上形成有機半導體層 4，且於有機半導體層4上設置有源極5以及汲極6。
圖3所示的OTFT元件於基板1的表面上設置有源極5以及汲極6，且隔著有機半導體層4、絕緣膜層3而於最表面形成有閘極2。
圖4所示的OTFT元件中，本發明的有機半導體元件於基板1的表面上設置有有機半導體層4、源極5以及汲極6，且隔著絕緣膜層3而於最表面形成有閘極2。
基板1中使用的材料例如可列舉：玻璃、石英、氧化鋁、藍寶石、氮化矽、碳化矽等陶瓷基板，矽、鍺、砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵等半導體基板，聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸萘二酯(polynaphthalene terephthalate)等聚酯，聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、乙烯乙烯醇共聚物、環狀聚烯烴、聚醯亞胺、聚醯胺、聚苯乙烯等樹脂基板等。基板的厚度可設為約10μm~約2mm，尤其於可撓性的塑膠基板中例如宜為約50μm~約100μm，於剛直的基板，例如玻璃板或者矽晶圓等中可設為約0.1mm~約2mm。
閘極2可為金屬薄膜、導電性聚合物膜、由導電性的墨水或者膏所製作的導電性膜等，或者例如可如大量摻雜的矽般，將基板其本身設為閘極。閘極的材料的例子可例示：鋁、銅、不鏽鋼、金、鉻、n摻雜或者p摻雜的矽、銦錫氧化物、摻雜有導電性聚合物例如聚苯乙烯磺酸的聚(3,4-伸乙基二氧噻吩)、包含碳黑/石墨的導電性墨水/膏、或者於聚合物黏合劑中分散有膠體狀銀的材料等。
閘極2可藉由使用真空蒸鍍、金屬或者導電性金屬氧化物的濺鍍、導電性聚合物溶液或者導電性墨水的旋轉塗佈、噴墨、噴霧、塗佈、澆鑄等來製作。閘極2的厚度例如較佳為約10nm~10μm的範圍。
絕緣膜層3通常可設為無機材料膜或者有機聚合物膜。適合作為絕緣膜層3的無機材料的例子可例示：氧化矽、氮化矽、氧化鋁、鈦酸鋇、鈦酸錯鋇等。適合作為絕緣膜層3的有機化合物的例子有：聚酯類、聚碳酸酯類、聚(乙烯基苯酚)、聚醯亞胺類、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸酯)類、聚(丙烯酸酯)類、環氧樹脂等。另外，亦可於有機聚合物中分散無機材料而作為絕緣層膜來使用。絕緣膜層的厚度根據所使用的絕緣材料的介電常數而不同，例如為約10nm~10μm。
形成上述絕緣膜層的方法例如可列舉：真空蒸鍍法、化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)法、濺鍍法、雷射蒸鍍法等乾式成膜法，或旋轉塗佈法、刮刀塗佈法、網版印刷、噴墨印刷、壓印(stamp)法等濕式製膜法，可根據材料來使用。
源極5以及汲極6可由對後述有機半導體層4賦予低電阻的歐姆接觸的材料來製作。源極5以及汲極6的較佳材料可使用閘極2中作為較佳材料而例示的材料，例如有金、鎳、鋁、鉑、導電性聚合物以及導電性墨水等。源極5以及汲極6的厚度典型為例如約40nm~約10μm，更佳為厚度為約10nm~1μm。
形成源極5以及汲極6的方法例如可列舉：真空蒸鍍 法、濺鍍法、塗佈法、熱轉印法、印刷法、溶膠凝膠法等。製膜時或者製膜後，較佳為視需要進行圖案化。圖案化的方法例如可列舉將光阻劑(photoresist)的圖案化與蝕刻加以組合的光微影法(photolithography method)等。另外，亦可利用噴墨印刷、網版印刷、平版印刷的印刷法、微接觸印刷法(micro-contact printing method)等軟微影(soft lithography)法等，或將該些方法組合多種而成的手法，來進行圖案化。
形成有機半導體層4的方法例如可列舉：真空蒸鍍法、CVD法、濺鍍法、雷射蒸鍍法等乾式成膜法，或如下的濕式成膜法，即，藉由在基板上塗佈溶液或分散液後，將溶劑或分散介質去除而形成薄膜，但較佳為使用濕式成膜法。濕式成膜法可例示：旋轉塗佈法、刮刀塗佈法、網版印刷、噴墨印刷、壓印法等。例如於使用旋轉塗佈法的情況下，藉由如下方式來進行：藉由將本發明的有機半導體材料溶解於對該有機半導體材料具有溶解度的適當溶劑中而製備濃度為0.01wt%~10wt%的溶液後，於形成於基板1上的絕緣膜層3上滴加有機半導體材料溶液，繼而以每分鐘500轉~6000轉來進行5秒~120秒處理。上述溶劑是根據有機半導體材料所具有的對各溶劑的溶解度及製膜後的膜質來選擇，例如可使用選自以下溶劑中的溶劑：水、甲醇所代表的醇類、甲苯所代表的芳香族烴類、己烷或環己烷等所代表的脂肪族烴類、硝基甲烷或硝基苯等有機硝基化合物、四氫呋喃或二噁烷等環狀醚化合物、乙腈或苯甲腈等腈系化合物、丙酮或甲基乙基酮 等酮類、乙酸乙酯等酯類、二甲基亞碸、二甲基乙醯胺、環丁碸、N-甲基吡咯啶酮、二甲基咪唑啶酮等所代表的非質子性極性溶劑等。另外，該些溶劑亦可將2種以上組合使用。
可利用上述方法來製作使用本發明的有機半導體材料的有機場效電晶體元件。所得的有機場效電晶體元件中，有機半導體層形成溝道區域，藉由以對閘極施加的電壓來控制在源極與汲極之間流通的電流，而進行接通/斷開操作。
由本發明的有機半導體材料獲得的有機半導體元件的其他較佳態樣之一可列舉有機光伏元件。具體而言為於基板上具有正極、有機半導體層以及負極的有機光伏元件，且為上述有機半導體層包含上述本發明的有機半導體材料的有機半導體元件。
參照圖式，來對本發明的有機光伏元件的結構進行說明，但本發明的有機光伏元件的結構不受圖示結構的任何限定。
圖5是表示本發明中使用的一般有機光伏元件的結構例的剖面圖，7表示基板，8表示正極，9表示有機半導體層，10表示負極。另外，圖6是表示積層了有機半導體層的情況的結構例的剖面圖，9-a為p型有機半導體層，9-b為n型有機半導體層。
基板並無特別限定，例如可設為現有公知的構成。較佳為使用具有機械強度、熱強度且具有透明性的玻璃基板或透明性樹脂膜。透明性樹脂膜可列舉：聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯基丁醛、尼龍、聚醚醚酮、聚碸、聚 醚碸、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚胺基甲酸酯、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、聚丙烯等。
電極材料較佳為對其中一個電極使用功函數大的導電性原材料，且對另一電極使用功函數小的導電性原材料。使用功函數大的導電性原材料的電極成為正極。該功函數大的導電性原材料除了金、鉑、鉻、鎳等金屬以外，較佳為使用具有透明性的銦、錫等的金屬氧化物，複合金屬氧化物(銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、銦鋅氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)等)。此處，用於正極的導電性原材料較佳為與有機半導體層進行歐姆接合的原材料。進而，於後述使用電洞傳輸層的情況中下，用於正極的導電性原材料較佳為與電洞傳輸層進行歐姆接合的原材料。
使用功函數小的導電性原材料的電極成為負極，該功函數小的導電性原材料可使用鹼金屬或鹼土類金屬，具體而言使用鋰、鎂、鈣。另外，錫或銀、鋁亦可較佳使用。進而，包含上述金屬的合金或包含上述金屬的積層體的電極亦較佳使用。另外，藉由在負極與電子傳輸層的界面導入氟化鋰或氟化銫等金屬氟化物，亦可提高取出電流。此處，用於負極的導電性原材料較佳為與有機半導體層進行歐姆接合的原材料。進而，於後述使用電子傳輸層的情況下，用於負極的導電性原材料較佳為與電子傳輸層進行歐姆接合的原材料。
有機半導體層包含芳香族雜環化合物(1)。即，使用包含通式(1)所表示的芳香族雜環化合物的本發明有機半導體材料來形成有機半導體層。本發明的有機半導體材料用於p型有機半導體材料(以下稱為p型有機材料)、n型有機半導體材料(以下稱為n型有機材料)或者兩者。可使用2種以上的芳香族雜環化合物(1)，將其1種以上作為p型有機材料成分，且將另1種以上作為n型有機材料成分。另外，p型有機材料或者n型有機材料的其中一者亦可設為不含芳香族雜環化合物(1)的化合物。
使用包含至少1種式(1)所表示的化合物的有機半導體材料來形成有機半導體層。式(1)所表示的化合物發揮作為p型有機材料或者n型有機材料的功能。
p型有機材料與n型有機材料該些材料較佳為進行混合，較佳為p型有機材料與n型有機材料以分子級別相溶或相分離。該相分離結構的區域尺寸並無特別限定，通常為1nm以上、50nm以下的尺寸。另外，於p型有機材料與n型有機材料進行積層的情況下，較佳為具有p型有機材料的層為正極側，且具有n型有機材料的層為負極側。有機半導體層較佳為5nm~500nm的厚度，更佳為30nm~300nm。於積層的情況下，上述厚度中，包含本發明的p型有機材料的層較佳為具有1nm~400nm的厚度，更佳為15nm~150nm。
p型有機材料可將芳香族雜環化合物(1)中顯示出p型半導體特性的化合物單獨使用，亦可包含其他的p型有機材料。 其他的p型有機材料例如可列舉：聚噻吩系聚合物、苯并噻二唑-噻吩系衍生物、苯并噻二唑-噻吩系共聚物、聚-對伸苯基伸乙烯(poly-p-phenylenevinylene)系聚合物、聚-對伸苯基系聚合物、聚茀系聚合物、聚吡咯系聚合物、聚苯胺系聚合物、聚乙炔系聚合物、聚伸噻吩基伸乙烯(polythienylenevinylene)系聚合物等共軛系聚合物，或H2酞菁(H2Pc)、銅酞菁(CuPc)、鋅酞菁(ZnPc)等酞菁衍生物，卟啉(porphyrin)衍生物、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-4,4'-二苯基-1,1'-二胺(N,N'-diphenyl-N,N'-di(3-methylphenyl)-4,4'-diphenyl-1,1'-diamine，TPD)、N,N'-二萘基-N,N'-二苯基-4,4'-二苯基-1,1'-二胺(N,N'-dinaphthyl-N,N'-diphenyl-4,4'-diphenyl-1,1'-diamine，NPD)等三芳基胺衍生物，4,4'-二(咔唑-9-基)聯苯(4,4'-di(carbazol-9-yl)biphenyl，CBP)等咔唑衍生物，寡聚噻吩衍生物(三聯噻吩、四聯噻吩、六聯噻吩(sexithiophene)、八聯噻吩(octythiophene)等)等低分子有機化合物。
n型有機材料可將芳香族雜環化合物(1)中顯示出n型半導體特性的化合物單獨使用，亦可使用其他的n型有機材料。其他的n型有機材料例如可列舉：1,4,5,8-萘四羧酸二酐(1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic dianhydride，NTCDA)、3,4,9,10-苝四羧酸二酐(3,4,9,10-perylene tetracarboxylic dianhydride，PTCDA)、3,4,9,10-苝四羧酸雙苯并咪唑(3,4,9,10-perylene tetracarboxylic bisbenzimidazole，PTCBI)、 N,N'-二辛基-3,4,9,10-萘基四羧基二醯亞胺(N,N'-dioctyl-3,4,9,10-naphthyl tetracarboxy diimide，PTCDI-C8H)、2-(4-聯苯基)-5-(4-第三丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(2-(4-biphenylyl)-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole，PBD)、2,5-二(1-萘基)-1,3,4-噁二唑(2,5-di(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazole，BND)等噁唑衍生物、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-第三丁基苯基)-1,2,4-三唑(3-(4-biphenylyl)-4-phenyl-5-(4-t-butylphenyl)-1,2,4-triazole，TAZ)等三唑衍生物、啡啉(phenanthroline)衍生物、氧化膦衍生物、富勒烯(fullerene)化合物(以C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94為代表的未經取代的化合物，及[6,6]-苯基C61丁酸甲酯([6,6]-phenyl C61 butyric acid methylester，[6,6]-PCBM)、[5,6]-苯基C61丁酸甲酯([5,6]-phenyl C61 butyric acid methylester，[5,6]-PCBM)、[6,6]-苯基C61丁酸己酯([6,6]-phenyl C61 butyric acid hexylester，[6,6]-PCBH)、[6,6]-苯基C61丁酸十二烷基酯([6,6]-phenyl C61 butyric acid dodecylester，[6,6]-PCBD)、苯基C71丁酸甲酯(phenyl C71 butyric acid methylester，PC70BM)、苯基C85丁酸甲酯(phenyl C85 butyric acid methylester，PC84BM)等)、碳奈米管(carbon nanotube，CNT)、於聚-對伸苯基乙烯系聚合物中導入有氰基的衍生物(cyano-polyphenylene vinylene，CN-PPV)等。
本發明的有機光伏元件中，亦可於正極與有機半導體層 之間設置電洞傳輸層。形成電洞傳輸層的材料較佳為使用：聚噻吩系聚合物、聚-對伸苯基伸乙烯系聚合物、聚茀系聚合物等導電性高分子，或酞菁衍生物(H2Pc、CuPc、ZnPc等)、卟啉衍生物等顯示出p型半導體特性的低分子有機化合物。特佳為使用作為聚噻吩系聚合物的聚乙烯二氧噻吩(polyethylene dioxythiophene，PEDOT)或於PEDOT中添加有聚苯乙烯磺酸酯(polystyrene sulfonate，PSS)的材料。電洞傳輸層較佳為5nm~600nm的厚度，更佳為30nm~200nm。
另外，本發明的有機光伏元件亦可於有機半導體層與負極之間設置電子傳輸層。形成電子傳輸層的材料並無特別限定，較佳為使用如上述n型有機材料(NTCDA、PTCDA、PTCDI-C8H、噁唑衍生物、三唑衍生物、啡啉衍生物、氧化膦衍生物、富勒烯化合物、CNT、CN-PPV等)般顯示出n型半導體特性的有機材料。電子傳輸層較佳為5nm~600nm的厚度，更佳為30nm~200nm。
另外，本發明的有機光伏元件可隔著1個以上的中間電極而將2層以上的有機半導體層進行積層(串聯(tandem)化)來形成串聯接合。例如可列舉如下的積層構成：基板/正極/第1有機半導體層/中間電極/第2有機半導體層/負極。藉由以上述方式進行積層，可提高開路電壓(open circuit voltage)。此外，可於正極與第1有機半導體層之間、以及中間電極與第2有機半導體層之間設置上述電洞傳輸層，亦可於第1有機半導體層與中間電極之間、以及第2有機半導體層與負極之間設置上述電洞傳輸層。
於如上所述的積層構成的情況下，較佳為有機半導體層的至少1層包含式(1)所表示的本發明的化合物，且於其他層中，為了不降低短路電流而包含與本發明的p型有機材料的能帶隙(band gap)不同的p型有機材料。此種p型有機材料例如可列舉：上述聚噻吩系聚合物、聚-對伸苯基伸乙烯系聚合物、聚-對伸苯基系聚合物、聚茀系聚合物、聚吡咯系聚合物、聚苯胺系聚合物、聚乙炔系聚合物、聚伸噻吩基伸乙烯系聚合物等共軛系聚合物，或H2酞菁(H2Pc)、銅酞菁(CuPc)、鋅酞菁(ZnPc)等酞菁衍生物，卟啉衍生物、N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-4,4'-二苯基-1,1'-二胺(TPD)、N,N'-二萘基-N,N'-二苯基-4,4'-二苯基-1,1'-二胺(NPD)等三芳基胺衍生物，4,4'-二(咔唑-9-基)聯苯(CBP)等咔唑衍生物，寡聚噻吩衍生物(三聯噻吩、四聯噻吩、六聯噻吩、八聯噻吩等)等低分子有機化合物。
另外，此處，所使用的中間電極用的原材料較佳為具有高導電性的原材料，例如可列舉：上述金、鉑、鉻、鎳、鋰、鎂、鈣、錫、銀、鋁等金屬，或具有透明性的銦、錫等的金屬氧化物、複合金屬氧化物(銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)等)、包含上述金屬的合金或上述金屬的積層體、聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)或於PEDOT中添加有聚苯乙烯磺酸酯(PSS)的原材料等。中間電極較佳為具有光透過性，但即便是光透過性低的金屬之類的原材料，通常亦可藉由減小膜厚來確保充分的光透過性。
形成有機半導體層時，可使用旋轉塗佈、刮刀塗佈、狹 縫模塗佈、網版印刷塗佈、棒塗佈機塗佈、鑄模塗佈、印刷轉印法、浸漬提拉法(dip-drawing method)、噴墨法、噴霧法、真空蒸鍍法等任一種方法，只要根據膜厚控制或配向控制等，所欲獲得的有機半導體層特性來選擇形成方法即可。
本發明的有機半導體元件使用本發明的有機半導體材料。有機半導體元件較佳為有機場效電晶體、或者有機光伏元件。
[實施例]
以下，藉由實施例來對本發明進一步詳細地進行說明，本發明當然並不限定於該些實施例，只要不超出其要旨，則可以多種形態來實施。此外，化合物編號與上述化學式中所標註的編號對應。
實施例1
於氮氣氣流下，向1000mL的反應器中添加二苯并噻吩(1-A)(109mmol，20.0g)及脫水四氫呋喃(tetrahydrofuran，THF)(100mL)，於0℃下攪拌30分鐘。向其中滴加2N的BuLi-己烷溶液(60mL，156mmol)。滴加結束後，將混合物進行6小時加熱回流。冷卻至室溫後，滴加脫水二甲基甲醯胺(dimethylformamide，DMF)(20mL，160mmol)，然後於室溫下攪拌一晚。將反應混合物注入至6N鹽酸(500mL)中，以乙酸進行萃取，將有機層以水進行清洗並進行乾燥。利用管柱層析法而獲得化合物(1-B)8.0g。
於氮氣氣流下，向500mL的反應器中添加3-溴丙酸(1-C)(169mmol，25g)及三苯基膦(196mmol，51.42g)、脫水乙腈(70mL)。添加結束後，於加熱回流下攪拌5小時。放置冷卻至室溫後，將反應液進行濃縮。將所析出的固體以乙酸乙酯進行清洗，獲得維蒂希鹽(wittig-salt)(1-D)65.2g。
於氮氣氣流下，向500mL的反應器中添加化合物(1-B)(37.7mmol，8.0g)及維蒂希鹽(1-D)(3377mmol，1402g)、脫水THF(75mL)、脫水二甲基亞碸(dimethylsulfoxide，DMSO)(75mL)，於27℃(水浴)下攪拌30分鐘。向其中每次少量地注加60%氫化鈉(112.1mmol，3.5g)，攪拌6小時。將反應混合物注入至2N氫氧化鈉水溶液中，以乙酸乙酯進行清洗，進而將乙酸乙酯層以2N氫氧化鈉水溶液進行萃取。將水層合併，添加6N鹽酸，將pH值調整為1，以乙酸乙酯進行萃取。將有機層以水 進行清洗，將溶劑蒸餾去除，藉此獲得化合物(1-E)9.6g。
於氮氣氣流下，向300mL的反應器中添加化合物(1-E)(35mmol，9.4g)及脫水乙醇(50mL)、脫水乙酸乙酯(50mL)、10%的Pd/C(0.5g)，進行10分鐘的氮氣起泡。使用氫起泡裝置，於室溫下向溶劑中吹入氫氣10小時。進而添加10%的Pd/C(0.5g)，吹入9小時的氫。反應結束後，將觸媒過濾分離，然後將溶劑蒸餾去除，藉此獲得化合物(1-F)8.8g。
於氮氣氣流下，向200mL的反應器中添加化合物(1-F) (32.6mmol，8.8g)及2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪(65.1mmol，12.0g)、脫水二氯甲烷(50mL)，於室溫下攪拌5分鐘。然後，於室溫下緩慢地注加脫水吡啶(97.7mmol，7.7g)，攪拌8小時。繼而，於室溫下緩慢地添加氯化鋁(65.1mmol，8.7g)，攪拌4小時。反應結束後，注入至1N的HCl中，以氯仿進行萃取。將有機層以水進行清洗並乾燥，將溶劑蒸餾去除後，利用管柱層析法來獲得化合物(1-G)3.3g。
於氮氣氣流下，向50mL的反應器中添加化合物(1-G)(6.0mmol，2.5g)及苯基肼鹽酸鹽(12mmol，1.7g)的脫水乙醇溶液(5mL)，於室溫下攪拌5分鐘。然後，注加冰乙酸(4.8mmol，0.3g)，於90℃下攪拌4.5小時。反應結束後，濾取所生成的沈澱，以乙醇、水進行清洗後，進而以二氯甲烷進行清洗，藉此獲得化合物(1-H)2.7g。將所得化合物(H)的核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)光譜資料示於圖7中。
於氮氣環境下，向300mL的茄型燒瓶中添加化合物(1-H)(10.3mmol，3.4g)及氯醌(14.4mmol，3.5克)、二甲苯(150mL)，進行6小時加熱回流。反應結束後，將反應混合物冷卻至室溫，將所析出的固體過濾分離。將所濾取的固體以甲苯、二氯甲烷進行清洗，藉此獲得化合物(化合物A101)3.0g。將所得化合物(A101)的NMR光譜資料示於圖8中。
實施例2
[化39]
於氮氣環境下，向200mL的三口燒瓶中添加化合物(101)(7.7mmol，2.5g)、DMF(120mL)、62%的NaH(8.4mmol，0.34g)、碘辛烷(8.4mmol，2.1g)，於室溫下攪拌一晚。向反應液中添加少量甲醇，確認不起泡後，將反應混合物注入至水中，將沈澱過濾分離，以甲醇、己烷進行清洗，獲得目標化合物(201)2.4g。將所得化合物(化合物A201)的NMR光譜資料示於圖9中。
實施例3
於氮氣氣流下，向10L的反應器中添加二苯并呋喃(2-A)(3448mmol，580g)及脫水THF(2260mL)，於0℃下攪拌30分鐘。向其中滴加添加1.6M的BuLi-庚烷溶液(3414mmol，2134mL)。於-78℃下攪拌30分鐘後，滴加添加DMF(5173mmol，401mL)。將其升溫至室溫後，繼續攪拌2小時。將反應溶液注加至6M鹽酸中，將pH值調整為1。將其以乙酸乙酯進行萃取後，以水、鹵水(brine)進行清洗，以硫酸鈉加以乾燥，進行過濾、濃縮而獲得作為黃白色固體的化合物(2-B)的粗體690g。
於氮氣氣流下，向20L的反應器中添加化合物(2-B)(3411mmol，690g)及維蒂希鹽(1-D)(3377mmol，1402g)、脫水THF(6L)、脫水DMSO(6L)，於27℃(水浴)下攪拌30分鐘。向其中每次少量地注加氫化鈉(7164mmol，286g)，攪拌20小時。對1M的鹽酸水溶液注加反應液，將其以甲苯進行萃取後，以水進行清洗，以硫酸鈉加以乾燥，進行過濾、濃縮而獲得作為黃色黏性液體的化合物(2-E)的粗體1545g。
於氮氣氣流下，向1L的茄型燒瓶中添加化合物(2-E)(198mmol，50g)及脫水乙醇(280mL)、脫水乙酸乙酯(280mL)，於室溫下一邊攪拌1小時，一邊進行氮氣起泡。繼而，添加10%的Pd/C(31g)，於室溫下一邊攪拌1小時，一邊進行氫氣起泡。然後，於氫氣環境下(使用1L的氣球，1氣壓)、室溫下攪拌22小時。藉由矽藻土過濾而去除不溶物，以乙酸乙酯進行清洗 後，將所得的濾液進行濃縮而獲得作為黃色液體的化合物(2-F)的粗體。
於氮氣氣流下，向1L的茄型燒瓶中添加化合物(2-F)(161mmol，41g)及2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪(322mmol，59.4g)、脫水二氯甲烷(415mL)，於室溫下攪拌5分鐘。然後，於室溫下緩慢地注加脫水吡啶(484mmol，39.1mL)，攪拌20小時。繼而，於室溫下緩慢地添加氯化鋁(322mmol，43g)，攪拌4小時。將反應液注加至經冷卻為0℃的丙酮中來停止反應。短暫攪拌後，對懸浮溶液進行矽藻土過濾。向其中添加甲醇，藉由矽藻土過濾來 將所析出的固體去除。將所得的濾液進行濃縮，以甲苯進行萃取，以1M的鹽酸水溶液進行清洗後，以硫酸鈉加以乾燥，進行過濾、濃縮，以甲醇進行清洗後，獲得化合物(2-G)46.4g。
於氮氣氣流下，向300mL的茄型燒瓶中添加碳酸銫(85.8mmol，28.0g)、Pd2(dba)3(0.20mmol，0.18g)、4,5-雙二苯基膦-9,9-二甲基氧雜蒽(Xantphos)(0.48mmol，0.28g)、1,4-二噁烷200mL，且添加化合物(2-G)(78.0mmol，18.4g)及1-溴-2-碘苯(39.0mmol，11.0g)，於80℃下進行24小時攪拌。冷卻至室溫後，添加乙酸乙酯與水來進行分液操作，將有機層以水進行清洗後，以硫酸鈉進行乾燥。過濾後進行濃縮，利用管柱層析法來獲得化合物(2-H)11.9g。
於氮氣氣流下，向100mL的茄型燒瓶中添加化合物(2-H)(3.4mmol，11.9g)、五硫化二磷(7.6mmol，1.7g)、脫水甲苯40mL，於室溫下攪拌10分鐘後，添加六甲基二矽氧烷(51.7mmol，8.4g)，於90℃下進行21小時攪拌。冷卻至室溫後，使反應混合物通過矽膠的層，將濾液進行濃縮，將濃縮物直接用於下一反應中。
於氮氣氣流下，向200mL的茄型燒瓶中添加碳酸銫(45.6mmol，14.9g)、Pd2(dba)3(0.82mmol，0.75g)、2,2'-雙(二苯基膦基)二苯基醚DPE(1.64mmol，0.88g)、化合物(2-I)(30.4mmol，12.4g)、脫水甲苯100mL，於100℃下進行20小時攪拌。冷卻至室溫後進行矽藻土過濾，將濾液進行濃縮，利用管柱層析法來獲得化合物(2-J)7.3g。
於氮氣氣流下，向300mL的茄型燒瓶中添加化合物(2-J)(22.4mmol，7.3g)、脫水DMF(150mL)來進行攪拌，一邊與冰浴中冷卻一邊添加N-溴琥珀醯亞胺 (N-bromosuccinimide，NBS)(45.0mmol，8.0g)。2個半小時後去除冰浴而設為室溫下，攪拌一晚。於反應液中添加甲醇，將沈澱物過濾後，以甲醇進行清洗，獲得化合物(2-K)9.2g。
於氮氣環境下，向300mL的茄型燒瓶中添加化合物(2-K)(15.1mmol，7.3g)及氯醌(22.6mmol，5.6克)、二甲苯(300mL)，進行6小時加熱回流。反應結束後，將反應混合物冷卻至室溫，將所析出的固體過濾分離。將所濾取的固體以甲苯、二氯甲烷進行清洗，藉此獲得化合物(2-L)6.8g。
於氮氣環境下，向300mL的茄型燒瓶中添加化合物(2-L)(10.4mmol，5.0g)及脫水THF(80mL)、二異丙基胺(80mL)、1-辛炔(24mmol，2.7g)、碘化銅(4.0mmol，0.75g)、四-三苯基膦鈀(2.1mmol，2.4g)，於85℃下攪拌6小時。將反應混合物進行減壓濃縮，將殘渣溶解於二氯甲烷中，以水進行清洗，然後進行減壓濃縮、乾燥。將所得的固體以甲醇進行清洗，藉此獲得化合物(2-M)4.7g。
於氮氣氣流下，向100mL的茄型燒瓶中添加化合物(2-M)(8.3mmol，4.5g)、脫水甲苯(30mL)，於室溫下一邊攪拌1小時一邊進行氮氣起泡。繼而，添加10%的Pd/C(3.0g)，於室溫下一邊攪拌1小時，一邊進行氫氣起泡。然後，於氫氣環境下(使用1L的氣球，1氣壓)、室溫下攪拌22小時。藉由矽藻土過濾而去除不溶物，將所得的濾液進行濃縮後，利用管柱層析法而獲得化合物(B106)。FDMS,m/z 548
實施例4
製成圖2所示的構成的有機場效電晶體，對本發明的有機半導體材料的特性進行評價。首先，將具有約300nm厚度的熱成長氧化矽層的矽晶圓(n摻雜)以硫酸-過氧化氫水溶液進行清洗，以異丙醇煮沸後，加以乾燥。於所得的具有熱成長氧化矽層的矽晶圓(n摻雜)上，利用旋轉塗佈法將化合物(A201)的氯苯溶液(2wt%)進行製膜後，於80℃下進行熱處理，藉此形成厚度為50nm的化合物(A201)的薄膜。進而，使用遮罩，於該膜的表面蒸鍍金而形成源極以及汲極。源極以及汲極製作寬度為100μm、厚度為200nm，且溝道寬度W=2mm、溝道長度L=50μm的有機場效電晶體。
於所得的有機場效電晶體的源極以及汲極間施加-100V的電壓，使閘極電壓在-20V~-100V的範圍內變化，於25℃的溫度下求出電壓-電流曲線，對其電晶體特性進行評價。使用表示汲極電流Id的下述式(I)來算出場效遷移率(μ)。
Id=(W/2L)μCi(Vg-Vt)2 (I)
上述式(I)中，L為溝道長度，W為溝道寬度。另外，Ci為絕緣層的每單位面積的電容，Vg為閘極電壓，Vt為臨限電壓。所算出的場效遷移率為8.0×10-1cm2/Vs。
實施例5
以與化合物(A201)、化合物(B106)相同的方式，來合成化合物(A101)、化合物(A216)、化合物(A218)、化合物(A221)、化合物(A226)、化合物(A501)、化合物(A702)、化合物(A805)。實施例4中，除了代替化合物(A201)的氯苯溶液(2wt%)，而使用化合物(A101)、化合物(A216)、化合物(A218)、化合物(A221)、化合物(A226)、化合物(A501)、化合物(A702)、或者化合物(A805)的氯苯溶液(2wt%)以外，進行相同的操作來製作有機場效電晶體，以與實施例4相同的方式對所得元件評價電晶體特性。將結果示於表1中。
實施例6
實施例4中，除了代替化合物(A201)的氯苯溶液(2wt%)，而使用化合物(B101)、化合物(B106)、化合物(B147)、化合物(B151)、化合物(B166)、或者化合物(B172)的氯苯溶液(2wt%)以外，進行相同的操作來製作有機場效電晶體，以與實施例 4相同的方式對所得元件評價電晶體特性。將結果示於表2中。
比較例1
實施例4中，除了代替化合物(A201)的氯苯溶液(2wt%)，而使用下述化合物(H1)的氯苯溶液(2wt%)以外，進行相同的操作來製作有機場效電晶體。以與實施例4相同的方式對所得元件評價電晶體特性，結果，場效遷移率為1.1×10-2cm2/Vs。
根據上述實施例與比較例1的比較，可明確：使用式(1)所表示的芳香族雜環化合物的有機場效電晶體具有高的特性。
1‧‧‧基板
2‧‧‧閘極
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧有機半導體
5‧‧‧源極
6‧‧‧汲極

Claims (10)

  1. 一種芳香族雜環化合物，其是由下述通式(1)所表示： 此處，X表示氧原子或N-R，R分別獨立地為選自由氫原子、鹵素原子、羥基、經取代或未經取代的碳數1~30的脂肪族烴基、經取代或未經取代的碳數1~30的烷氧基、經取代或未經取代的胺基、硫醇基、經取代或未經取代的磺醯基、氰基、經取代或未經取代的碳數6~48的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數2~48的芳香族雜環基、由經取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的烯基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的烯基、經取代或未經取代的碳數5~30的烷基矽烷基炔基、經取代或未經取代的碳數3~30的烷基矽烷基、經取代或未經取代的矽數1~30的矽氧烷基、經取代或未經取代的矽數1~30的矽氧烷烷基、以及經取代或未經取代的矽數1~30的聚矽 烷基所組成的組群中的一價基，a、c為1~4的整數，b、d為1~2的整數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的芳香族雜環化合物，其中R的至少1個為選自由鹵素原子、經取代或未經取代的碳數1~12的脂肪族烴基、經取代或未經取代的碳數1~12的烷氧基、硫醇基、經取代或未經取代的碳數1~12的磺醯基、氰基、經取代或未經取代的碳數6~24的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~18的芳香族雜環基、由經取代或未經取代的碳數8~26的芳香族烴所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數6~26的芳香族雜環所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數8~26的芳香族烴所取代的烯基、由經取代或未經取代的碳數6~26的芳香族雜環所取代的烯基、經取代或未經取代的碳數5~20的烷基矽烷基炔基、經取代或未經取代的碳數3~20的烷基矽烷基、經取代或未經取代的矽數1~20的矽氧烷基、經取代或未經取代的矽數1~20的矽氧烷烷基、以及經取代或未經取代的矽數1~20的聚矽烷基所組成的組群中的一價基。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的芳香族雜環化合物，其是由下述通式(2)所表示： 此處，X及R與通式(1)的X及R含義相同。
  4. 一種如申請專利範圍第2項所述的芳香族雜環化合物的製造方法，其特徵在於：使下述通式(7)所表示的芳香族雜環化合物與下述通式(8)所表示的化合物進行反應，而製成將通式(7)中的X1取代為R的化合物， 此處，X與通式(1)的X含義相同；X1分別獨立地表示選自鹵素原子、羥基、-B(OH)2、磺醯基、三氟甲磺酸鹽、九氟丁磺酸鹽、氟磺酸酯、甲苯磺酸鹽中的反應性基或者通式(1)的R，至少1個表示所述反應性基；e、g為1~4的整數，f、h為1~2的整數； R-Y (8)此處，R與通式(1)的R含義相同，Y是可與通式(7)的X1進行反應，作為X1-Y而脫離，從而將X1取代為R的基團。
  5. 一種有機半導體材料，其特徵在於：含有如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的芳香族雜環化合物。
  6. 一種有機半導體膜，其特徵在於：由如申請專利範圍第5項所述的有機半導體材料所形成。
  7. 一種有機半導體膜，其特徵在於：經過將如申請專利範圍第5項所述的有機半導體材料溶解於有機溶劑中，將所製備的溶液進行塗佈‧乾燥的步驟而形成。
  8. 一種有機半導體元件，其特徵在於：使用如申請專利範圍第5項所述的有機半導體材料。
  9. 一種有機薄膜電晶體，其特徵在於：將如申請專利範圍第5項所述的有機半導體材料用於半導體層。
  10. 一種有機光伏元件，其特徵在於：將如申請專利範圍第5項所述的有機半導體材料用於半導體層。
TW103111584A 2013-03-29 2014-03-28 芳香族雜環化合物、其製造方法、有機半導體材料、有機半導體元件、有機半導體膜、有機薄膜電晶體及有機光伏元件 TWI577683B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013074538 2013-03-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201444853A TW201444853A (zh) 2014-12-01
TWI577683B true TWI577683B (zh) 2017-04-11

Family

ID=51623754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103111584A TWI577683B (zh) 2013-03-29 2014-03-28 芳香族雜環化合物、其製造方法、有機半導體材料、有機半導體元件、有機半導體膜、有機薄膜電晶體及有機光伏元件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10032993B2 (zh)
JP (1) JP6275118B2 (zh)
KR (1) KR102090300B1 (zh)
CN (1) CN105073754B (zh)
TW (1) TWI577683B (zh)
WO (1) WO2014156773A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102398991B1 (ko) * 2014-09-29 2022-05-17 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤 유기 전계발광 소자용 재료 및 이것을 이용한 유기 전계발광 소자
WO2016129479A1 (ja) * 2015-02-12 2016-08-18 富士フイルム株式会社 有機半導体膜形成用組成物、有機半導体膜及びその製造方法、並びに、有機半導体素子及びその製造方法
WO2018061821A1 (ja) 2016-09-29 2018-04-05 富士フイルム株式会社 有機半導体膜形成用組成物、有機半導体膜及びその製造方法、並びに、有機半導体素子
WO2018185571A1 (ja) * 2017-04-07 2018-10-11 株式会社半導体エネルギー研究所 有機化合物、発光素子、発光装置、電子機器、表示装置及び照明装置
WO2018207420A1 (ja) * 2017-05-08 2018-11-15 ソニー株式会社 有機光電変換素子
KR102708902B1 (ko) * 2017-10-19 2024-09-25 메르크 파텐트 게엠베하 다이벤조퓨란 및 다이벤조티오펜
CN111646961A (zh) * 2020-07-29 2020-09-11 上海埃逸科技有限公司 一种灵芝呋喃a的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267134A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Mitsui Chemicals Inc 有機トランジスタ
JP2010087408A (ja) * 2008-10-02 2010-04-15 Mitsui Chemicals Inc 有機トランジスタ
KR20110041726A (ko) * 2009-10-16 2011-04-22 에스에프씨 주식회사 방향족 화합물 및 이를 이용한 유기전계발광소자
TW201233706A (en) * 2010-12-28 2012-08-16 Idemitsu Kosan Co Organic semiconductor material, coating liquid containing the material, and organic thin film transistor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5666474B2 (ja) * 2009-12-14 2015-02-12 出光興産株式会社 多環縮環化合物、及び、それを用いた有機薄膜トランジスタ
JP6100476B2 (ja) * 2012-04-27 2017-03-22 ユー・ディー・シー アイルランド リミテッド 有機電界発光素子、有機電界発光素子用材料並びに該有機電界発光素子を用いた発光装置、表示装置及び照明装置
JP2013234151A (ja) * 2012-05-09 2013-11-21 Idemitsu Kosan Co Ltd 縮合多環芳香族化合物及びそれを用いた有機薄膜トランジスタ
JP6043226B2 (ja) * 2013-03-29 2016-12-14 新日鉄住金化学株式会社 芳香族複素環化合物とその製造方法、有機半導体材料及び有機半導体デバイス

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267134A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Mitsui Chemicals Inc 有機トランジスタ
JP2010087408A (ja) * 2008-10-02 2010-04-15 Mitsui Chemicals Inc 有機トランジスタ
KR20110041726A (ko) * 2009-10-16 2011-04-22 에스에프씨 주식회사 방향족 화합물 및 이를 이용한 유기전계발광소자
TW201233706A (en) * 2010-12-28 2012-08-16 Idemitsu Kosan Co Organic semiconductor material, coating liquid containing the material, and organic thin film transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014156773A1 (ja) 2017-02-16
KR102090300B1 (ko) 2020-04-14
US10032993B2 (en) 2018-07-24
WO2014156773A1 (ja) 2014-10-02
CN105073754A (zh) 2015-11-18
CN105073754B (zh) 2018-07-06
US20160056390A1 (en) 2016-02-25
KR20150135792A (ko) 2015-12-03
TW201444853A (zh) 2014-12-01
JP6275118B2 (ja) 2018-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI577683B (zh) 芳香族雜環化合物、其製造方法、有機半導體材料、有機半導體元件、有機半導體膜、有機薄膜電晶體及有機光伏元件
JP6073806B2 (ja) 含窒素芳香族化合物、有機半導体材料及び有機電子デバイス
JP6165135B2 (ja) 有機半導体素子内で使用するためのジケトピロロピロールオリゴマー
US9331282B2 (en) Conjugated polymer, and electron donating organic material, material for photovoltaic device and photovoltaic device using the conjugated polymer
JP5728003B2 (ja) 縮合ビチオフェンビニレンコポリマー
EP3133659B1 (en) Method for forming an electron extraction layer
CN101965374A (zh) 萘-酰亚胺半导体聚合物
CN103635505A (zh) 二噻吩并邻苯二甲酰亚胺半导体聚合物
CN106795318B (zh) 分子半导体和聚合物半导体及相关器件
JP5978228B2 (ja) 有機半導体材料及び有機電子デバイス
CA2797308A1 (en) Semiconductor composition
JP6043226B2 (ja) 芳香族複素環化合物とその製造方法、有機半導体材料及び有機半導体デバイス
JPWO2013176156A1 (ja) 電子供与性有機材料、それを用いた光起電力素子用材料および光起電力素子
JP6986692B2 (ja) 含窒素複素環アルケニル化合物、有機半導体材料及び有機半導体デバイス
JP2017183308A (ja) 有機半導体材料及び有機半導体デバイス
US9512131B2 (en) Organic semiconductor material for organic transistor, and organic transistor element
WO2014050902A1 (ja) 有機薄膜太陽電池