TWI614254B - 新穎之縮合多環芳香族化合物及其用途 - Google Patents

新穎之縮合多環芳香族化合物及其用途 Download PDF

Info

Publication number
TWI614254B
TWI614254B TW103106750A TW103106750A TWI614254B TW I614254 B TWI614254 B TW I614254B TW 103106750 A TW103106750 A TW 103106750A TW 103106750 A TW103106750 A TW 103106750A TW I614254 B TWI614254 B TW I614254B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
organic semiconductor
group
substituted
organic
film
Prior art date
Application number
TW103106750A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201443060A (zh
Inventor
瀧宮和男
品村祥司
濱田雅裕
貞光雄一
Original Assignee
日本化藥股份有限公司
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 日本化藥股份有限公司 filed Critical 日本化藥股份有限公司
Publication of TW201443060A publication Critical patent/TW201443060A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI614254B publication Critical patent/TWI614254B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • H10K85/6576—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D493/00—Heterocyclic compounds containing oxygen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system
    • C07D493/02—Heterocyclic compounds containing oxygen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D493/04—Ortho-condensed systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D517/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms
    • C07D517/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having selenium, tellurium, or halogen atoms as ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D517/04—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
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/611—Charge transfer complexes
    • 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
    • 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

Landscapes

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

Description

新穎之縮合多環芳香族化合物及其用途
本發明係關於縮合多環芳香族化合物、包含此之有機半導體材料及有機半導體裝置、以及縮合多環芳香族化合物及有機半導體裝置之製造方法。更詳細而言，係關於即使於大氣中亦能夠安定地進行電晶體動作的縮合多環芳香族化合物及包含此之有機半導體材料、有機半導體裝置、以及縮合多環芳香族化合物及有機半導體裝置之製造方法。
近年來，使用了有機半導體材料的有機EL裝置、有機電晶體裝置、有機薄膜光電變換裝置等之薄膜裝置備受矚目，而開始實用化。於此等薄膜裝置所使用的有機半導體材料之基本物性當中，載體之移動度及ON/OFF比係為重要。例如，於有機EL裝置中，為了以高效率發光或以低電壓驅動，需要提高電荷的輸送效率，故載體的移動度變得重要。此外，於有機電晶體裝置中，直接影響到切換速度或進行驅動的裝置之性能的載體移動度及 ON/OFF比亦變得重要。
此外，能夠在大氣中安定地驅動亦為重要。若能在大氣中安定地驅動，則無需在惰性環境下之作業，此外，亦無需密封等之技術。因此，能夠進行製造步驟之簡化或製造所需之裝置類的成本大幅降低。
迄今，於有機半導體材料中，係與無機半導體材料相同地，已知有p型(電洞輸送)有機半導體材料，(以下，稱為「p型材料」)與n型(電子輸送)有機半導體材料(以下，稱為「n型材料」)。例如，為了製作CMOS(互補式金屬氧化膜半導體)等之邏輯電路，而需要p型材料及n型材料。
直至目前為止，針對p型材料進行了諸多研究，而有高性能且在大氣中安定地驅動的材料之報告。另一方面，針對n型材料，卻甚少進行研究。近年來，即使於新穎開發的材料中，僅能在真空中驅動者亦佔多數，在大氣中安定地驅動的材料係有所限制。
在大氣中安定地驅動的n型材料之一係有具有醌結構的化合物，故開發出寡聚噻吩醌、苯并二噻吩醌等(專利文獻1~2、非專利文獻1~2)。但，並不能說此等化合物即具有充分的性能，故目前尚未達到商業性的活用。因而，需要進一步開發高移動度且ON/OFF比大的半導體材料。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]WO2008-032715公報
[專利文獻2]日本特開2009-242339公報
〔非專利文獻〕
[非專利文獻1]J. Am. Chem. soc., 2002, 124, 4184.
[非專利文獻2]Chem. Lett., 2009, vol. 38, 568.
本發明的目的係提供一種大氣安定、高移動度且ON/OFF比大的n型半導體材料。
本發明者，為了解決上述課題，開發一種新穎之縮合多環芳香族化合物，進一步探討作為該有機電子裝置之可能性，以致完成本發明。
亦即，本發明係如下所述。
[1]一種縮合多環芳香族化合物，其係以一般式(1)所表示：
Figure TWI614254BD00001
 (式中，A係表示1,5-二氫萘環或2,6-二氫萘環；R1、R2、R3、及R4係各自獨立表示氫原子、鹵素原子、取代或無取代之脂肪族烴基、取代或無取代之脂環式烴基、取代或無取代之芳香族烴基、取代或無取代之烴氧基、取代或無取代之酯基、取代或無取代之醯基、或者取代或無取代之氰基；X1及X2係各自獨立表示氧原子、硫原子或硒原子)。
[2]如上述[1]所記載之縮合多環芳香族化合物，其中上述X1及X2係硫原子。
[3]如上述[1]或[2]所記載之縮合多環芳香族化合物，其中上述R3及R4係氫原子。
[4]如上述[1]~[3]中任一項所記載之縮合多環芳香族化合物，其中上述R1及R2係碳原子數1~30之脂肪族烴基。
[5]如上述[4]所記載之縮合多環芳香族化合物，其中上述R1及R2係碳原子數1~30之直鏈或分支鏈之烷基。
[6]一種有機半導體材料，其係含有如上述[1]~[5]中任一項所記載之縮合多環芳香族化合物。
[7]如上述[6]所記載之有機半導體材料，其中上述有機半導體材料係電晶體材料。
[8]一種薄膜形成用組成物，其係包含如上述[1]~[5]中任一項所記載之縮合多環芳香族化合物與有機溶劑。
[9]如上述[8]所記載之薄膜形成用組成物，其中上述縮合多環芳香族化合物之含量，相對於溶劑100重量份， 為0.01重量份以上、10重量份以下。
[10]一種薄膜，其係包含如上述[1]~[5]中任一項所記載之芳香族縮合環化合物。
[11]一種有機半導體裝置，其係包含如上述[10]所記載之薄膜。
[12]一種有機半導體裝置，其特徵為，如上述[11]所記載之裝置為有機電晶體元件。
[13]一種有機半導體裝置之製造方法，其係包含將如上述[8]或[9]所記載之薄膜形成用組成物藉由溶液製程來塗佈於基板的步驟。
本發明雖關於新穎之縮合多環芳香族化合物者，但由於該化合物係在大氣中安定地驅動的n型半導體，並具有高移動度與ON/OFF比，因此藉由使用此而能夠提供有機電致發光元件。
於第1圖~第3圖中對於相同的名稱係標示相同的編號。
1‧‧‧源極電極
2‧‧‧半導體層
3‧‧‧汲極電極
4‧‧‧絕緣體層
5‧‧‧閘極電極
6‧‧‧基板
7‧‧‧保護層
[第1圖]係顯示本發明之有機電晶體的結構樣態例之概略圖。
[第2圖]係用以製造本發明之有機電晶體的一樣態例之步驟的概略圖。
[第3圖]係顯示光電變換裝置及太陽能電池所使用 之結構的概略圖。
[第4圖]係表示本發明之化合物119的電子吸收光譜與吸收波長的關係之圖表。
[第5圖]係顯示本發明之化合物119的循環伏安(cyclic voltammogram)之圖表。
以下，對於本發明進行詳細地說明。
針對以下述一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物進行說明。
Figure TWI614254BD00002
於上述一般式(1)中，A係表示1,5-二氫萘環或2,6-二氫萘環。R1~R4係各自獨立表示氫原子、鹵素原子、脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、或氰基，前述脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、及氰基係可取代，亦可無取代。取代位置及取代個數、取代基之種類並無特別限定，具有2個以上之取代基時係可使2種以上的取代基混合存在。另外，取代基係表示鹵素原子、脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、或氰基。X1~X2係各自獨立表示氧原子、硫原子或硒原子。
較佳為R1~R4皆為氫原子，或R1及R2為氫原子且R3及R4為脂肪族烴基或芳香族烴基，或R1及R2為鹵素原子、脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、或氰基且R3及R4為氫原子。更佳為R1及R2為脂肪族烴基且R3及R4為氫原子。X1~X2較佳為硫原子。
上述鹵素原子係可列舉：氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。
脂肪族烴基係可列舉：飽和或不飽和之直鏈、分支狀的脂肪族烴基，其碳數較佳為1~30，更佳為1~20，再更佳為6~18。在此，飽和或不飽和之直鏈或分支的烷基之例子係可列舉例如：甲基、乙基、丙基、異丙基、n-丁基、iso-丁基、烯丙基、t-丁基、n-戊基、n-己基、n-辛基、n-癸基、n-十二基、n-十三基、n-十四基、n-十六基、n-十七基、n-丁烯基、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-辛基十一基、4-辛基十二基、2-辛基十二基、2-癸基十四基等。較佳為飽和之直鏈或分支的烷基。尤其，以n-辛基、n-癸基、n-十二基、n-十六基、2-乙基己基、2-丁基辛基、2-己基癸基、4-乙基辛基為佳。
脂環式烴基係可列舉飽和或不飽和之環狀的烴基，環狀的烴基之例子係可列舉：環己基、環戊基、金剛烷基、降莰基等碳數3~12之環狀的烴基。
芳香族烴基係可列舉：苯基、萘基、蒽基 (anthryl)、菲基、芘基、苯并芘基(benzopyrenyl)等。此等當中，較佳者為苯基及萘基，尤其，以苯基為佳。
雜環基或縮合系雜環基係可列舉：吡啶基、吡唑基、嘧啶基、喹啉基、異喹啉基、吡咯基、吲哚烯基(indolenyl)、咪唑基、咔唑基、噻吩基、呋喃基、哌喃基、吡啶酮基(pyridonyl)、苯并喹啉基、蒽并喹啉基、苯并噻吩基、苯并呋喃基等。此等當中，較佳者為吡啶基及噻吩基，尤其，以噻吩基為佳。
烴氧基係可列舉：包含上述脂肪族烴基之烴氧基。
酯基及醯基係可列舉：包含上述脂肪族烴基之酯基、及包含上述脂肪族烴基之醯基。
於式(1)之R1~R4以及X1~X2的較佳組合，係為上述較佳的基或原子之組合。
一般式(1)之縮合多環芳香族化合物，係如以下之流程(scheme)般，由一般式(2)之化合物與一般式(3)之化合物的反應而得到。
Figure TWI614254BD00003
一般式(2)中之X1及X2係各自獨立表示氧原子、硫原子或硒原子。a係表示萘環。R1~R4係獨立表示氫原子、鹵素原子、脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、 烴氧基、酯基、醯基、或氰基。前述脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、及氰基係可取代，亦可無取代。取代位置及取代個數、取代基之種類並無特別限定，具有2個以上之取代基時係可使2種以上的取代基混合存在。另外，取代基係表示鹵素原子、脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、或氰基。脂肪族烴基、脂環式烴基、芳香族烴基、烴氧基、酯基、醯基、及氰基，係可列舉與關於上述R1~R4所列舉之基相同的基。Y1係表示鹵素原子，鹵素原子係可列舉：氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。較佳為溴原子、碘原子。
於式(2)之R1~R4以及X1~X2的較佳組合，係與於式(1)之R1~R4以及X1~X2的較佳組合相同。
本發明之以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之製造方法，可藉由應用例如J.Org.Chem.,1994、59、3077所記載的方法進行合成。具體而言，藉由使一般式(2)之化合物，在溶劑中、或無溶劑中，使用觸媒，並在鹼存在下，與一般式(3)之化合物產生反應，而得到一般式(1)之縮合多環芳香族化合物。
於上述反應時使用的觸媒，較佳為使用PdCl2(PPh3)2、Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2、PdCl2等之鈀系觸媒。此觸媒之使用量，雖無特別限定，但相對於上述一般式(2)之化合物1莫耳，為0.001~1莫耳，較佳為0.01~0.5莫耳，更佳為0.05~0.3莫耳。此外，亦可使用例 如三苯基膦、1,1’-雙(二苯基膦)二茂鐵(dppf)、1,2-雙(二苯基膦)乙烷(dppe)、1,3-雙(二苯基膦)丙烷(dppp)等之膦系配位子等。
上述鹼係可列舉：碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈉等之無機鹼，較佳為氫氧化鈉。此鹼之使用量，雖無特別限定，但只要為反應所需之量即可，相對於上述一般式(2)之化合物1莫耳，為0.1~100莫耳，較佳為0.5~50莫耳，更佳為1~10莫耳。
上述反應雖亦可在無溶劑下進行，但可使用二乙基醚、苯甲醚、四氫呋喃等之醚類、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺等之醯胺類、乙腈、丙腈、苯甲腈等之腈類、甲醇、乙醇、丁醇等之醇類等的溶劑，進行反應。溶劑較佳為四氫呋喃等之醚系溶劑。此溶劑之使用量，雖無特別限定，但相對於上述一般式(2)之化合物1莫耳，為0~10000莫耳左右。
反應溫度，係以-50℃~300℃進行。亦可在此範圍內因應需要而改變反應溫度，較佳為0℃~250℃，更佳為10℃~200℃。此時之反應時間雖以10分鐘~1000小時為佳，且以在短時間內完成反應為佳，但更佳為30分鐘~100小時，再更佳為30分鐘~24小時。可調整反應溫度、觸媒、鹼、溶劑之使用量，以使反應在短時間內完成。
可因應需要藉由周知的分離、純化方法，將目的物從反應混合物中分離、純化。作為有機半導體材料 使用時，需要純度高的化合物之情況亦多，故可採用再結晶、管柱層析及真空昇華純化等之周知的方法。此外，亦可因應需要，組合此等手法而進行純化。
以一般式(2)所表示的化合物之製造方法係可使用以往周知的方法。
亦即，例如可將以一般式(4)所表示的化合物，以Chem.Rev.,2010,110,890.所記載的鹵化方法來製造以一般式(2)所表示的化合物。
Figure TWI614254BD00004
另外，以一般式(4)所表示的化合物，係可以Org.Lett.,2012、14、4718所記載的方法進行合成。
上述一般式(4)中之a、X1~X2、R1~R4係與前述相同。
將以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之具體例記載於下。於表1中係記載關於以一般式(5)所表示的化合物。本發明並不限定於此等。
Figure TWI614254BD00005
Figure TWI614254BD00006
Figure TWI614254BD00007
Figure TWI614254BD00008
Figure TWI614254BD00009
Figure TWI614254BD00010
於表2中係記載關於以一般式(6)所表示的化合物。本發明並不限定於此等。
Figure TWI614254BD00011
Figure TWI614254BD00012
Figure TWI614254BD00013
Figure TWI614254BD00014
Figure TWI614254BD00015
Figure TWI614254BD00016
於表3中係記載關於以下述一般式(7)所表示的化合物。本發明並不限定於此等。
Figure TWI614254BD00017
Figure TWI614254BD00018
Figure TWI614254BD00019
Figure TWI614254BD00020
Figure TWI614254BD00021
Figure TWI614254BD00022
Figure TWI614254BD00023
Figure TWI614254BD00024
於本說明書中，薄膜形成用組成物(以下，有時亦稱為有機半導體組成物)，係使以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物溶解或分散於溶劑中者，在不喪失該上述縮合多環芳香族化合物的效果之範圍內亦可含有其他成分。可使用的溶劑，雖只要能夠使化合物成膜於基板上則無特別限定，但較佳為有機溶劑，可為單一有機溶劑，亦可將複數之有機溶劑混合使用。有機溶劑係可 使用二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等之鹵代烴(halogeno hydrocarbons)類、二乙基醚、苯甲醚、四氫呋喃等之醚類、二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮等之醯胺類等、乙腈、丙腈、苯甲腈等之腈類、甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等之醇類、八氟戊醇、五氟丙醇等之氟化醇類、乙酸乙酯、乙酸丁酯、苯甲酸乙酯、碳酸二乙酯等之酯類、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、1,3,5-三甲苯、乙基苯、二氯苯、氯萘、四氫萘等之芳香族烴類、己烷、環己烷、辛烷、癸烷、四氫萘(tetrahydronaphthalene)等之烴類等。
於有機半導體組成物中之以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之濃度，雖依據溶劑的種類或所製成的薄膜之厚度而異，但相對於溶劑100重量份，較佳為0.001重量份~20重量份，更佳為0.01重量份~10重量份。此外，有機半導體組成物雖只要能溶解或分散於上述溶劑中即可，但較佳為溶解成均勻的溶液者。
可使用包含以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之有機半導體組成物來製作薄膜。該薄膜的厚度，雖依據其用途而異，但通常為0.1nm~10μm，較佳為0.5nm~3μm，更佳為1nm~1μm。
薄膜之形成方法，一般而言係可列舉：作為真空製程之電阻加熱蒸鍍法、電子束蒸鍍法、濺鍍法、分子層合法等、或作為溶液製程之旋轉塗佈法、液滴塗佈(drop-cast)法、浸塗法、噴塗法、柔版印刷、樹脂凸版 印刷等之凸版印刷法、平版印刷法、乾式平版印刷法、移印法等之平板印刷法、凹版印刷(gravure printing)法等之凹版印刷法、孔版印刷法、油印法、石版印刷(lithographic printing)法等之孔版印刷法、噴墨印刷法、微接觸印刷法等、進而複數組合此等手法的方法。
可使用以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物作為電子用途之材料，來製作有機電子裝置。有機電子裝置係可列舉例如：有機電晶體或光電變換裝置、有機太陽能電池裝置、有機EL裝置、有機發光電晶體裝置、有機半導體雷射裝置等。針對此等進行詳細地說明。
首先，針對有機電晶體進行詳細地說明。
有機電晶體，係具有接觸有機半導體之2個電極(源極電極及汲極電極)，而以施加於被稱為閘極電極之另一個電極的電壓來控制於此電極間流動的電流。
一般而言，有機電晶體裝置，較適合使用閘極電極以絕緣膜絕緣的結構(Metal-InsuIator-Semiconductor MIS結構)。於絕緣膜使用金屬氧化膜者係被稱為MOS結構。其他，雖亦有隔著肖特基能障(Schottky barrier)而形成閘極電極的結構(亦即MES結構)，但於有機電晶體的情況中，較適合使用MIS結構。
以下，雖使用圖式來針對有機電晶體進行更詳細地說明，但本發明並不限定於此等結構。
於第1圖中顯示有機電晶體裝置的幾個樣態 例。
於第1圖之各樣態例中，1係表示源極電極、2係表示半導體層、3係表示汲極電極、4係表示絕緣體層、5係表示閘極電極、6係表示基板。另外，各層或電極的配置，係可依據裝置的用途而適當選擇。A~D、F，係電流在與基板平行之方向流動，因此，被稱為橫型電晶體。A被稱為底部接觸底部閘極結構，B被稱為頂部接觸底部閘極結構。此外，C係於半導體上設置源極及汲極電極、絕緣體層，進一步於其上形成閘極電極，而被稱為頂部接觸頂部閘極結構。D係被稱為頂部&底部接觸底部閘極型電晶體的結構。F係底部接觸頂部閘極結構。E係具有縱型結構之電晶體，亦即靜電感應電晶體(SIT)的模式圖。此SIT，係由於電流的流動為平面狀擴展，因此可一次移動大量的載體。此外，由於源極電極與汲極電極為縱向配置，因此可縮小電極間距離，故應答為高速。因而，可適合適用於使大電流流動、進行高速切換等之用途中。另外，於第1圖中之E，雖並未記載出基板，但於通常的情況中，係於以第1E圖中之1及3所表示的源極或汲極電極之外側設置基板。
針對於各樣態例中之各構成要素進行說明。
基板6，係需要能不剝離地保持形成於其上之各層。例如可使用藉由塗佈於樹脂板或薄膜、紙、玻璃、石英、陶瓷等之絕緣性材料；金屬或合金等之導電性基板上而形成絕緣層之物；由樹脂與無機材料等各種組合所構成之材 料等。可使用之樹脂薄膜的例子係可列舉例如：聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚醚碸、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、纖維素三乙酸酯、聚醚醯亞胺等。若使用樹脂薄膜或紙，則可使裝置具有可撓性，成為可撓且輕量，故實用性提昇。基板的厚度，通常為1μm~10mm，較佳為5μm~5mm。
於源極電極1、汲極電極3、閘極電極5係使用具有導電性之材料。例如可使用鉑、金、銀、鋁、鉻、鎢、鉭、鎳、鈷、銅、鐵、鉛、錫、鈦、銦、鈀、鉬、鎂、鈣、鋇、鋰、鉀、鈉等之金屬及包含此等的合金；InO2、ZnO2、SnO2、ITO等之導電性氧化物；聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚對苯撐乙烯、聚二乙炔等之導電性高分子化合物；矽、鍺、砷化鎵等之無機半導體；碳黑、富勒烯、奈米碳管、石墨、石墨烯等之碳材料等。此外，亦可對於導電性高分子化合物或半導體進行摻雜。摻雜劑係可列舉例如：鹽酸、硫酸等之無機酸；磺酸等之具有酸性官能基之有機酸；PF5、AsF5、FeCl3等之路易士酸；碘價等之鹵原子；鋰、鈉、鉀等之金屬原子等。硼、磷、鎵等係可作為矽等之無機半導體用的摻雜劑使用。
此外，亦可使用於上述摻雜劑分散有碳黑或金屬粒子等的導電性之複合材料。直接與半導體接觸的源極電極1及汲極電極3，係為了減低接觸電組，選擇適當的功函數、或表面處理等乃極為重要。
此外，源極電極與汲極電極間之距離(通道 長)係成為決定裝置的特性之重要的因數。該通道長，通常為0.01~300μm，較佳為0.1~100μm。雖若通道長為短，則取出的電流量會增加，但相反地，由於會發生接觸電阻的影響等短通道效果，控制成為困難，因此需要適當的通道長。源極與汲極電極間之寬度(通道寬)，通常為10~10000μm，較佳係成為100~5000μm。此外，此通道寬，較佳為藉由將電極結構設為梳齒型結構等，而能夠進一步地形成長的通道寬，且藉由必要的電流量或裝置之結構等，而成為適當的長度。
針對源極電極及汲極電極之各自的結構(形狀)進行說明。源極電極與汲極電極的結構係可各自為相同，亦可相異。
於底部接觸結構的情況中，一般而言係使用微影法而製作各電極，此外各電極，較佳為形成為直方體者。最近，以各種印刷方法所進行之印刷精準度逐漸提昇，故能夠使用噴墨印刷、凹版印刷或孔版印刷等之手法而精準度佳地製作電極。於半導體上具有電極的頂部接觸結構之情況中，係可使用陰影遮罩(shadow mask)來進行蒸鍍。亦可使用噴墨等之手法來直接印刷形成電極圖型。電極的長度係與前述之通道寬相同。對於電極的寬度雖無特別規定，但為了在可將電特性安定化的範圍內，縮小裝置的面積，以短者較為理想。電極的寬度，通常為0.1~1000μm，較佳為0.5~100μm。電極的厚度，通常為0.1~1000nm，較佳為1~500nm，更佳為5~200nm。雖於各 電極1、3、5中係連結有配線，但配線亦藉由與電極大致相同的材料加以製作。
絕緣體層4係使用具有絕緣性的材料。例如，可使用：聚對茬(poly-p-xylylene)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯酚、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚胺基甲酸酯、聚碸、氟樹脂、環氧樹脂、酚樹脂等之聚合物及組合此等之共聚物；氧化矽、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭等之金屬氧化物；SrTiO3、BaTiO3等之強介電性金屬氧化物；氮化矽、氮化鋁等之氮化物、硫化物、氟化物等之介電體；或者分散有此等介電體的粒子之聚合物等。此絕緣體層，為了減少洩漏電流，可適合使用電絕緣特性為高者。藉此，可將膜厚薄膜化，而提高絕緣容量，且使取出電流變多。此外，為了提昇半導體的移動度，而降低絕緣體層表面之表面能量，以無凹凸而平滑的膜為佳。因而，有時會形成自我組織化單分子膜、或2層之絕緣體層。絕緣體層4的膜厚(2層以上時係意味著整體的膜厚)，雖依據材料而異，但通常為0.1nm~100μm，較佳為0.5nm~50μm，更佳為1nm~10μm。
半導體層2的材料，係可使用本發明之以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物。對於其使用先前所揭示的方法，來將半導體層2形成為薄膜。為了改善有機電晶體的特性、及賦予其他特性等之目的，亦可因應需要而混合其他的有機半導體材料或各種添加劑。
於有機電晶體中，可使用以上述一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之至少1種的化合物作為有機半導體材料。於以一般式(1)所表示的化合物之薄膜的形成時，在以溶液製程成膜的情況中，亦即使用溶劑的情況，較佳為使溶劑實質蒸發之後再進行使用。為了改善電晶體之特性的目的等，亦可含有摻雜劑等之添加劑。
上述添加劑，相對於溶劑100重量份，以通常為0.01~10重量份，較佳為0.05~5重量份，更佳為0.1~3重量份之範圍含有。
此外，雖針對半導體層亦可形成複數之層，但更佳為單層結構。半導體層2之膜厚，在不喪失需要的功能之範圍內，越薄越好。此係因為，在如A、B及D所示般的橫型有機電晶體中，若為具有特定以上之膜厚則裝置的特性便不會依存於膜厚，另一方面，若膜厚變厚，則多有洩漏電流增加的情況之故。展現必要的功能所需之半導體層的厚度，通常為1nm~1μm，較佳為5nm~500nm，更佳為10nm~300nm。
於有機電晶體中，係可因應需要於例如基板層與絕緣膜層之間、絕緣層膜與半導體層之間或者裝置外面設置其他的層。例如，若於有機半導體層上直接，或者隔著其他的層，而形成保護層，則可減低濕度等之外氣的影響。此外，亦具有可提高有機電晶體裝置之ON/OFF比等將電特性安地化的優點。
上述保護層的材料雖無特別限定，但例如： 由環氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯等之丙烯酸樹脂、聚胺基甲酸酯、聚醯亞胺、聚乙烯醇、氟樹脂、聚烯烴等之各種樹脂所構成的膜；氧化矽、氧化鋁、氮化矽等之無機氧化膜；及由氮化膜等之介電體所構成的膜等較適合使用，尤其，較佳為氧或水分之穿透率或吸水率小的樹脂(聚合物)。亦可使用在有機EL顯示器用所開發的氣體阻隔性保護材料。保護層的膜厚，雖可因應目的而選擇任意的膜厚，但通常為100nm~1mm。
此外，藉由對於層合有有機半導體層的基板或絕緣體層預先進行表面改質或表面處理，而可提昇作為有機電晶體裝置的特性。例如，可藉由調整基板表面之親水性/疏水性之程度，而改良成膜於其上的膜之膜質或成膜性。尤其，有機半導體材料，係有依據分子的配向等之膜的狀態而大幅改變特性的情況。因此，一般認為藉由對基板、絕緣體層等之表面處理，可控制與其後所成膜之有機半導體層的界面部分之分子配向，此外，藉由減低基板或絕緣體層上之阱部位，而改良載體移動度等之特性。
阱部位，係指存在於未處理的基板之例如羥基般的官能基，若存在如此之官能基，則電子會被該官能基吸引，其結果，載體移動度降低。因而，減低阱部位一事，對於載體移動度等之特性改良有效的情況居多。
如上述般之用以改良特性的表面處理係可列舉例如：以六甲基二矽氮烷、辛基三氯矽烷、十八烷基三氯矽烷等所致之自我組織化單分子膜處理；以聚合物等所 致之表面處理；以鹽酸或硫酸、乙酸等所致之酸處理；氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、銨等所致之鹼處理；臭氧處理；氟化處理；氧或氬等之電漿處理；Langmuir-Blodgett膜之形成處理；其他的絕緣體或半導體的薄膜之形成處理；機械性處理；電暈放電等之電性處理；或利用纖維等之摩擦處理等及其之組合。
於此等樣態中，設置例如基板層與絕緣膜層或絕緣膜層與有機半導體層等之各層的方法，係可適當採用前述之真空製程、溶液製程。
接著，針對本發明之有機電晶體裝置之製造方法，以第1圖之樣態例B所示之頂部接觸底部閘極型有機電晶體為例，並依據第2圖來進行以下的說明。此製造方法，係為對於前述之其他的樣態之有機電晶體等亦同樣能適用者。
(針對有機電晶體之基板及基板處理)
本發明之有機電晶體，係藉由於基板6上設置必要的各種層或電極而製作(參照第2圖(1))。基板係可使用上述所說明者。亦可於此基板上進行前述之表面處理等。基板6之厚度，係在不妨礙必要的功能之範圍內以較薄者為佳。雖依據材料而異，但通常為1μm~10mm，較佳為5μm~5mm。此外，亦可依據需要而使基板具有電極的功能。
(針對閘極電極之形成)
於基板6上形成閘極電極5(參照第2圖(2))。電極材料係可使用上述所說明者。將電極膜予以成膜的方法，係可使用各種方法，可採用例如真空蒸鍍法、濺鍍法、塗佈法、熱轉印法、印刷法、溶膠-凝膠法等。較佳為成膜時或成膜後，因應需要進行圖型化，以成為期望的形狀。圖型化的方法雖亦可使用各種方法，但可列舉例如：組合光阻之圖型化與蝕刻的光微影法等。此外，亦可利用使用有陰影遮罩之蒸鍍法或濺鍍法或噴墨印刷、網版印刷、平版印刷、凸版印刷等之印刷法、微接觸印刷法等之軟微影技術的手法、及複數組合此等手法的手法，進行圖型化。閘極電極5的膜厚，雖依據材料而異，但通常為0.1nm~10μm，較佳為0.5nm~5μm，更佳為1nm~3μm。此外，欲兼備閘極電極與基板時，亦可大於上述的膜厚。
(針對絕緣體層之形成)
於閘極電極5上形成絕緣體層4(參照第2圖(3))。絕緣體材料係可使用上述所說明的材料。形成絕緣體層4時係可使用各種方法。可列舉例如：旋轉塗佈、噴塗、浸漬塗佈、鑄造、棒塗佈、刮刀塗佈等之塗佈法、網版印刷、平版印刷、噴墨等之印刷法、真空蒸鍍法、分子束磊晶成長法、團簇離子束(Cluster Ion Beam)法、離子電鍍法、濺鍍法、大氣壓電漿法、CVD法等之乾式製程法。其他，係可採用溶膠-凝膠法或如同 鋁上之防蝕鋁(alumite)、矽上氧化矽般地於金屬上藉由熱氧化法等形成氧化物膜的方法等。另外，於絕緣體層與半導體層接觸的部分，為了使在兩層的界面處構成半導體的分子，例如以上述一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物的分子良好地配向，亦可對於絕緣體層進行特定的表面處理。表面處理的手法，係可適用與基板之表面處理相同者。絕緣體層4的膜厚，由於可藉由提昇其電容量而增加取出的電量，因此較佳為盡可能薄的膜。此時，若成為薄的膜，則洩漏電流會增加，因此在不損及其功能的範圍內以較薄者為佳。通常為0.1nm~100μm，較佳為0.5nm~50μm，更佳為5nm~10μm。
(針對有機半導體層之形成)
本發明之包含以上述式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之有機半導體材料，係使用於有機半導體層之形成(參照第2圖(4))。將有機半導體層予以成膜時係可使用各種方法。具體而言係可列舉：濺鍍法、CVD法、分子束磊晶成長法、真空蒸鍍法等以真空製程所致之形成方法；浸塗法、模具塗佈法、輥式塗佈法、棒塗佈法、旋轉塗佈法等之塗佈法、噴墨法、網版印刷法、平版印刷法、微接觸印刷法等以溶液製程所致之形成方法。
首先，針對藉由真空製程來將有機半導體材料予以成膜而得到有機半導體層的方法進行說明。以真空製程所致之成膜方法，較佳採用使前述有機半導體材料在 坩堝或金屬舟皿中，於真空下進行加熱、蒸發的有機半導體材料附著(蒸鍍)於基板(基板、絕緣體層、源極電極及汲極電極等)的方法，亦即真空蒸鍍法。此時，真空度，通常為1.0×10-1Pa以下，較佳為1.0×10-3Pa以下。此外，由於會有因蒸鍍時之基板溫度而改變有機半導體膜，甚至是有機電晶體之特性的情況，因此以選擇非常注意基板溫度者較為理想。蒸鍍時之基板溫度，通常為0~200℃，較佳為5~180℃，更佳為10~150℃，再更佳為15~120℃，特佳為20~100℃。
此外，蒸鍍速度，通常為0.001nm/秒~10nm/秒，較佳為0.01nm/秒~1nm/秒。由半導體材料所形成的有機半導體層的膜厚，通常為1nm~1μm，較佳為5nm~500nm，更佳為10nm~300nm。
另外，亦可使用其他的手法，來取代將用以形成有機半導體層之有機半導體材料進行加熱、蒸發而附著於基板的蒸鍍方法。
接著，針對藉由溶液製程予以成膜而得到有機半導體層的方法進行說明。將本發明之以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物溶解於溶劑等，並將進一步依據需要而添加有添加劑等之組成物塗佈於基板(絕緣體層、源極電極及汲極電極之露出部)。塗佈方法係可列舉：旋轉塗佈法、液滴塗佈(drop-cast)法、浸塗法、噴塗法、柔版印刷、樹脂凸版印刷等之凸版印刷法、平版印刷法、乾式平板印刷法、移印法等之平板印刷法、凹版印 刷(gravure printing)法等之凹版印刷法、孔版印刷法、油印法、石版印刷(lithographic printing)法等之孔版印刷法、噴墨印刷法、微接觸印刷法等、進而複數組合此等手法的方法。
進而，與塗佈方法類似的方法，亦可採用將藉由於水面上滴下上述組成物所製作出的有機半導體層之單分子膜移至基板而進行層合的Langmuir-Blodgett法、將液晶或熔液狀態之材料以2片基板挾持並利用毛細管現象導入基板間的方法等。
製膜時之基板或組成物的溫度等之環境亦為重要，且由於會有因基板或組成物的溫度而改變電晶體之特性的情況，因此以選擇非常注意基板及組成物的溫度者為佳。基板溫度，通常為0~200℃，較佳為10~120℃，更佳為15~100℃。由於大多依存於所使用的組成物中之溶劑等，因此需要注意。
藉由此方法所製作的有機半導體層之膜厚，係在不損及其功能的範圍內以較薄者為佳。若膜厚變厚則有洩漏電流變大之虞。有機半導體層的膜厚，通常為1nm~1μm，較佳為5nm~500nm，更佳為10nm~300nm。
如上述方式所形成之有機半導體層(參照第2圖(4))，係可藉由後處理來進一步地改良特性。例如，基於藉由熱處理而緩和成膜時所產生的膜中之形變、減低針孔等、可控制膜中之配列/配向等理由，而可謀求有機半導體特性的提昇或安定化。於本發明之有機電晶體 之製作時進行此熱處理一事，係對於特性之提昇為有效。該熱處理係於形成有機半導體層之後，藉由加熱基板而進行。熱處理的溫度雖無特別限制，但通常在由室溫至150℃左右，較佳為40~120℃，更佳為45~100℃。針對此時之熱處理時間雖無特別限制，但通常為10秒至24小時，較佳為30秒至3小時左右。此時的環境雖即使在大氣中亦可，但亦可在氮或氬等之惰性氣體環境下。其他，可進行以溶劑蒸氣所致之膜形狀的控制等。
此外，其他的有機半導體層之後處理方法，亦可藉由使用氧或氫等之氧化性或者還原性的氣體、或氧化性或者還原性的液體等進行處理，而誘發以氧化或還原所致之特性變化。其係可在例如膜中之載體密度的增加或減少之目的下進行利用。
此外，於被稱為摻雜之手法中，可藉由將微量的元素、原子團、分子、高分子加入有機半導體層中，而使有機半導體層特性改變。可摻雜例如：氧、氫、鹽酸、硫酸、磺酸等之酸；PF5、AsF5、FeCl3等之路易士酸、碘等之鹵素原子；鈉、鉀等之金屬原子；四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene；TTF)或酞花青等之供體化合物。其係可藉由對於有機半導體層，使此等氣體接觸，或浸於溶液中，或進行電化學性的摻雜處理而達成。此等摻雜，亦可在有機半導體層之製作後消失，亦可於有機半導體化合物之合成時添加，或在使用有機半導體裝置製作用的組成物來製作有機半導體層之製程中，添加於該組成物，或在 形成薄膜的步驟中添加於薄膜。此外，亦可於蒸鍍時形成有機半導體層的材料中，添加摻雜所使用的材料進行共蒸鍍，或與製作有機半導體層時之周圍的環境氣體混合(於存在有摻雜材料的環境下製作有機半導體層)，進而，使離子在真空中加速而與膜碰撞以進行摻雜。
此等摻雜的效果，係可列舉以增加或減少載體密度所致之電傳導度的變化、載體之極性的變化(p型、n型)、費米能階的變化等。
(源極電極及汲極電極之形成)
源極電極1及汲極電極3之形成方法等，係可按照閘極電極5的情況來形成(參照第2圖(5))。此外，為了減低與有機半導體層之接觸電阻，可使用各種添加劑等。
(針對保護層)
若於有機半導體層上形成保護層7，則可使外氣的影響成為最低限度，此外，亦具有可使有機電晶體之電特性安地化的優點(參照第2圖(6))。保護層之材料係可使用前述者。保護層7的膜厚，雖可因應目的而採用任意的膜厚，但通常為100nm~1mm。
將保護層予以成膜時雖可採用各種方法，但保護層為由樹脂所構成的情況中，可列舉例如：塗佈樹脂溶液後，使其乾燥而製成樹脂膜的方法；塗佈或蒸鍍樹脂單體之後 進行聚合的方法等。亦可於成膜後進行交聯處理。
保護層為由無機物所構成時，亦可使用例如：濺鍍法、蒸鍍法等以真空製程之形成方法，或以溶膠-凝膠法等溶液製程之形成方法。
於有機電晶體中，於有機半導體層上之其他各層之間，亦可因應需要而設置保護層。此等層，有時會對有機電晶體之電特性的安定化有所助益。
由於使用以上述一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物作為有機半導體材料，因此可在較低溫製程中製造有機電晶體。因而，在設為高溫的條件下所無法使用的塑膠板、塑膠薄膜等可撓的材質亦可作為基板使用。其結果，可製造輕量且柔軟性優異之不易損壞的裝置，而可作為顯示器的主動矩陣之切換裝置等利用。
有機電晶體，亦可作為記憶體電路裝置、訊號驅動電路裝置、訊號處理電路裝置等之數位裝置或類比裝置利用。可藉由組合此等而製作顯示器、IC卡或IC標籤等。進而，有機電晶體，由於可藉由化學物質等之外部刺激而引起其特性變化，因此亦能作為感測器利用。
接著，針對有機EL裝置進行說明。
有機EL裝置，係可以固體利用於自發光型之大面積彩色顯示或照明等的用途中備受矚目，而多數開發。其構造，已知有於由陰極與陽極所構成的對向電極之間，具有發光層及電荷輸送層之2層的結構者；具有層合於對向電極之間的電子輸送層、發光層及電洞輸送層之3層的結 構、及具有3層以上之層者等，此外已知有為發光層單層者等。
以上述一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物，係可作為電子輸送層而利用。
(針對光電變換裝置)
藉由利用本發明之以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之半導體特性，而可作為有機光電變換裝置利用。光電變換裝置係可列舉：具有將動畫或靜止畫面等之映像訊號變換成數位訊號的功能之電荷耦合裝置(CCD)等作為固體攝像裝置之影像感測器，亦期待有更為低價，且發揮大面積化加工性、或有機物固有的可撓功能性等之有機光電變換裝置的開發。
(針對有機太陽能電池裝置)
可使用本發明之以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物，來簡便地製作具可撓性且低成本之有機太陽能電池裝置。有機太陽能電池裝置，係為固體裝置，且在柔軟性或壽命提昇方面表現優異。以往，雖以使用組合有導電性聚合物或富勒烯等之有機薄膜半導體的太陽能電池之開發為主流，但發電變換效率乃成為問題。
一般而言，有機太陽能電池裝置之構造，係與矽系太陽能電池相同地，以陽極與陰極挾持進行發電的層(發電層)，在各電極接收藉由吸收光所產生的電洞與電子，藉 此而發揮作為太陽能電池的功能。該發電層，係由p型之供體材料及n型之受體材料、與緩衝層等之其他的材料所構成。另外，將於該材料使用有機材料者稱為有機太陽能電池。
接合結構係可列舉：肖特基接合、異質接合、塊材異質接合、奈米結構接合、混成(hybrid)等，使各材料有效率地吸收入射光，產生電荷，將所產生的電荷(電洞與電子)分離/輸送/收集，藉此而發揮作為太陽能電池的功能。另外，第3圖顯示作為一般的太陽能電池之結構的異質接合裝置之一例的結構。
接著，針對有機太陽能電池置之構成要素進行說明。
有機太陽能電池裝置之陽極及陰極，係與先前所陳述的有機電晶體之電極材料相同。由於需要有效率地吸取光，因此以成為在發電層之吸收波長區域具有透明性的電極較為理想。此外，為了具有良好的太陽能電池特性，以薄片電阻為20Ω/□以下，且光穿透率為85%以上為佳。
發電層，係至少由含有本發明之以一般式(1)所表示的化合物之有機薄膜的1層或複數層所形成。有機太陽能電池裝置雖可採用先前所示之結構，但基本上由p型之供體材料與n型之受體材料及緩衝層所構成。
p型之供體材料，基本上為可輸送電洞的化合物，可列舉聚對苯撐乙烯衍生物、聚噻吩衍生物、聚茀衍生物、聚苯胺衍生物等之π共軛型聚合物、具有咔唑或其 他雜環側鏈的聚合物。此外，亦可列舉：稠五苯衍生物、紅螢烯衍生物、卟啉衍生物、酞花青衍生物、靛藍衍生物、喹吖酮衍生物、部花青素衍生物、花青衍生物、方酸菁衍生物、苯醌衍生物等之低分子化合物。
一般式(1)之縮合多環芳香族化合物，係可適合使用作為n型受體材料。此受體材料雖可單一使用，但亦可與其他的受體材料進行混合而使用。進行混合的受體材料，基本上為可輸送電子的化合物，可列舉：骨架具有吡啶及其衍生物的寡聚物或聚合物、骨架具有喹啉及其衍生物的寡聚物或聚合物、具有苯并啡啉(Benzophenanthroline)類及其衍生物的聚合物、氰基聚伸苯基伸乙烯衍生物(CN-PPV等)等之導電性高分子材料、氟化酞花青衍生物、苝衍生物、萘衍生物、浴銅靈(Bathocuproine)衍生物、C60或C70、PCBM等之富勒烯衍生物等導電性低分子材料。
較佳為分別有效率地吸收光，且產生電荷，較佳為所使用的材料之吸光係數為高者。
有機太陽能電池之發電層用的薄膜之形成方法，係與在先前所述之有機電晶體裝置的項目中所陳述的方法相同。薄膜的膜厚等，雖亦依據太陽能電池的構造而異，但雖為了充分地吸收光及為了防止短路而越厚越佳，但輸送所產生的電荷之距離，係較短者為佳，因此，以薄者較為適合。一般而言，發電層較佳為10~500nm左右。
(針對有機半導體雷射裝置)
以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物，係基於具有有機半導體特性的化合物，而可期待作為有機半導體雷射裝置利用。
亦即，若可將共振器結構組裝於含有以一般式(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之有機半導體裝置，有效率地注入載體而充分提高激發狀態的密度，則可期待光增幅而達到雷射發振一事。以往，僅觀測以光激發所致之雷射發振，且將需要以電激發所致之雷射發振的高密度載體注入有機半導體裝置，而產生高密度的激發狀態乃非常困難，但藉由使用含有本發明之以(1)所表示的縮合多環芳香族化合物之有機半導體裝置，而可期待引起高效率的發光(電場發光)之可能性。
〔實施例〕
以一般式(8)及(9)所表示的縮合多環芳香族化合物之合成
Figure TWI614254BD00025
Figure TWI614254BD00026
將以一般式(8)及(9)所表示的縮合多環芳香族化合物之合成的具體例記述如下。另外，於以下之操作中，於使用惰性氣體之反應或測量中，係使用經無水蒸餾之溶劑，於其他的反應或操作中，係使用市售一級或特級之溶劑。此外，試劑係因應需要而以無水蒸餾等進行純化，其他係使用市售一級或特級之試劑。於以管柱層析所致之純化，係使用DAISO Gel IR-60(二氧化矽凝膠、活性)、MERCK Art 1097 Aluminiumoxide 90(氧化鋁、活性)、於TLC係使用Silicagel 60F254(MERCK)。於溶劑的餾除係使用旋轉蒸發器。以下顯示所使用的分析機器及測定機器。
測量所使用的核磁共振分光(以下，稱為「1H-NMR」)，係使用LAMBDA-NMR(395.75MHz，σ值，ppm，內部基準TMS)。此外，質量分析(以下，稱為「MS」)，係使用MALDI-MS KRATOS ANALYTICAL KOMPACT MALDI、島津GCMS-QP5050型質量分析裝置進行。
實施例1
在氮環境下，於20mL之二口燒瓶中添加丙二腈(1.7mmol)、THF(5ml)、氫氧化鈉(2.2mmol)，進行攪拌30分鐘。接著，添加2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩(0.3mmol)、Pd(PPh3)4(0.07mmol)，進行回流15小時。反應結束後，放冷直 至成為室溫為止，少量添加1N鹽酸，濾取出所析出的固體。接著，將所得的固體溶解於二氯甲烷(10mL)中，添加了2,3-二氯-5,6-二氰基-p-苯醌之後，加熱至80℃。冷卻至室溫之後，藉由濾取所析出的固體，而得到作為深綠色固體之化合物110。
Figure TWI614254BD00027
化合物110，係以產率47%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.97(t,6H)，1.24-1.42(m、20H)、1.71(Quin、4H)，2.78(t,4H)7.05(s、2H)、7.57(s、2H)。
實施例2
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-5,10-雙十二烷基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物112。
Figure TWI614254BD00028
化合物112，係以產率40%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.97(t,6H)，1.24-1.42(m、36H)、1.71(Quin、4H)，2.78(t,4H)7.05(s、2H)、7.57(s、2H)。
實施例3
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-5,10-雙十六基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物114。
Figure TWI614254BD00029
化合物114，係以產率48%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.97(t,6H)，1.24-1.42(m、52H)、1.71(Quin、4H)，2.78(t,4H)7.05(s、2H)、7.57(s、2H)。
實施例4
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-5,10-雙(2-乙基己基)萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物119。
Figure TWI614254BD00030
化合物119，係以產率46%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz，CDCl3)δ0.91(t,6H)，0.95(t,6H)，1.24-1.42(m、16H)、1.71(m、2H)，2.71(d,4H)7.05(s、2H)、7.57(s、2H)。
實施例5
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-5,10-雙(4-乙基辛基)萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物123。
Figure TWI614254BD00031
化合物123，係以產率15%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.91(t,6H)，0.95(t,6H)， 1.24-1.42(m、16H)、1.71(m、2H)，2.71(d,4H)7.05(s、2H)、7.57(s、2H)。
實施例6
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-4,9-二辛基萘并[2,3-b：6,7-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物310。
Figure TWI614254BD00032
化合物310，係以產率44%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.89(t,6H)，1.24-1.42(m、20H)、1.67(Quin、4H)，2.99(t,4H)7.50(s、2H)、7.52(s、2H)。
實施例7
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-4,9-雙十六基萘并[2,3-b：6,7-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物314。
Figure TWI614254BD00033
化合物314，係以產率41%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.89(t,6H)，1.24-1.42(m、52H)、1.67(Quin、4H)，2.99(t,4H)7.50(s、2H)、7.52(s、2H)。
實施例8
於實施例1中，除取代2,7-二溴-5,10-二辛基萘并[1,2-b：5,6-b’]二噻吩，而使用2,7-二溴-4,9-雙(2-乙基己基)萘并[2,3-b：6,7-b’]二噻吩以外，藉由進行與實施例1相同的處理而得到化合物319。
Figure TWI614254BD00034
化合物319，係以產率46%得到。測量結果為1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ0.89(m,12H)，1.24-1.42(m、16H)、1.67(m、2H)，2.99(d,4H)7.50(s、2H)、7.52(s、2H)。
縮合多環芳香族化合物之物性評估 (1)溶解度之測量
於溶劑使用氯仿，進行溶解度之測量。表4顯示製作化合物112與化合物119之飽和氯仿溶液時的質量百分比濃度。
Figure TWI614254BD00035
(2)電子吸收光譜(UV-Vis)之測量
於溶劑使用二氯甲烷，進行電子吸收光譜測量。第4圖，係顯示化合物119之吸光度與吸收波長λ(/nm)之關係。於化合物110、112、114中，亦觀測到相同的光譜。
(3)CV(循環伏安)之測量
於溶劑使用二氯甲烷，於支持電解質(supporting electrolyte)使用四丁基銨六氟磷酸鹽(n-BuN4PF6、0.1M)，於作用電極及相對電極使用鉑線，於參照電極使用銀/氯化銀電極，以100mV/sec的速度掃描電位，進行CV測量。第5圖，係顯示化合物119之電流值與電位(V)之關係。可知：於化合物110、112、114、119所有的化合物中，看見2組氧化還原波，第1半波還原電位皆為0.15V，第2半波還原電位皆為-0.14V，具有高的電子受容能。
(4)電晶體特性之評估
針對上述縮合多環芳香族化合物之電晶體特性的評估，利用以下的方法來製作有機電晶體裝置。
使用上述化合物110、112、114、119之氯仿溶液，於附SiO2熱氧化膜之n摻雜矽晶圓上，藉由旋轉塗佈法製作有機薄膜。
其次，藉由於有機薄膜上使用陰影遮罩將Au進行真空蒸鍍，而製作出源極/汲極電極。此次製作出的有機電晶體裝置之設定，係通道長50μm，通道寬1.5mm。如上述方式所製作的有機電晶體裝置係頂部接觸型，第1B圖係顯示其結構。
另外，於本實施例之有機電晶體裝置中，於附熱氧化膜之n摻雜矽晶圓的熱氧化膜具有絕緣層(4)之功能，n摻雜矽晶圓兼備基板(6)及閘極電極(5)之功能。
有機電晶體裝置之性能，係依存於在將電位施加於閘極的狀態下於源極/汲極間施加電位時流動的電流量。藉由測量此電流值，可決定作為電晶體之特性的移動度。移動度，係對作為絕緣體之SiO2施加閘極電場的結果，可由展現在有機半導體層中產生的載體種之電特性的式(a)來計算。
Id=ZμCi(Vg-Vt)2/2L．．．(a)
在此，Id係經飽和之源極/汲極電流值，Z係通道 寬，Ci係絕緣體之電容量，Vg係閘極電位，Vt係閾電位，L係通道長，μ係決定的移動度(cm2/Vs)。Ci係所使用的SiO2絕緣膜之介電率，Z、L係依據有機電晶體裝置之裝置結構而定，Id、Vg係於有機電晶體裝置之電流值的測定時決定，Vt係可由Id、Vg求得。藉由將各值帶入式(a)中，可計算各別之閘極電位的移動度。
進行針對於大氣中之上述縮合多環芳香族化合物的化合物110、112、114、119、319之電晶體特性之評估。表5係顯示電晶體特性之結果。
Figure TWI614254BD00036
〔產業上之可利用性〕
如上所述，於本發明中，係由於可提昇縮合多環芳香族化合物及有機半導體材料之溶解性、傳導性、及電子移動度，因此可提供能夠利用溶液製程，且即使在大氣中亦為安定之能進行n型電晶體動作的縮合多環芳香族化合物及有機半導體材料。因此，本發明係可利用於有機電晶體裝置、二極體、電容器、薄膜光電變換裝置、色素增感太陽能電池、有機EL裝置等之領域中。

Claims (10)

  1. 一種能進行n型電晶體動作的有機半導體材料，其特徵係含有以一般式(1)所表示之縮合多環芳香族化合物： (式中，A係表示1,5-二氫萘環或2,6-二氫萘環；R1、R2、R3、及R4係各自獨立表示氫原子、鹵素原子、取代或無取代之脂肪族烴基、取代或無取代之脂環式烴基、取代或無取代之芳香族烴基、取代或無取代之烴氧基、取代或無取代之酯基、取代或無取代之醯基、或者取代或無取代之氰基；X1及X2係各自獨立表示氧原子、硫原子或硒原子)。
  2. 如請求項1所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料，其中上述X1及X2係硫原子。
  3. 如請求項2所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料，其係含有以一般式(5)所表示之縮合多環芳香族化合物 (式中，R1、R2、R3、及R4與請求項1記載之一般式(1)中之R1、R2、R3、及R4同義)。
  4. 如請求項1所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料，其中上述R3及R4係氫原子。
  5. 如請求項1所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料，其中上述R1及R2係碳原子數1~30之脂肪族烴基。
  6. 如請求項5所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料，其中上述R1及R2係碳原子數1~30之直鏈或分支鏈之烷基。
  7. 一種薄膜形成用組成物，其係包含如請求項1~6中任一項所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料與有機溶劑。
  8. 一種薄膜，其係包含如請求項1~6中任一項所記載之能進行n型電晶體動作的有機半導體材料。
  9. 一種有機半導體裝置，其係包含如請求項8所記載之薄膜。
  10. 一種有機半導體裝置之製造方法，其係包含將如請求項7所記載之薄膜形成用組成物藉由溶液製程來塗佈於基板的步驟。
TW103106750A 2013-02-28 2014-02-27 新穎之縮合多環芳香族化合物及其用途 TWI614254B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013038582 2013-02-28
JP2013-038582 2013-02-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201443060A TW201443060A (zh) 2014-11-16
TWI614254B true TWI614254B (zh) 2018-02-11

Family

ID=51428359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103106750A TWI614254B (zh) 2013-02-28 2014-02-27 新穎之縮合多環芳香族化合物及其用途

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9859508B2 (zh)
EP (1) EP2963042B1 (zh)
JP (1) JP6425646B2 (zh)
KR (1) KR20150120388A (zh)
CN (1) CN105008374B (zh)
TW (1) TWI614254B (zh)
WO (1) WO2014133100A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9564604B2 (en) * 2012-10-18 2017-02-07 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Fused polycyclic aromatic compounds, organic semiconductor material and thin film including the same, and method for producing an organic semiconductor device
JP6497560B2 (ja) * 2013-12-10 2019-04-10 日本化薬株式会社 新規縮合多環芳香族化合物及びその用途
CN107222884A (zh) * 2017-07-20 2017-09-29 苏州永安丰新能源科技有限公司 一种通信基站集成测试用开关箱
JP7043205B2 (ja) 2017-09-19 2022-03-29 株式会社東芝 分子検出装置及び分子検出方法
CN113321620A (zh) * 2020-02-28 2021-08-31 北京夏禾科技有限公司 有机电致发光材料和器件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009242339A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Hiroshima Univ 芳香族縮合環化合物およびこれを含む有機半導体材料、有機半導体デバイス、並びに、それらの製造方法
CN102224157A (zh) * 2008-11-21 2011-10-19 国立大学法人广岛大学 新型化合物及其制备方法、有机半导体材料和有机半导体装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19906655A1 (de) * 1999-02-18 2000-11-16 Bayer Ag Elektrochrome Vorrichtung mit verbesserter Lichtechtheit
WO2008032715A1 (fr) 2006-09-12 2008-03-20 Hiroshima University Matériau semi-conducteur organique, dispositif semi-conducteur organique utilisant celui-ci et leurs procédés de fabrication
JP5284677B2 (ja) * 2008-04-25 2013-09-11 山本化成株式会社 有機トランジスタ
JP2010180151A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Hokkaido Univ チオフェン環縮合多環芳香族化合物
US8795852B2 (en) * 2009-02-27 2014-08-05 Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd. Organic electroluminescent device with host materials having same or similar IP, EA and T1 values
CN101693719B (zh) * 2009-10-23 2012-07-04 中国科学院上海有机化学研究所 以萘四羧酸二酰亚胺为核的硫杂共轭化合物、制法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009242339A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Hiroshima Univ 芳香族縮合環化合物およびこれを含む有機半導体材料、有機半導体デバイス、並びに、それらの製造方法
CN102224157A (zh) * 2008-11-21 2011-10-19 国立大学法人广岛大学 新型化合物及其制备方法、有机半导体材料和有机半导体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014133100A1 (ja) 2017-02-02
CN105008374B (zh) 2017-07-04
TW201443060A (zh) 2014-11-16
US9859508B2 (en) 2018-01-02
EP2963042A4 (en) 2016-10-05
KR20150120388A (ko) 2015-10-27
US20160013428A1 (en) 2016-01-14
JP6425646B2 (ja) 2018-11-21
WO2014133100A1 (ja) 2014-09-04
CN105008374A (zh) 2015-10-28
EP2963042A1 (en) 2016-01-06
EP2963042B1 (en) 2017-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5622585B2 (ja) 新規な複素環式化合物及びその利用
TWI588148B (zh) 新穎的縮合多環芳香族化合物及其用途
JP6208133B2 (ja) 複素環化合物及びその利用
TWI614254B (zh) 新穎之縮合多環芳香族化合物及其用途
WO2012115218A1 (ja) ジアントラ［２，３－ｂ：２'，３'－ｆ］チエノ［３，２－ｂ］チオフェンの製造方法並びにその用途
JP6592758B2 (ja) 新規な縮合多環芳香族化合物及びその用途
WO2010098326A1 (ja) 新規化合物及びその製造方法、並びに有機半導体材料及び有機半導体デバイス
WO2013031468A1 (ja) 複素環式化合物及びその利用
JP6572473B2 (ja) 有機化合物及びその用途
JP5600267B2 (ja) 新規な化合物及びその利用
JP6917106B2 (ja) 縮合多環芳香族化合物及びその用途
JP6497560B2 (ja) 新規縮合多環芳香族化合物及びその用途
JP6592863B2 (ja) 有機化合物及びその用途

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees