CN102712558B - 含杂环的非对称性芳香族化合物、有机薄膜晶体管用化合物、以及使用它的有机薄膜晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以下式(I)表示的化合物。其中,不存在R1~R14全部为氢原子的情况。

Description

含杂环的非对称性芳香族化合物、有机薄膜晶体管用化合物、以及使用它的有机薄膜晶体管
技术领域
本发明涉及有机薄膜晶体管用化合物、以及使用它的有机薄膜晶体管。更具体来说,涉及可以适用涂布工艺的有机薄膜晶体管用化合物以及将其用于有机半导体层中的有机薄膜晶体管。另外,本发明涉及含杂环的非对称性芳香族化合物、有机薄膜晶体管用化合物、以及使用它的有机薄膜晶体管。更具体来说,涉及作为可以适用涂布工艺且氧化稳定性良好的含杂环非对称性芳香族化合物的有机薄膜晶体管用化合物、以及将其用于有机半导体层中的有机薄膜晶体管。另外,本发明涉及新型的含杂环非对称性芳香族化合物、可以进行涂布工艺的有机薄膜晶体管用化合物以及将其用于有机半导体层中的有机薄膜晶体管。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor:以下有时简记为TFT)被作为液晶显示装置等显示用的开关元件广泛地使用。代表性的TFT在基板上依次具有栅电极、绝缘体层、半导体层,在半导体层上,具有隔开规定的间隔形成的源电极以及漏电极。有机半导体层形成通道区域,通过以对栅电极施加的电压控制在源电极与漏电极之间流过的电流来进行通/断动作。
以往,该TFT使用无定形或多结晶的硅来制作,然而在使用此种硅的TFT的制作中所用的CVD(化学气相生长)装置非常昂贵,使用了TFT的显示装置等的大型化具有导致制造成本的大幅度增加的问题。另外,由于将无定形或多结晶的硅成膜的过程是在非常高的温度下进行,因此可以作为基板使用的材料的种类受到限制,所以具有无法使用轻质的树脂基板等问题。另外,还有无法使用赋形性或柔软性优异的树脂基板等问题。
为了解决此种问题,提出过取代无定形或多结晶的硅而使用有机物的TFT。作为用有机物形成TFT时所用的成膜方法,已知有真空蒸镀法、涂布法等,而根据这些成膜方法,可以在抑制制造成本的上升的同时,实现元件的大型化,可以将成膜时所必需的过程温度设为比较低的温度。由此,就此种有机TFT而言,具有对基板中所用的材料的选择时的限制少的优点,有望实现其实用化,进行过积极的研究报告。
作为有机TFT的有机物半导体层中所用的p型场效应晶体管(FET:Field Effect Transistor)材料,以单质或者与其他的化合物的混合物的状态使用共轭系聚合物或噻吩等多聚体、金属酞菁化合物、并五苯等缩合芳香族烃等。另外,作为n型FET材料,例如已知有1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTCDA)、11,11,12,12-四氰基萘-2,6-醌二甲烷(TCNNQD)、1,4,5,8-萘四碳二酰亚胺(NTCDI)、或氟化酞菁。
另一方面,作为与有机TFT相同地利用导电的设备,有有机电致发光(EL)元件。就有机EL元件而言,一般来说对100nm以下的超薄膜沿膜厚方向施加105V/cm以上的强电场而强制性地流过电荷,而在有机TFT的情况下,需要用105V/cm以下的电场高速地使电荷流过数μm以上的距离,因此对于有机TFT中所用的有机物自身来说,需要更好的导电性。
但是,以往的有机TFT中的上述有机半导体材料的场效应迁移率小,响应速度慢,在作为晶体管的高速响应性方面存在问题。另外,通/断比也很小。
而且,这里所说的通/断比,是将施加栅电压时(接通)的源极-漏极间流过的电流用未施加栅电压时(断开)的源极-漏极间流过的电流除而得的值。所谓接通电流,通常是在使栅电压增加时,源极-漏极间流过的电流饱和时的电流值(饱和电流)。
作为有机TFT的代表性的材料,可以举出并五苯,专利文献1以及2中,制作了将并五苯用于有机半导体层中的有机TFT。并五苯具有在大气中的稳定性低的缺点,因此虽然元件刚刚制作后显示出非常高的迁移率,然而随着时间的经过迁移率就会降低。
为了提高大气中的稳定性,有使用并多苯(英文:phenacene;中文译文译自该英文原文)化合物的方法。例如,非专利文献1提出了苉([5]phenacene),专利文献3提出了[5]~[11]phenacene。但是,这些化合物在有机溶剂中的溶解性低,具有无法适用于涂布工艺的缺点。
专利文献4公开了如下的有机薄膜晶体管,是使用涂布工艺制造的有机薄膜晶体管,具备包含含杂环的缩合芳香族化合物的有机半导体层。根据专利文献4的公开内容,该化合物的保存稳定性出色。但是,评价了保存稳定性的有机TFT仅为利用蒸镀法制造的TFT,对于使用涂布工艺制造的有机TFT,没有进行保存稳定性的评价。
作为提高大气中的稳定性的工作,在专利文献5中公开过在菲骨架的两端配设了噻吩环的5环稠环结构、或者在骨架的一端或两端配设了噻吩环的5环以上的稠环结构。但是,没有关于溶解性的记载或启示。
[专利文献]
[专利文献1]日本特开平5-55568号公报
[专利文献2]日本特开2001-94107号公报
[专利文献3]日本特开2009-218333号公报
[专利文献4]日本特开2009-267140号公报
[专利文献5]日本特开2010-177637号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]H.Okamoto等、Journal of the AmericanChemical Society、130卷、10470页、2008年
发明内容
本发明的目的在于,提供可以应用涂布工艺并且氧化稳定性优异的有机薄膜晶体管用化合物。
本发明的目的还在于,提供具有优异的晶体管特性的有机薄膜晶体管。
根据本发明,提供以下的有机薄膜晶体管用化合物等。
1.一种以下式(I)表示的化合物。
式中,R1~R14分别是氢原子、卤素原子、碳数2~30的烷基、碳数3~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环状结构。
其中,不存在R1~R14全部为氢原子的情况。
2.根据1中记载的化合物,其中,
R1~R14的至少1个是选自碳数3~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基以及氰基中的基团。
3.一种以下式(A-1)表示的有机薄膜晶体管用化合物。
式中,R1~R14分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环状结构;
其中,不存在R1~R14全部为氢原子的情况。
4.一种以下式(A-2)表示的有机薄膜晶体管用化合物。
R1、R2、R7、R8、R9、R10以及R14与式(A-1)的R1、R2、R7、R8、R9、R10以及R14相同。
5.一种含有3或4中记载的有机薄膜晶体管用化合物的有机薄膜晶体管。
6.一种有机薄膜晶体管,其是在基板上至少设有栅电极、源电极及漏电极这3个端子、绝缘体层以及有机半导体层并通过对栅电极施加电压来控制源极-漏极间电流的有机薄膜晶体管,所述有机半导体层含有3或4中记载的有机薄膜晶体管用化合物。
7.一种具备5或6中记载的有机薄膜晶体管的装置。
8.一种以下式(B-1)表示的化合物。
式中,R1~R4分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
环Ar1是以下式(B-2)~(B-5)中的任意一个表示的稠环,
式中,粗线部的7及8的位数分别对应于以式(B-1)表示的化合物的蒽骨架的7位及8位。
X1是-S-、-O-、或者-N(R21)-。
R5~R21分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
其中,不存在R13~R16的全部、以及R17~R20的全部是氢原子的情况。
9.根据8中记载的化合物,其以下式(B-6)表示。
式中,R22及R23分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
所述环Ar2是以下式(B-7)~(B-10)中的任意一个表示的稠环,
式中,粗线部的7及8的位数分别对应于以式(B-6)表示的化合物的蒽骨架的7位及8位;
X2表示-S-、-O-或者-N(R32)-;
R24~R32分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
其中,不存在R28及R29的全部、以及R30及R31的全部是氢原子的情况。
10.一种以下式(B-1)表示的有机薄膜晶体管用化合物。
式中,R1~R4分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
所述环Ar1是以下式(B-2)~(B-5)的任意一个表示的稠环,
式中,粗线部的7及8的位数分别对应于以式(B-1)表示的化合物的蒽骨架的7位及8位;
X1是-S-、-O-或者-N(R21)-;
R5~R21分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
其中,不存在R13~R16的全部、以及R17~R20的全部是氢原子的情况。
11.根据10中记载的有机薄膜晶体管用化合物,其以下式(B-6)表示。
式中,R22及R23分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
环Ar2是以下式(B-7)~(B-10)的任意一个表示的稠环,
式中,粗线部的7及8的位数分别对应于以式(B-6)表示的化合物的蒽骨架的7位及8位;
X2表示-S-、-O-或者-N(R32)-;
R24~R32分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
其中,不存在R28及R29的全部、以及R30及R31的全部是氢原子的情况。
12.一种含有10或11中记载的有机薄膜晶体管用化合物的有机薄膜晶体管。
13.一种有机薄膜晶体管,其是在基板上至少设有栅电极、源电极及漏电极这3个端子、绝缘体层以及有机半导体层并通过对栅电极施加电压来控制源极-漏极间电流的有机薄膜晶体管,所述有机半导体层含有10或11中记载的有机薄膜晶体管用化合物。
14.一种具备12或13中记载的有机薄膜晶体管的装置。
15.一种涂布10或11中记载的有机薄膜晶体管用化合物而形成有机半导体层的有机薄膜晶体管的制造方法。
16.一种以下式(C-1)或式(C-2)表示的化合物。
式中,R1~R8分别是氢原子、卤素原子、碳数2~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数2~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数2~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、或者碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基,这些基团也可以还具有取代基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
X是-S-、-O-或者-N(R13)-;
R9~R13分别是氢原子、卤素原子、碳数2~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数2~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基,其中,R13可以是甲基;
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基可以相互结合而形成含有氮原子的环结构;
R1~R12的至少1个是氢原子以外的基团。
17.根据16中记载的化合物,其中,
所述以式(C-1)表示的化合物是以下式(C-3)表示的化合物,所述以式(C-2)表示的化合物是以下式(C-4)表示的化合物。
式中,X、R4、R5、R10及R11表示与16相同的基团。R4、R5、R10及R11的至少1个是氢原子以外的基团。
18.根据16或17中记载的化合物,其为有机薄膜晶体管用化合物。
19.一种含有18中记载的化合物的有机薄膜晶体管。
20.一种有机薄膜晶体管,其是在基板上至少设有栅电极、源电极及漏电极这3个端子、绝缘体层以及有机半导体层并通过对栅电极施加电压来控制源极-漏极间电流的有机薄膜晶体管,所述有机半导体层含有18中记载的化合物。
21.一种具备19或20中记载的有机薄膜晶体管的装置。
根据本发明,可以提供能够应用涂布工艺并且氧化稳定性优异的有机薄膜晶体管用化合物。
根据本发明,可以提供具有优异的晶体管特性的有机薄膜晶体管。
附图说明
图1是表示本发明的薄膜晶体管的一个实施方式的图。
图2是表示本发明的薄膜晶体管的其他的实施方式的图。
图3是表示本发明的薄膜晶体管的其他的实施方式的图。
图4是表示本发明的薄膜晶体管的其他的实施方式的图。
图5是表示本发明的薄膜晶体管的其他的实施方式的图。
图6是表示本发明的薄膜晶体管的其他的实施方式的图。
具体实施方式
下面,对本发明的第一方式进行说明。
本发明的第一方式的有机薄膜晶体管用化合物是以下式(A-1)表示的化合物。
式中,R1~R14分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环状结构。
其中,不存在R1~R14全部为氢原子的情况。
以式(A-1)表示的有机薄膜晶体管用化合物(以下有时记作本发明的第一化合物)通过扩展π共轭体系而增强分子间的相互作用,在作为有机薄膜晶体管用材料使用时可以获得高迁移率。另外,对于本发明的化合物,通过将其结构设为非对称和/或导入取代基,可以提高在有机溶剂中的溶解性。
此外,与以并五苯为代表的将苯环排列在一条直线上的线性多并苯不同,本发明的化合物采取将一部分的苯环配置成锯齿状的并多苯结构,因此具有优异的氧化稳定性。
式(A-1)中,优选R1~R14的至少1个是选自碳数3~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基以及氰基中的基团。
本发明的第一化合物优选为以下式(A-2)表示的有机薄膜晶体管用化合物。第一化合物因采取式(A-2)的结构,分子间相互作用变强,有望实现高迁移率。
R1、R2、R7、R8、R9、R10及R14与式(A-1)的R1、R2、R7、R8、R9、R10及R14相同。
以式(A-2)表示的化合物当中,仅R1是氢原子以外的取代基,R2、R7、R8、R9、R10以及R14全部为氢原子的化合物是在可以缩短反应工序、并且制造容易的方面优异的化合物。
在上述的情况下,R1优选为碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
下面,对本发明的第一化合物的各取代基进行说明。
R1~R14的碳数1~30的烷基优选为碳数2~30的烷基,例如可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基。
上述的烷基当中,从溶解性的方面考虑,优选直链状烷基。优选碳数为3~18的直链状烷基,特别优选碳数5~12的直链状烷基。而且,如果是碳数为19以上的直链状烷基,则在用于有机薄膜晶体管中时有可能耐热性不够充分。
R1~R14的碳数2~30的烯基优选为碳数3~30的烯基,例如可以举出乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、戊二烯基、己烯基、己二烯基、庚烯基、辛烯基、辛二烯基、2-乙基己烯基、癸烯基等。
作为R1~R14的碳数2~30的炔基,可以举出乙炔基、丙炔基、2-苯基乙炔基、正丁炔基、正戊炔基、正己炔基、正庚炔基、正辛炔基等。
作为R1~R14的碳数1~30的卤代烷基,例如可以举出氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯异丙基、2,3-二氯-叔丁基、1,2,3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴异丁基、1,2-二溴乙基、1,3-二溴异丙基、2,3-二溴-叔丁基、1,2,3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1,2-二碘乙基、1,3-二碘异丙基、2,3-二碘-叔丁基、1,2,3-三碘丙基、氟甲基、1-氟乙基,2-氟乙基、2-氟异丁基、1,2-二氟乙基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、全氟异丙基、全氟丁基、全氟环己基等。
R1~R14的碳数1~30的烷氧基是以-OX1表示的基,作为X1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子,R1~R14的碳数1~30的卤代烷氧基是以-OX2表示的基,作为X2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
R1~R14的碳数1~30的烷硫基是以-SX1表示的基,作为X1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子,R1~R14的碳数1~30的卤代烷硫基是以-SX2表示的基,作为X2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
R1~R14的碳数1~30的烷基氨基是以-NHX1表示的基,二烷基氨基是以-NX1X3表示的基,X1及X3分别可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。而且,R1~R14的碳数2~60的二烷基氨基的烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构,作为环结构,例如可以举出吡咯烷、哌啶等。
作为R1~R14的碳数6~60的芳基氨基,只要与氨基结合的取代基中的至少一个是芳基即可,具体来说,可以举出苯基氨基、甲基苯基氨基、二苯基氨基、二对甲苯基氨基、二间甲苯基氨基、苯基间甲苯基氨基、苯基-1-萘基氨基、苯基-2-萘基氨基、苯基(仲丁基苯基)氨基、苯基叔丁基氨基、双(4-甲氧基苯基)氨基、苯基-4-咔唑基苯基氨基等。
R1~R14的碳数1~30的烷基磺酰基是以-SO2X1表示的基,作为X1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子,R1~R14的碳数1~30的卤代烷基磺酰基是以-SO2X2表示的基,作为X2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
作为R1~R14的碳数6~60的芳香族烃基,例如可以举出苯基、萘基、蒽基、菲基、芴基、苝基、并四苯基、并五苯基等。
作为R1~R14的碳数3~60的芳香族杂环基,例如可以举出二噻吩并苯基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯并噻二唑基等。
作为R1~R14的碳数3~20的烷基甲硅烷基,是以-SiX1X2X3表示的基,X1、X2以及X3分别可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。
作为R1~R14的碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基,可以举出三甲基甲硅烷基乙炔基、三乙基甲硅烷基乙炔基、三异丙基甲硅烷基乙炔基、叔丁基二甲基甲硅烷基乙炔基等。
作为R1~R14所还具有的取代基,可以举出芳基磺酰基。
上述各取代基中,烷基、烯基以及炔基由于有望提高迁移率和溶解性这两方面,因此优选。特别优选为烷基。此外,基于相同的理由,还优选碳数7~60的芳基烷基。作为构成芳基烷基的芳香族烃基及烷基,可以举出前述的基。
将本发明的第一化合物的具体例表示如下。
本发明的第一化合物例如可以依照下述合成路径来制造。
R表示取代基,X表示卤素原子。
工序1是将作为起始原料A的卤化芳基加以金属化或者硼化而合成中间体B的工序。作为工序1中所用的反应,可以举出宫浦-石山硼化反应、使用正丁基锂和三甲氧基硼的硼化反应、使用正丁基锂和氯化三丁基锡的甲锡烷基化反应、使用叔丁基锂和氯化锌的向有机锌试剂的转换反应等。它们当中,从良好的收率和生成的化合物的溶解度高的方面考虑,优选宫浦-石山硼化反应。
工序2是进行中间体B与苯甲醛衍生物的连结而合成中间体C的工序。作为工序2中所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应等。它们当中,从提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应。
工序3中,使用Wittig试剂将甲酰基变换为甲基烯醇醚(methyl enolether)而合成中间体D的工序。作为工序3中所用的试剂,可以举出(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻。
工序4是使用酸进行环化反应而合成中间体E的工序。工序4中,可以使用各种路易斯酸、质子酸,由于可以提供良好的收率,因此优选使用甲磺酸。
工序5是向中间体E中导入取代基而合成最终体F的工序。作为工序5中所用的反应,可以使用铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应、桧山偶联反应、熊田偶联反应、沟吕木-Heck反应等。它们当中,由于可以提供良好的收率,因此优选使用熊田偶联反应。
下面,对本发明的第二方式进行说明。
本发明的第二方式的化合物是以下式(B-1)表示的化合物(含杂环非对称性芳香族化合物)。
R1~R4分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构。
环Ar1是以下式(B-2)~(B-5)的任意一个表示的稠环。
式中,粗线部的7及8的位数分别对应于以式(1)表示的化合物的蒽骨架的7位及8位。
X1是-S-、-O-、或者-N(R21)-。
R5~R21分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构。
其中,不存在R13~R16的全部、以及R17~R20的全部是氢原子的情况。
以式(B-1)表示的化合物(以下有时简记为本发明的第二化合物)利用对化合物整体或者分子间的π电子共轭体系的扩展、以及杂原子的重原子效应来增强分子间的相互作用,在作为有机薄膜晶体管用材料使用时可以获得高迁移率。
另外,本发明的第二化合物通过使其结构为非对称和/或导入取代基,可以提高在有机溶剂中的溶解性。
此外,与以并五苯为代表的将苯环排列在一条直线上的线性多并苯不同,本发明的化合物将一部分的苯环弯曲地配置,形成与并多苯等效的结构,因此具有优异的氧化稳定性。
在以式(B-1)表示的化合物中,对于环Ar1,从迁移率、溶解性、氧化稳定性的观点考虑,优选为以式(B-2)、(B-3)或者(B-4)表示的稠环,更优选为以式(B-2)或者(B-4)表示的稠环。
本发明的第二化合物优选为以下式(B-6)表示的化合物。
式中,R22及R23分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构。
环Ar2是以下式(B-7)~(B-10)的任意一个表示的稠环。
式中,粗线部的7及8的位数分别对应于以式(B-6)表示的化合物的蒽骨架的7位及8位。
X2表示-S-、-O-或者-N(R32)-。
R24~R32分别是氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构。
其中,存在R28及R29的全部、以及R30及R31的全部是氢原子的情况。
以式(B-6)表示的化合物是R1、R4、R5、R6、R9、R10、R13、R16、R17以及R20为氢原子的以式(B-1)表示的化合物,具有强烈的分子间相互作用,在用于有机薄膜晶体管中的情况下有望实现高迁移率。
在以式(B-6)表示的化合物中,对于环Ar2,从迁移率、溶解性、氧化稳定性的观点考虑,优选为以式(B-7)、(B-8)或者(B-9)表示的稠环,更优选为以式(B-7)或者(B-9)表示的稠环。
而且,蒽骨架的位置编号如下所示。
下面,对本发明的第二化合物的各取代基进行说明。
X1及X2优选为-S-。这是因为,杂原子(O、N及S)具有被称作重原子效应的相互作用,在这些杂原子当中,S具有很大的相互作用。
另外,在X1及X2为-N(R21)-及-N(R32)-的情况下,从易于合成本发明的化合物以及副产物的生成少的观点考虑,R21及R32优选为氢原子以外的取代基,更优选为碳数1~30的烷基,进一步优选为碳数1~6的烷基,特别优选为甲基。在R21及R32为氢原子以外的取代基的情况下,还有望实现高迁移率。
R1、R4、R5、R6、R9、R10、R13、R16、R17以及R20优选为氢原子。另外,如果R2与R3的一方、R7与R8的一方、R11与R12的一方、R19与R20的一方、R22与R23的一方、R24与R25的一方、R26与R27的一方、R28与R29的一方、以及R30与R31的一方是氢原子,则易于合成本发明的化合物,因此优选。
在相邻的基都是氢原子以外的取代基的情况下,优选短链烷基等体积不大的取代基。
作为R1~R32的卤素原子,可以举出氟原子、氯原子、溴原子以及碘原子。
在卤素原子直接与芳香族环或者杂环结合的情况下,其结合位置优选为R2与R3的一方、R7与R8的一方、R11与R12的一方、R19与R20的一方、R22与R23的一方、R24与R25的一方、R26与R27的一方、R28与R29的一方、以及R30与R31的一方。
作为R1~R32的碳数1~30的烷基,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基。
这些烷基当中,从迁移率以及溶解性的观点考虑,优选为碳数1~20的烷基,更优选为碳数1~10的烷基。
在像R2与R3、R7与R8那样相邻的基都是烷基的情况下,如果R2、R3、R7以及R8分别是像碳数1~5的烷基那样的短链烷基,则易于合成本发明的化合物,因此优选。
作为R1~R32的碳数2~30的烯基,可以举出乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、戊二烯基、己烯基、己二烯基、庚烯基、辛烯基、辛二烯基、2-乙基己烯基、癸烯基,优选为碳数2~10的烯基。
在烯基直接与芳香族环或者杂环结合的情况下,其结合位置优选为R2与R3的一方、R7与R8的一方、R11与R12的一方、R19与R20的一方、R22与R23的一方、R24与R25的一方、R26与R27的一方、R28与R29的一方、以及R30与R31的一方。
作为附加在烯基上的取代基,可以举出苯基和/或由烷基取代而成的苯基。该情况下,该取代基优选附加在直链状的烯基的末端。另外,作为附加在烯基上的烷基,优选直链状的烷基。
作为R1~R32的碳数2~30的炔基,可以举出乙炔基、丙炔基、2-苯基乙炔基、正丁炔基、正戊炔基、正己炔基、正庚炔基、正辛炔基、正十一炔基、正十二炔基,优选为碳数2~12的炔基。
炔基的三键优选与本发明的化合物的芳香族环或杂环不夹隔亚烷基结合。
作为附加在炔基上的取代基,可以举出苯基和/或由烷基取代而成的苯基。该情况下,该取代基优选附加在直链状的炔基的末端。另外,作为附加在炔基上的烷基,优选直链状的烷基。
作为附加在炔基上的其他的取代基,可以举出三烷基甲硅烷基。作为与甲硅烷基基结合的烷基,优选甲基、乙基、异丙基等短链烷基。
R1~R32的碳数1~30的卤代烷基的具体例可以举出氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯异丙基、2,3-二氯-叔丁基、1,2,3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴异丁基、1,2-二溴乙基、1,3-二溴异丙基、2,3-二溴-叔丁基、1,2,3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1,2-二碘乙基、1,3-二碘异丙基、2,3-二碘-叔丁基、1,2,3-三碘丙基、氟甲基、1-氟乙基,2-氟乙基、2-氟异丁基、1,2-二氟乙基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、全氟异丙基、全氟丁基、全氟环己基,优选为碳数1~10的1-卤代烷基。
R1~R32的碳数1~30的烷氧基是以-OY1表示的基,作为Y1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。R1~R32的碳数1~30的卤代烷氧基是以-OY2表示的基,作为Y2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
R1~R32的碳数1~30的烷硫基是以-SY1表示的基,作为Y1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。R1~R32的碳数1~30的卤代烷硫基是以-SY2表示的基,作为Y2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
R1~R32的碳数1~30的烷基氨基是以-NHY1表示的基,优选为碳数1~10的烷基氨基。R1~R32的碳数2~60的二烷基氨基是以-NY1Y3表示的基,优选为烷基分别是碳数1~10的烷基的二烷基氨基。Y1及Y3分别可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。
而且,碳数2~60的二烷基氨基的烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构,作为环结构,例如可以举出吡咯烷、哌啶等。
本发明的第二化合物中,优选式(B-2)的R7、式(B-3)的R12、式(B-4)的R14或者R15、式(B-5)的R18或者R19、式(B-7)的R24、式(B-8)的R27、式(B-9)的R28或者R29、式(B-10)的R30或者R31是烷基氨基或者二烷基氨基。
作为R1~R32的碳数6~60的芳基氨基,只要与氨基结合的取代基中的至少1个是芳基即可,具体来说,可以举出苯基氨基、甲基苯基氨基、二苯基氨基、二对甲苯基氨基、二间甲苯基氨基、苯基间甲苯基氨基、苯基-1-萘基氨基、苯基-2-萘基氨基、苯基(仲丁基苯基)氨基、苯基叔丁基氨基、双(4-甲氧基苯基)氨基、苯基-4-咔唑基苯基氨基等。
本发明的第二化合物中,优选式(B-2)的R7、式(B-3)的R12、式(B-4)的R14或者R15、式(B-5)的R18或者R19、式(B-7)的R24、式(B-8)的R27、式(B-9)的R28或者R29、式(B-10)的R30或者R31是芳基氨基。
R1~R32的碳数1~30的烷基磺酰基是以-SO2Y1表示的基,作为Y1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子,R1~R32的碳数1~30的卤代烷基磺酰基是以-SO2Y2表示的基,作为Y2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
作为R1~R32的碳数6~60的芳香族烃基,可以举出苯基、萘基、蒽基、菲基、芴基、苝基、并四苯基、并五苯基等。
作为R1~R32的碳数3~60的芳香族杂环基,可以举出噻吩基、二噻吩并苯基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯并噻二唑基等。
本发明的化合物中,优选式(B-2)的R7、式(B-3)的R12、式(B-4)的R14或者R15、式(B-5)的R18或者R19、式(B-7)的R24、式(B-8)的R27、式(B-9)的R28或者R29、式(B-10)的R30或者R31是芳香族杂环基。
作为芳香族杂环基的取代基,可以举出所述烷基。
R1~R32的碳数3~20的烷基甲硅烷基是以-SiY1Y2Y3表示的基,Y1、Y2以及Y3分别可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。作为该烷基,可以举出甲基、乙基、异丙基等短链的烷基。
作为R1~R32的碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基,可以举出三甲基甲硅烷基乙炔基、三乙基甲硅烷基乙炔基、三异丙基甲硅烷基乙炔基、叔丁基二甲基甲硅烷基乙炔基等。
R1~R32优选分别为氢原子、卤素原子、碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数1~30的烷氧基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、或氰基。特别是如果取代基为烷基,则有望提高溶解性及迁移率。
将本发明的第二化合物的具体例表示如下。
本发明的第二化合物例如可以依照下述合成路径(合成法I、合成法II及合成法III)来制造。
X与本发明的第二化合物的X1及X2相同。
工序1是将作为起始原料A的卤化苯并杂环化合物与2位被金属化或者硼化了的3-溴萘连结而合成中间体B的工序。作为工序1中所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应、桧山偶联等。其中,从可以提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应。
而且,起始原料A可以是市售品或者以下述论文为参考来合成。
J.Med.Chem.2006 4374-4383.
ELI LILLY AND COMPANY;WO2006/107784;(2006);(A1)
工序2是将中间体B甲酰化而合成中间体C的工序。作为工序2中所用的反应,可以举出Stille羰基化反应、使用BuLi/DMF或者Mg/DMF的甲酰化反应等。它们当中,从容易处置的方面考虑,优选使用BuLi/DMF的甲酰化反应。
工序3是使用Wittig试剂将甲酰基转换为甲基烯醇醚而合成中间体D的工序。作为工序3中所用的试剂,可以举出(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻。
工序4是使用酸进行环化反应而合成最终体E的工序。工序4中,可以使用各种路易斯酸、质子酸,由于可以提供良好的收率,因此优选使用甲磺酸。
工序5是将作为起始原料F的卤化芳基与含有杂环的金属化合物或者硼化合物连结而合成中间体G的工序。作为工序5中所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应、桧山偶联等。它们当中,从可以提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应。
工序6是使用Wittig试剂将甲酰基转换为甲基烯醇醚而合成中间体H的工序。作为工序6中所用的试剂,可以举出(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻。
工序7是使用酸进行环化反应而合成最终体I的工序。工序7中,可以使用各种路易斯酸、质子酸,由于可以提供良好的收率,因此优选甲磺酸。
工序8是向作为起始原料J的卤化苯并杂环化合物中导入取代基而合成中间体K的工序。作为工序8中所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应、桧山偶联反应、根岸偶联反应等。它们当中,从可以提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应、根岸偶联反应。
工序9是将中间体K溴化而合成中间体L的工序。作为工序9中所用的试剂,可以举出N-溴代丁二酰亚胺或BuLi/Br2等。它们当中,从易于处置的方面考虑,优选使用N-溴代丁二酰亚胺。
工序10是将2位被金属化或者硼化了的3-溴萘与中间体M连结的工序。作为工序10中所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应、桧山偶联等。它们当中,从可以提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应。
工序11是将中间体M甲酰化而合成中间体N的工序。作为工序11中所用的反应,可以举出Stille羰基化反应、使用BuLi/DMF或者Mg/DMF的甲酰化反应等。它们当中,从易于处置的方面考虑,优选使用BuLi/DMF的甲酰化反应。
工序12是使用Wittig试剂将甲酰基转换为甲基烯醇醚而合成中间体O的工序。作为工序12中所用的试剂,可以举出(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻。
工序13是使用酸进行环化反应而合成最终体P的工序。工序13中,可以使用各种路易斯酸、质子酸,由于可以提供良好的收率,因此优选甲磺酸。
下面,对本发明的第三方式进行说明。
本发明的第三方式的化合物以下式(C-1)或者式(C-2)表示。
式中,R1~R8分别是氢原子、卤素原子、碳数2~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数2~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数2~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、或者碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构。
X是-S-、-O-、或者-N(R13)-。
R9~R13分别是氢原子、卤素原子、碳数2~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数1~30的卤代烷基、碳数2~30的烷氧基、碳数1~30的卤代烷氧基、碳数1~30的烷硫基、碳数1~30的卤代烷硫基、碳数1~30的烷基氨基、碳数2~60的二烷基氨基、碳数6~60的芳基氨基、碳数1~30的烷基磺酰基、碳数1~30的卤代烷基磺酰基、碳数6~60的芳香族烃基、碳数3~60的芳香族杂环基、碳数3~20的烷基甲硅烷基、碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基或氰基,这些基团也可以还具有取代基。
所述碳数2~60的二烷基氨基的2个烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构。R13也可以是甲基。
R1~R12的至少1个是氢原子以外的基。
以式(C-1)以及式(C-2)表示的化合物(以下有时记作本发明的第三化合物)利用向化合物整体或者分子间的π电子共轭体系的扩展、以及杂原子的重原子效应,增强了分子间的相互作用。这样,在作为有机薄膜晶体管用材料使用时就可以获得高迁移率。
另外,本发明的第三化合物通过使其结构为非对称、和/或导入取代基,而可以提高在有机溶剂中的溶解性。
此外,与以并五苯为代表的将苯环排列在一条直线上的线性多并苯不同,本发明的第三化合物将一部分的苯环弯曲地配置,形成与并多苯等效的结构,因此具有优异的氧化稳定性。
本发明的第三化合物优选为以下式(C-3)或者式(C-4)表示的化合物。
式中,X、R4、R5、R10以及R11表示与(C-1)以及(C-2)相同的基。R4、R3、R10以及R11的至少1个是氢以外的基。
以式(C-3)或者式(C-4)表示的化合物是R1~R3、R6~R9、以及R12为氢原子的以式(C-1)或者式(C-2)表示的化合物,具有强分子间相互作用,在用于有机薄膜晶体管中的情况下有望实现高迁移率。
另外,如果R4与R5的一方、R10与R11的一方是氢原子,则易于合成本发明的第三化合物,因此优选。
下面,对本发明的第三化合物的各取代基进行说明。
X优选为-S-。这是因为,杂原子(O、N以及S)具有被称作重原子效应的相互作用,这些杂原子当中,S具有很大的相互作用。
另外,在X为-N(R13)-的情况下,从易于合成本发明的第三化合物以及副产物的生成少的观点考虑,R13优选为氢原子以外的取代基,更优选为碳数1~30的烷基,进一步优选为碳数1~6的烷基,特别优选为甲基。在R13是氢原子以外的取代基的情况下,还有望实现高迁移率。R13与R1~R12的情况不同,也可以是甲基。
作为R1~R13的卤素原子,可以举出氟原子、氯原子、溴原子以及碘原子。
在卤素原子直接与构成式(C-1)~式(C-4)的芳香族环或者杂环结合的情况下,其结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
作为R1~R13的碳数2~30的烷基,例如可以举出乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基。
这些烷基当中,从溶解性的方面考虑,优选直链状烷基。优选碳数为3~18的直链状烷基,特别优选5~12的直链状烷基。而且,如果是碳数为19以上的直链状烷基,则在用于有机薄膜晶体管中时有可能耐热性不够充分。
而且,在碳数1的烷基(甲基)的情况下,化合物的溶解性不够充分,对于涂布工艺中的使用造成妨碍。R13也可以是甲基。
在像R4与R5、R10与R11那样相邻的基都是烷基的情况下,如果分别是像碳数1~5的烷基那样的短链烷基,则易于合成本发明的第三化合物,因此优选。
作为R1~R13的碳数2~30的烯基,例如可以举出乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、戊二烯基、己烯基、己二烯基、庚烯基、辛烯基、辛二烯基、2-乙基己烯基、癸烯基,优选为碳数2~10的烯基。另外,虽然也可以像例示那样是具有2个以上的双键的基,然而从易于合成作为目标的化合物的方面考虑,具有1个双键的烯基是合适的。
在烯基直接与构成式(C-1)~式(C-4)的芳香族环或者杂环结合的情况下,其结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
作为R1~R13的碳数2~30的炔基,例如可以举出乙炔基、丙炔基、2-苯基乙炔基、正丁炔基、正戊炔基、正己炔基、正庚炔基、正辛炔基、正十一炔基、正十二炔基,优选为碳数2~12的炔基。
炔基的三键优选与本发明的第三化合物的构成式(C-1)~式(C-4)的芳香族环或者杂环不夹隔烷基地结合。炔基的结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
作为附加在炔基上的取代基,可以举出苯基和/或以烷基取代而成的苯基。作为此时的烷基,可以举出上述的碳数2~30的烷基,然而也可以是甲基。合适的范围也相同。
作为R1~R13的碳数1~30的卤代烷基,例如可以举出氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1,2-二氯乙基、1,3-二氯异丙基、2,3-二氯-叔丁基、1,2,3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、2-溴异丁基、1,2-二溴乙基、1,3-二溴异丙基、2,3-二溴-叔丁基、1,2,3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1,2-二碘乙基、1,3-二碘异丙基、2,3-二碘-叔丁基、1,2,3-三碘丙基、氟甲基、1-氟乙基,2-氟乙基、2-氟异丁基、1,2-二氟乙基、二氟甲基、三氟甲基、五氟乙基、全氟异丙基、全氟丁基、全氟环己基,优选为碳数1~10的1-卤代烷基。
R1~R13的碳数2~30的烷氧基是以-OY1表示的基,作为Y1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。R1~R13的碳数1~30的卤代烷氧基是以-OY2表示的基,作为Y2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
R1~R8的碳数2~30的烷硫基是以-SY1表示的基,作为Y1的例子,可以举出与所述烷基中说明过的相同的例子。
R9~R13的碳数1~30的烷硫基是以-SY1表示的基,作为Y1的例子,可以举出甲基以及与所述烷基中说明过的相同的例子。
R1~R13的碳数1~30的卤代烷硫基是以-SY2表示的基,作为Y2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
R1~R13的碳数1~30的烷基氨基是以-NHY1表示的基,优选为碳数1~10的烷基氨基。R1~R13的碳数2~60的二烷基氨基是以-NY1Y3表示的基,优选为烷基分别是碳数1~10的烷基的二烷基氨基。Y1以及Y3分别可以举出甲基以及与所述烷基中说明过的相同的例子。
而且,碳数2~60的二烷基氨基的烷基也可以相互结合而形成含有氮原子的环结构,作为环结构,例如可以举出吡咯烷、哌啶等。
本发明的第三化合物的烷基氨基或者二烷基氨基的结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
作为R1~R13的碳数6~60的芳基氨基,只要与氨基结合的取代基中的至少1个是芳基即可,具体来说,可以举出苯基氨基、甲基苯基氨基、二苯基氨基、二对甲苯基氨基、二间甲苯基氨基、苯基间甲苯基氨基、苯基-1-萘基氨基、苯基-2-萘基氨基、苯基(仲丁基苯基)氨基、苯基叔丁基氨基、双(4-甲氧基苯基)氨基、苯基-4-咔唑基苯基氨基等。
本发明的化合物的芳基氨基的结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
R1~R13的碳数1~30的烷基磺酰基是以-SO2Y1表示的基,作为Y1的例子,可以举出甲基以及与所述烷基中说明过的相同的例子,R1~R13的碳数1~30的卤代烷基磺酰基是以-SO2Y2表示的基,作为Y2的例子,可以举出与所述卤代烷基中说明过的相同的例子。
作为R1~R13的碳数6~60的芳香族烃基,可以举出苯基、萘基、蒽基、菲基、芴基、苝基、并四苯基、并五苯基等。
本发明的第三化合物的芳香族烃基的结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
作为R1~R13的碳数3~60的芳香族杂环基,可以举出噻吩基、二噻吩并苯基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、咔唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、苯并噻二唑基等。
本发明的第三化合物的芳香族杂环基的结合位置优选为R4与R5的一方、R10与R11的一方。
作为芳香族杂环基的取代基,可以举出甲基及所述烷基。
R1~R13的碳数3~20的烷基甲硅烷基是以-SiY1Y2Y3表示的基,Y1、Y2以及Y3分别可以举出甲基以及与所述烷基中说明过的相同的例子。作为该烷基,优选甲基、乙基、异丙基等短链的烷基。
作为R1~R13的碳数5~60的烷基甲硅烷基乙炔基,可以举出三甲基甲硅烷基乙炔基、三乙基甲硅烷基乙炔基、三异丙基甲硅烷基乙炔基、叔丁基二甲基甲硅烷基乙炔基等。
R9~R13也可以是氰基。
R1~R13优选分别是氢原子、卤素原子、碳数2~30的烷基、碳数2~30的烯基、碳数2~30的炔基、碳数2~30的烷氧基。特别是如果取代基为烷基,则有望实现溶解性及迁移率的进一步的提高。
将本发明的第三化合物的具体例表示如下。
这些第三化合物通过扩展π共轭体系、或者利用杂原子的重原子效应来增强分子间的相互作用,而在作为有机晶体管材料使用时可以获得高迁移率。
另外,通过形成非对称的结构或导入取代基,可以提高溶解性。
与以并五苯为代表的将苯环排列在一条直线上的线性多并苯相比,这些材料中通过采取将一部分的苯环以锯齿状配置的并多苯的等效体结构,而可以提高氧化稳定性。
本发明的第三化合物例如可以用下述的合成法A或者B来合成。
·合成法A
式中,X表示与上述的式(C-1)相同的基,R表示与式(C-1)的R1等相同的基,M是硼酸等,Me是甲基。
工序1是将起始原料的2位被硼化或者金属化的苯并杂环化合物的衍生物与萘衍生物连结而形成中间体A的工序,作为此时所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、根岸偶联反应、桧山偶联等。其中,从可以提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应。
而且,起始原料可以使用市售品、或者利用公知的方法来合成。
工序2是将中间体A甲酰化而合成中间体B的工序,作为此时所用的反应,可以举出使用BuLi/DMF的甲酰化反应、使用CH2ClOMe的Friedel-Crafts反应等。其中,从易于处置的方面考虑,优选使用BuLi/DMF的甲酰化反应。
工序3是使用Wittig试剂将甲酰基转换为甲基烯醇醚而合成中间体C的工序,作为此时所用的试剂,可以举出(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻。
工序4是使用酸进行环化反应而合成最终体D的工序,可以使用各种路易斯酸、质子酸。其中,由于可以提供良好的收率,因此优选甲磺酸。
·合成法B
式中,X表示与上述的式(C-1)相同的基,R表示与式(C-1)的R1等相同的基,M是硼酸等,Me是甲基。
工序5是将3-溴-2-甲酰基苯并杂环化合物与2位被硼化或者金属化了的萘衍生物连结而合成中间体E的工序,作为此时所用的反应,可以举出铃木-宫浦偶联反应、Stille偶联反应、桧山偶联等。其中,从可以提供良好的收率的方面考虑,优选铃木-宫浦偶联反应。
而且,起始原料可以使用市售品或者用公知的方法来合成。
工序6是使用Wittig试剂将甲酰基转换为甲基烯醇醚而合成中间体F的工序,作为此时所用的试剂,可以举出(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻。
工序7是使用酸进行环化反应而合成最终体G的工序,可以使用各种路易斯酸、质子酸。其中,由于可以提供良好的收率,因此优选甲磺酸。
而且,在晶体管之类的电子设备中,通过使用纯度高的材料,可以提高场效应迁移率或通/断比。所以,最好根据需要,将所制造出的本发明的第一、第二以及第三化合物(以下有时将它们合并称作本发明的化合物)利用柱色谱、重结晶、蒸馏、升华等方法加以提纯。优选通过反复使用这些提纯方法、或将多种方法组合,来提高本发明的化合物的纯度。此外,最好作为提纯的最终工序将升华提纯至少反复进行2次以上。优选通过使用这些方法,形成用HPLC测定的纯度为90%以上的材料,更优选形成95%以上、特别优选形成98.5%以上的材料,从而可以提高有机薄膜晶体管的场效应迁移率或通/断比,发挥材料本来所具有的性能。
本发明的化合物是可以合适地用于有机薄膜晶体管中的有机薄膜晶体管用化合物,特别适合作为有机薄膜晶体管的有机半导体层材料使用。
本发明的化合物相对于有机溶剂具有高溶解性,因此在有机薄膜晶体管的制造时可以应用涂布工艺。另外,本发明的化合物的氧化稳定性优异,因此使用了本发明的化合物的有机薄膜晶体管可以减少其晶体管特性的经时劣化。
在使用本发明的化合物利用涂布工艺来制造有机薄膜晶体管的情况下,作为溶解本发明的化合物的溶剂,可以举出甲苯、二甲苯等芳香族系的溶剂;二氯甲烷、氯仿、氯苯等卤素系溶剂;二***、四氢呋喃、二甲氧基乙烷、苯甲醚等醚系溶剂;己烷、庚烷等烃系溶剂、N-甲基吡咯烷酮等内酰胺等。另外,也可以将这些溶剂以任意的比例混合使用。涂布工艺中,优选根据其方式选择可以获得光滑的膜质等合适的膜质的溶剂。
溶解本发明的化合物而成的涂布液在获得膜厚0.5nm~2μm的有机半导体层的情况下,本发明的化合物的浓度优选为0.05~2.0重量%的范围。
对本发明的有机薄膜晶体管的元件构成进行说明。
本发明的有机薄膜晶体管的元件构成是在基板上至少设有栅电极、源电极及漏电极这3个端子、绝缘体层以及有机半导体层并通过对栅电极施加电压来控制源极-漏极间电流的薄膜晶体管。本发明的有机薄膜晶体管优选有机半导体层含有本发明的化合物。
而且,晶体管的结构没有特别限定,也可以是有机半导体层的成分以外具有公知的元件构成的结构。
使用附图对有机薄膜晶体管的元件构成的具体例进行说明。
图1~图4是表示本发明的有机薄膜晶体管的元件构成的一例的图。
图1的有机薄膜晶体管1在基板10上具有相互隔开规定的间隔相对地形成的源电极11及漏电极12。此外,将源电极11、漏电极12以及它们之间的间隙覆盖地形成有机半导体层13,此外,还层叠有绝缘体层14。在绝缘体层14的上部,并且在源电极11及漏电极12之间的间隙上形成有栅电极15。
图2的有机薄膜晶体管2在基板10上依次具有栅电极15及绝缘体层14,在绝缘体层14上,具有隔开规定的间隔形成的一对源电极11及漏电极12,在其上形成有机半导体层13。有机半导体层13形成通道区域,通过用对栅电极15施加的电压控制在源电极11与漏电极12之间流动的电流来进行通/断动作。
图3的有机薄膜晶体管3在基板10上依次具有栅电极15、绝缘体层14以及有机半导体层13,在有机半导体层13上,具有隔开规定的间隔形成的一对源电极11及漏电极12。
图4的有机薄膜晶体管4在基板10上具有有机半导体层13,在有机半导体层13上,具有隔开规定的间隔形成的一对源电极11及漏电极12。此外,还依次具有绝缘体层14以及栅电极15。
本发明的有机薄膜晶体管具有场效应晶体管结构。如上所述,根据电极的位置、层的层叠顺序等而有几种构成。有机薄膜晶体管具有有机半导体层(有机化合物层)、相互隔开规定的间隔对置形成的源电极及漏电极、和从源电极、漏电极分别隔开规定的距离形成的栅电极,通过对栅电极施加电压,来控制在源-漏电极间流动的电流。这里,源电极与漏电极的间隔由使用本发明的有机薄膜晶体管的用途来确定,通常为0.1μm~1mm,优选为1μm~100μm,更优选为5μm~100μm。
有机薄膜晶体管除了上述的元件构成以外,还提出过各种构成。本发明的有机薄膜晶体管只要具有通过用对栅电极施加的电压控制在源电极与漏电极之间流动的电流来进行通/断动作或显现放大等效果的构造,就不限定于上述元件构成。
例如,也可以是具有由产业技术综合研究所的吉田等人在第49次应用物理学相关联合演讲会演讲预稿集27a-M-3(2002年3月)中提出的顶及底接触型有机薄膜晶体管(参照图5)、由千叶大学的工藤等人在电气学会论文誌118-A(1998)1440页中提出的纵形的有机薄膜晶体管(参照图6)之类的元件构成的。
下面,对有机薄膜晶体管的构成部材进行说明。
(有机半导体层)
本发明的有机薄膜晶体管的有机半导体层优选含有本发明的有机薄膜晶体管用化合物。
有机半导体层既可以包含1种本发明的化合物,也可以包含多种。另外,有机半导体层也可以在不损害本发明的目的的范围中,含有并五苯、噻吩低聚物等公知的半导体,还可以是包含多种化合物的混合物的薄膜或者层叠体。
有机半导体层的膜厚没有特别限制,然而通常为0.5nm~1μm,优选为2nm~250nm。
另外,有机半导体层的形成方法没有特别限定,可以应用公知的方法,例如可以使用分子束外延生长法(MBE法)、真空蒸镀法、化学蒸镀、将材料溶于溶剂中而成的溶液的浸渍法、旋涂法、浇注法、棒涂法、辊涂法、喷墨法等印刷、涂布法以及烘烤、电聚合、源于溶液的自组装、以及它们的组合方法。
通过提高有机半导体层的结晶性,可以提高场效应迁移率,因此如果无论成膜方法为何都在成膜后实施退火,则可以获得高性能设备,因此优选。退火的温度优选为50~200℃,更优选为70~200℃,时间优选为10分~12小时,更优选为1~10小时。
(基板)
本发明的有机薄膜晶体管的基板担负支承有机薄膜晶体管的结构的作用。作为基板的材料,除了玻璃以外,还可以使用金属氧化物或氮化物等无机化合物、塑料薄膜(PET,PES,PC)或金属基板或者它们的复合体或层叠体等。另外,在利用基板以外的构成要素可以充分地支承有机薄膜晶体管的结构的情况下,也可以不使用基板。作为基板的材料多使用硅(Si)晶片,然而可以将Si自身作为栅电极兼基板使用。另外,也可以将Si的表面氧化,形成SiO2而作为绝缘层加以有效利用。该情况下,有时也在基板兼栅电极的Si基板上作为引线连接用的电极形成Au等金属层。
(电极)
作为本发明的有机薄膜晶体管中的栅电极、源电极以及漏电极的材料,只要是导电性材料,就没有特别限定,可以使用铂、金、银、镍、铬、铜、铁、锡、锑、铅、钽、铟、钯、铽、铼、铱、铝、钌、锗、钼、钨、氧化锡·锑、氧化铟·锡(ITO)、掺氟氧化锌、锌、碳、石墨、玻璃碳、银膏剂以及碳膏剂、锂、铍、钠、镁、钾、钙、钪、钛、锰、锆、镓、铌、钠-钾合金、镁/铜混合物、镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝混合物、锂/铝混合物等。
作为所述电极的形成方法,例如可以举出蒸镀、电子束蒸镀、溅射、大气压等离子体法、离子镀、化学气相蒸镀、电沉积、无电解镀膜、旋涂、印刷或者喷墨等。另外,作为根据需要进行的图案处理的方法,有将使用上述的方法形成的导电性薄膜用公知的光刻法或剥离法进行电极形成的方法、向铝或铜等金属箔上利用热转印、喷墨等形成抗蚀剂并进行蚀刻的方法等。
如此形成的电极的膜厚只要有电流的导通,就没有特别限制,然而优选为0.2nm~10μm、更优选为4nm~300nm的范围。如果是该优选的范围内,则会因膜厚薄而使电阻变高,不会有产生电压下降的情况。另外,由于上述膜厚的范围并不过大,因此在膜形成中不会花费时间,在层叠保护层或有机半导体层等其他层的情况下,可以不产生阶梯地顺畅地形成层叠膜。
本发明的有机薄膜晶体管中,作为源电极、漏电极、栅电极的其他形成方法,也可以使用含有上述的导电性材料的溶液、膏剂、墨液、分散液等流动性电极材料来形成。该情况下,特别优选使用含有导电性聚合物、或者铂、金、银、铜的金属微粒的流动性电极材料来形成的方法。
作为溶剂或分散介质,为了抑制对有机半导体的损伤,优选为含有60质量%以上、优选含有90质量%以上水的溶剂或者分散介质。作为含有金属微粒的分散物,例如也可以使用公知的导电性膏剂等,然而通常优选为含有粒径为0.5nm~50nm、1nm~10nm的金属微粒的分散物。
作为金属微粒的材料,例如可以使用铂、金、银、镍、铬、铜、铁、锡、锑、铅、钽、铟、钯、铽、铼、铱、铝、钌、锗、钼、钨、锌等。优选使用将这些金属微粒用主要包含有机材料的分散稳定剂分散于作为水或任意的有机溶剂的分散剂中而成的分散物来形成电极。
作为金属微粒的分散物的制造方法,可以举出气体中蒸发法、溅射法、金属蒸气合成法等物理的生成法、或胶体法、共沉淀法等在液相中将金属离子还原而生成金属微粒的化学的生成法,优选利用日本特开平11-76800号公报、相同的11-80647号公报、相同的11-319538号公报、日本特开2000-239853号公报等中所示的胶体法、日本特开2001-254185号公报、相同的2001-53028号公报、相同的2001-35255号公报、相同的2000-124157号公报、相同的2000-123634号公报等中记载的气体中蒸发法制造的金属微粒的分散物。
也可以使用金属微粒分散物直接利用喷墨法进行图案处理,还可以从涂布膜起利用石版印刷或激光剥蚀等来形成。另外,还可以使用以凸版、凹版、平版、丝网印刷等印刷法进行图案处理的方法。在将电极成形,使溶剂干燥后,通过根据需要在100℃~300℃、优选在150℃~200℃的范围中以形状样子进行加热,可以使金属微粒热熔接,形成具有目标的形状的电极图案。
作为栅电极、源电极及漏电极的其他材料,可以使用利用掺杂等提高了导电率的公知的导电性聚合物。例如,可以适当地使用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)与聚苯乙烯磺酸的络合物等。通过使用这些材料,可以降低源电极与漏电极的有机半导体层的接触电阻。形成方法既可以利用喷墨法进行图案处理,也可以从涂布膜起利用石版或激光剥蚀等来形成。另外,还可以使用以凸版、凹版、平版、丝网印刷等印刷法进行图案处理的方法。
形成源电极及漏电极的材料,特别优选在上述的例子当中在与有机半导体层的接触面中电阻小的材料。此时的电阻在制作电流控制设备时即与场效应迁移率对应,为了获得大的迁移率,需要电阻尽可能小。这一般来说是由电极材料的功函数与有机半导体层的能级的大小关系来确定的。
当将电极材料的功函数(W)设为a、将有机半导体层的电离势(Ip)设为b、将有机半导体层的电子亲和力(Af)设为c时,则优选满足以下的关系式。这里,a、b以及c都是以真空能级作为基准的正的值。
在p型有机薄膜晶体管的情况下,优选为b-a<1.5eV(式(I)),更优选为b-a<1.0eV。只要在与有机半导体层的关系中可以维持上述关系,就可以获得高性能的设备,然而特别优选选择电极材料的功函数尽可能大的,优选功函数为4.0eV以上,更优选功函数为4.2eV以上。
金属的功函数的值例如只要从化学手册基础篇II-493页(第三修订版  日本化学会编  丸善株式会社发行1983年)中记载的具有4.0eV或者在其以上的功函数的有效金属的所述表中选择即可。
高功函数金属主要是Ag(4.26、4.52、4.64、4.74eV)、Al(4.06、4.24、4.41eV)、Au(5.1、5.37、5.47eV)、Be(4.98eV)、Bi(4.34eV)、Cd(4.08eV)、Co(5.0eV)、Cu(4.65eV)、Fe(4.5、4.67、4.81eV)、Ga(4.3eV)、Hg(4.4eV)、Ir(5.42、5.76eV)、Mn(4.1eV)、Mo(4.53、4.55、4.95eV)、Nb(4.02、4.36、4.87eV)、Ni(5.04、5.22、5.35eV)、Os(5.93eV)、Pb(4.25eV)、Pt(5.64eV)、Pd(5.55eV)、Re(4.72eV)、Ru(4.71eV)、Sb(4.55、4.7eV)、Sn(4.42eV)、Ta(4.0、4.15、4.8eV)、Ti(4.33eV)、V(4.3eV)、W(4.47、4.63、5.25eV)、Zr(4.05eV)等。
它们当中,优选贵金属(Ag、Au、Cu、Pt)、Ni、Co、Os、Fe、Ga、Ir、Mn、Mo、Pd、Re、Ru、V、W。金属以外,优选ITO、聚苯胺或PEDOT:PSS之类的导电性聚合物及碳。作为电极材料,即使含有1种或多种这些高功函数的物质,只要功函数满足所述式(I),就不受特别限制。
在n型有机薄膜晶体管的情况下优选为a-c<1.5eV(式(II)),更优选为a-c<1.0eV。虽然如果在与有机半导体层的关系中可以维持上述关系,就可以获得高性能的设备,然而尤其优选选择电极材料的功函数尽可能小的,优选功函数为4.3eV以下,更优选功函数为3.7eV以下。
作为低功函数金属的具体例,例如只要从化学手册基础篇II-493页(第三修订版日本化学会编丸善株式会社发行1983年)中记载的具有4.3eV或者在其以下的功函数的有效金属的所述表中选择即可,可以举出Ag(4.26eV)、Al(4.06、4.28eV)、Ba(2.52eV)、Ca(2.9eV)、Ce(2.9eV)、Cs(1.95eV)、Er(2.97eV)、Eu(2.5eV)、Gd(3.1eV)、Hf(3.9eV)、In(4.09eV)、K(2.28eV)、La(3.5eV)、Li(2.93eV)、Mg(3.66eV)、Na(2.36eV)、Nd(3.2eV)、Rb(4.25eV)、Sc(3.5eV)、Sm(2.7eV)、Ta(4.0、4.15eV)、Y(3.1eV)、Yb(2.6eV)、Zn(3.63eV)等。它们当中,优选Ba、Ca、Cs、Er、Eu、Gd、Hf、K、La、Li、Mg、Na、Nd、Rb、Y、Yb、Zn。
作为电极材料,即使含有1种或多种这些低功函数的物质,只要功函数满足所述式(II),就不受特别限制。但是,由于低功函数金属一旦与大气中的水分或氧接触就很容易劣化,因此最好根据需要用Ag或Au之类的在空气中稳定的金属覆盖。覆盖中所需的膜厚需要为10nm以上,虽然膜厚越大就越可以保护其免受氧或水的损害,然而基于实用上、提高生产性等理由,最好设为1um以下。
本发明的有机薄膜晶体管中,例如也可以出于提高电荷的注入效率的目的,在有机半导体层与源电极以及漏电极之间,设置缓冲层。作为缓冲层,对于n型有机薄膜晶体管优选用于有机EL的阴极或者电子注入层中的LiF、Li2O、CsF、Na2CO3、KCl、MgF2、CaCO3等属于碱金属、碱土类金属且具有离子键的化合物。另外,也可以***Alq3等在有机EL中作为电子注入层、电子传输层使用的化合物。
对于p型有机薄膜晶体管优选FeCl3、TCNQ、F4-TCNQ、HAT等氰基化合物、CFx或GeO2、MoO3、V2O5、VO2、V2O3、MnO、Mn3O4、ZrO2、WO3、TiO2、In2O3、ZnO、NiO、HfO2、Ta2O5、ReO3、PbO2等碱金属、碱土类金属以外的金属氧化物、ZnS、ZnSe等无机化合物。
这些氧化物在大多数情况下会引起氧缺陷,该氧缺陷对于空穴注入来说是合适的。此外,也可以是TPD或NPD等胺系化合物或CuPc等在有机EL元件中作为空穴注入层、空穴传输层使用的化合物。另外,优选为包含两种以上的上述的化合物的混合物。
已知缓冲层通过降低载流子的注入势垒来降低閾值电压,具有低电压驱动晶体管的效果,对于本发明的化合物也具有将其低电压驱动的效果。
缓冲层只要薄薄地存在于电极与有机半导体层之间即可,其厚度为0.1nm~30nm,优选为0.3nm~20nm。
(绝缘体层)
作为本发明的有机薄膜晶体管中的绝缘体层的材料,只要是具有电绝缘性且可以作为薄膜来形成的材料,就没有特别限制,可以使用金属氧化物(包括硅的氧化物)、金属氮化物(包括硅的氮化物)、高分子、有机低分子等室温下的电阻率为10Ωcm以上的材料,特别是优选介电常数高的无机氧化物皮膜。
作为无机氧化物,可以举出氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化钒、钛酸钡锶、锆酸钛酸钡、锆酸钛酸铅、钛酸铅镧、钛酸锶、钛酸钡、镧氧化物、氟氧化物、镁氧化物、铋氧化物、钛酸铋、铌氧化物,钛酸锶铋、钽酸锶铋、五氧化钽、钽酸铌酸铋、三氧化二钇以及将它们组合而得的材料等,优选氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化钛。
另外,还可以合适地使用氮化硅(Si3N4、SixNy(x、y>0))、氮化铝等无机氮化物。
此外,绝缘体层也可以由含有金属醇盐的前体物质形成,通过将该前体物质的溶液例如覆盖在基板上,对其进行包括热处理的化学溶液处理,而形成绝缘体层。
作为所述金属醇盐中的金属,例如可以从过渡金属、镧系、或者主族元素中选择,具体来说,可以举出钡(Ba)、锶(Sr)、钛(Ti)、铋(Bi)、钽(Ta)、锆(Zr)、铁(Fe)、镍(Ni)、锰(Mn)、铅(Pb)、镧(La)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、铌(Nb)、铊(Tl)、汞(Hg)、铜(Cu)、钴(Co)、铑(Rh)、钪(Sc)以及钇(Y)等。另外,作为所述金属醇盐中的醇盐,例如可以举出从包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇等的醇类、包括甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、戊氧基乙醇、庚氧基乙醇、甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、丙氧基丙醇、丁氧基丙醇、戊氧基丙醇、庚氧基丙醇的烷氧基醇类等中衍生的物质。
本发明中,如果用如上所述的材料来构成绝缘体层,就容易在绝缘体层中产生极化,可以降低晶体管动作的阈值电压。
作为使用了有机化合物的绝缘体层,可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸酯、光自由基聚合系或者光阳离子聚合系的光固化性树脂、含有丙烯腈成分的共聚物、聚乙烯基苯酚、聚乙烯醇、线性酚醛树脂、以及氰乙基普鲁烷等。
此外,除石蜡、聚乙烯、聚氯丁烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氧化甲烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚酰亚胺氰乙基普鲁烷、聚(乙烯基苯酚)(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚烯烃、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、线性酚醛树脂、甲阶酚醛树脂、聚酰亚胺、聚二甲苯、环氧树脂以外,还可以使用普鲁烷等具有高介电常数的高分子材料。
作为绝缘体层中所用的有机化合物材料、高分子材料,特别优选的是具有疏水性的材料。通过具有疏水性,可以抑制绝缘体层与有机半导体层的相互作用,利用有机半导体本来具有的凝聚性提高有机半导体层的结晶性,提高设备性能。作为此种例子,可以举出Yasuda等人在Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp.6614-6618中记载的聚对二甲苯衍生物、Janos Veres等人在Chem.Mater.,Vol.16(2004)pp.4543-4555中记载的材料。
另外,在使用如图1及图4所示的顶栅结构时,如果将此种有机化合物作为绝缘体层的材料使用,则可以减小对有机半导体层造成的损伤地成膜,因此是有效的方法。
所述绝缘体层既可以是使用多种如前所述的无机或者有机化合物材料的混合层,也可以是它们的层叠结构体。该情况下,也可以通过根据需要将介电常数高的材料和具有疏水性的材料混合、层叠,来控制设备的性能。
所述绝缘体层也可以是阳极氧化膜、或者作为构成包含该阳极氧化膜。阳极氧化膜优选被实施封孔处理。阳极氧化膜是通过将可以阳极氧化的金属利用公知的方法进行阳极氧化而形成的。作为可以进行阳极氧化处理的金属,可以举出铝或钽,对于阳极氧化处理的方法没有特别限制,可以使用公知的方法。通过进行阳极氧化处理,形成氧化被膜。作为阳极氧化处理中所用的电解液,只要是可以形成多孔氧化皮膜的,则无论是何种电解液都可以使用,一般来说,使用硫酸、磷酸、草酸、铬酸、硼酸、氨基磺酸、苯磺酸等或者将它们组合2种以上而得的混酸或者它们的盐。
由于阳极氧化的处理条件根据所用的电解液而有各种变化,因此无法一概地特定,然而一般来说,电解液的浓度适合为1~80质量%的范围,电解液的温度适合为5~70℃的范围,电流密度适合为0.5~60A/cm2的范围,电压适合为1~100伏的范围,电解时间适合为10秒~5分钟的范围。优选的阳极氧化处理是作为电解液使用硫酸、磷酸或硼酸的水溶液、以直流电流进行处理的方法,然而也可以使用交流电流。这些酸的浓度优选为5~45质量%,电解液的温度优选为20~50℃,电流密度优选为0.5~20A/cm2,优选电解处理20~250秒。
作为绝缘体层的厚度,由于如果层的厚度薄则对有机半导体施加的有效电压就会变大,因此可以降低设备自身的驱动电压、阈值电压,然而反过来说源-栅间的泄露电流变大,因此需要选择恰当的膜厚,通常为10nm~5μm,优选为50nm~2μm,更优选为100nm~1μm。
也可以在所述绝缘体层与有机半导体层之间,实施任意的取向处理。
作为取向处理的优选的例子,是对绝缘体层表面实施疏水化处理等而降低绝缘体层与有机半导体层的相互作用、提高有机半导体层的结晶性的方法,具体来说,可以举出如下的方法,即,使硅烷偶联剂、例如,六甲基二硅氮烷、十八烷基三氯硅烷、三氯甲基硅氮烷、或链烷磷酸、链烷磺酸、链烷羧酸等自组织化取向膜材料在液相或者气相状态下接触绝缘膜表面,形成自组织化膜后,适度地实施干燥处理。另外,也优选如下的方法,即,向液晶的取向中所用那样,在绝缘膜表面设置由聚酰亚胺等构成的膜对其表面进行摩擦处理。
作为所述绝缘体层的形成方法,可以举出真空蒸镀法、分子束外延生长法、离子团束法、低能离子束法、离子镀法、CVD法、溅射法、日本特开平11-61406号公报、相同的11-133205号公报、日本特开2000-121804号公报、相同的2000-147209号公报、相同的2000-185362号公报中记载的大气压等离子体法等干式过程、喷涂法、旋涂法、刮刀涂布法、浸涂法、浇涂法、辊涂法、棒涂法、模具涂布法等借助涂布的方法、印刷或喷墨等借助图案处理的方法等湿式过程,可以根据材料来使用。湿式过程可以使用涂布将无机氧化物的微粒根据需要用表面活性剂等分散辅助剂分散于任意的有机溶剂或者水中而成的液体并干燥的方法;或涂布氧化物前体、如醇盐体的溶液并干燥的所谓溶胶凝胶法。
作为本发明的有机薄膜晶体管的形成方法,没有特别限定,只要利用公知的方法即可,然而如果依照所需的元件构成,完全不与大气接触地进行基板投入、栅电极形成、绝缘体层形成、有机半导体层形成、源电极形成、漏电极形成的一连串的元件制作工序,则可以防止由与大气的接触造成的大气中的水分或氧等对元件性能的妨碍,因此优选。在不得已必须与大气接触一次时,优选将有机半导体层成膜以后的工序设为完全不与大气接触的工序,在有机半导体层成膜之前不久,对层叠有机半导体层的面用紫外线照射、紫外线/臭氧照射、氧等离子体、氩等离子体等进行洁净化、活化后,层叠有机半导体层。另外,在p型TFT材料当中也有因暂时接触大气、吸附氧等而提高性能的材料,因此根据材料适当地使之接触大气。
考虑到大气中所含的氧、水等对有机半导体层的影响,也可以在有机晶体管元件的外周面的全面或者一部分形成气体屏蔽层。作为形成气体屏蔽层的材料,可以使用该领域中常用的材料,例如可以举出聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氯三氟乙烯等。此外,也可以使用在所述绝缘体层中例示过的具有绝缘性的无机物。
本发明中,可以提供利用流经源电极-漏电极间的电流来发光、并通过对栅电极施加电压来控制发光的有机薄膜发光晶体管。即,可以将有机薄膜晶体管作为发光元件(有机EL)使用。由于可以将用于控制发光的晶体管和发光元件合并,因此可以实现显示器的开口率提高和由制作过程的简化带来的成本降低,从而可以提供实用上的很大的好处。在作为有机发光晶体管使用时,需要从源电极、漏电极的一方注入空穴、从另一方注入电子,为了提高发光性能,优选满足以下的条件。
有机薄膜发光晶体管中,为了提高空穴的注入性,源电极以及漏电极的至少一方优选为空穴注入性电极。所谓空穴注入电极是含有上述功函数为4.2eV以上的物质的电极。
对于有机薄膜发光晶体管,为了提高电子的注入性,优选源电极以及漏电极的至少一方是电子注入性电极,更优选为具备一方是空穴注入性、并且另一方是电子注入性的电极的有机薄膜发光晶体管。
而且,所谓电子注入性电极是含有上述功函数为4.3eV以下的物质的电极。
为了提高空穴的注入性,优选向源电极以及漏电极的至少一方的电极与有机半导体层之间***空穴注入层。对于空穴注入层,可以举出在有机EL元件中作为空穴注入材料、空穴传输材料使用的胺系材料。
为了提高电子的注入性,有机薄膜发光晶体管优选向源电极以及漏电极的至少一方的电极与有机半导体层之间***电子注入性层,更优选在一方的电极中具备空穴注入层,并且在另一方的电极中***电子注入层。与上述的空穴注入层相同,在电子注入层中可以使用有机EL元件中所用的电子注入材料。
所谓使用了本发明的有机薄膜晶体管的装置,只要是使用本发明的有机薄膜晶体管的装置即可,例如为电路、个人电脑、显示器、携带电话、电子纸等。
[实施例]
下面,基于实施例对本发明进行详细说明,然而本发明只要不超出其主旨,则不限定于以下的实施例。
实施例1
依照以下的合成方案合成出化合物(A8)。
[中间体A1的合成]
在200mL四口梨形烧瓶中称取2-溴蒽(2.2g,8.2mmol)、联硼酸频哪醇酯(2.3g,9.0mmol)、二苯基膦二茂钛二氯化钯/二氯甲烷络合物(0.2g,0.24mmol)、乙酸钾(2.6g,27mmol),溶解于无水二甲亚砜(30mL)中。将反应溶液在80℃搅拌10小时。反应结束后,加入甲苯及水,用甲苯萃取有机层,用硫酸镁干燥,减压浓缩。将所得的粗提纯物用柱色谱提纯,得到中间体A1(1.7g、收率68%)。
中间体A1的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ8.57(s,1H),8.47(s,1H),8.40(s,1H),8.03-7.99(m,2H),7.98(d,J=8Hz,1H),7.79(dd,J=1Hz,1H),7.48-7.45(m,2H),1.41(s,12H)
[中间体A2的合成]
在200mL四口梨形烧瓶中称取中间体A1(3.6g,12mmol)、2-溴-5-氯苯甲醛(2.4g,11mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.38g,0.33mmol),溶解于二甲氧基乙烷(40mL)中。向该反应溶液中加入碳酸钠(3.8g,36mmol)的20mL水溶液,加热回流11小时。反应结束后,加入水,过滤所得的固体后,用水以及甲醇清洗。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体A2(3.4g、收率98%)。
中间体A2的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ10.03(s,1H),8.50(s,1H),8.48(s,1H),8.12(d,J=9Hz,1H),8.06-8.03(m,3H),7.95(s,1H),7.66(dd,J=8,2Hz,1H),7.57(d,J=8Hz,1H),7.53-7.47(m,3H)
[中间体A3的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(5.5g,16mmol),溶解于无水四氢呋喃(120mL)中。向该反应溶液中,加入叔丁醇钾(1.8g,16mmol),在室温下搅拌1小时,再加入中间体A2(3.4g,11mmol),在室温下搅拌10小时。反应结束后,加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸镁干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物得到中间体A3(4.1g)(quant.E体∶Z体=2∶3)。
中间体A3的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。而且,积分值是以Z体的1个氢作为1H。
δ8.44(s,2H),8.42(s,3H),8.18(d,J=2Hz,1H),8.03-7.99(m,6H),7.53(d,J=10Hz,2.6H),7.49-7.43(m,8H),7.39-7.23(m,8H),6.49(d,J=13Hz,1.6H),6.10(d,J=7Hz,1H),5.76(d,J=13Hz,1.6H),5.19(d,J=7Hz,1H),3.78(s,3H),3.49(s,5H)
[中间体A4的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取中间体A3(3.8g,11mmol),溶解于无水二氯甲烷(160mL)中。对反应溶液进行冰浴,慢慢地滴加甲磺酸(0.7mL,11mmol),在5℃搅拌1小时,在室温搅拌8小时。反应结束后,浓缩溶液,加入甲醇后,过滤所产生的固体,得到中间体A4(2.8g、收率81%)。
中间体A4的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ9.29(s,1H),8.94(d,J=9Hz,1H),8.69(d,J=9Hz,1H),8.56(d,J=9Hz,1H),8.51(s,1H),8.19-8.08(m,3H),8.00-7.98(m,2H),7.65(dd,J=9,2Hz,1H),7.61-7.57(m,2H)
[化合物(A8)的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取中间体A4(0.70g,2.2mmol)、[1,3-双(二苯基膦基)丙烷]二氯化镍(II)(0.06g,0.11mmol,5mol%),将体系内进行氩气置换后,溶解于无水THF(20mL)中。加入辛基溴化镁的1.0M的THF溶液(3.4mL,3.4mmol,1.5eq),搅拌2天。加入稀盐酸而停止反应,萃取有机层。用硫酸钠干燥后,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到化合物(A8)(0.68g,78%)。
化合物(A8)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ9.29(s,1H),8.88(d,J=10Hz,1H),8.67(d,J=9Hz,1H),8.62(d,J=9Hz,1H),8.50(s,1H),8.18-8.16(m,1H),8.08(m,2H),7.80(s,1H),7.57-7.56(m,3H),2.86(t,J=8Hz,2H),1.78(t,J=8Hz,2H),1.43-1.26(m,10H),0.89(t,J=8Hz,3H)
另外,将化合物(A-8)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C30H30=390、实测值m/z=390(M+,100)。
对所得的化合物(A8),利用以下的方法,评价了溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表1中。
(1)溶解度
称取化合物(A8)0.5mg,在室温下,以形成0.4wt%甲苯溶液的方式加入甲苯。将该溶液搅拌5分钟后,利用目视确认是否有沉淀物,将没有沉淀物时设为“○”,将有沉淀物时设为“×”。
而且,将化合物(A8)在室温下以1wt%以上的浓度溶解在甲苯中。
(2)氧化稳定性
将化合物(A8)溶解于四氢呋喃中,将该溶液在荧光灯照射下放置40分钟。测定光照射前后的HPLC纯度。如果纯度降低为1%以下则设为“○”,如果为1%以上则设为“×”。
[有机薄膜晶体管的制造]
用中性清洗剂、纯水、丙酮及乙醇将玻璃基板各进行30分钟超声波清洗后,利用溅射法形成40nm的金(Au)膜而制作出栅电极。然后,将该基板安放于热CVD装置的成膜部。另一方面,将绝缘体层的原料的聚对二甲苯衍生物[聚对氯化二甲苯(Parylene)](商品名;diX-C,第三化成公司制)250mg加入小皿中而设置在原料的蒸发部。将热CVD装置用真空泵抽真空,减压到5Pa后,将蒸发部加热到180℃,将聚合部加热到680℃而放置2小时,在栅电极上形成厚1μm的绝缘体层。然后将化合物(A8)溶解于氯仿中形成0.5重量%氯仿溶液,在成膜至绝缘体层的基板上利用旋涂机(Mikasa公司制:1H-D7)成膜,在氮气氛下以80℃干燥而形成有机半导体层。通过穿过金属掩模地以50nm的膜厚形成金膜,而以使间隔(通道长度L)为75μm的方式形成彼此不接触的源电极及漏电极。此时,将源电极与漏电极的宽度(通道宽度W)设为5mm,制作出有机薄膜晶体管。
对所得的有机薄膜晶体管的栅电极施加-70V的栅电压VG,使之进行p型驱动。测定源-漏电极间的电流的通/断,算出空穴的场效应迁移率μ。将结果表示于表1中。
实施例2
除了在实施例1的化合物(A8)的合成中,取代辛基溴化镁而使用十二烷基溴化镁以外,进行相同的反应,合成出化合物(A12)。
化合物(A12)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ9.29(s,1H),8.88(d,J=10Hz,1H),8.67(d,J=9Hz,1H),8.62(d,J=9Hz,1H),8.50(s,1H),8.18-8.16(m,1H),8.08(m,2H),7.80(s,1H),7.57-7.56(m,3H),2.86(t,J=8Hz,2H),1.78(t,J=8Hz,2H),1.43-1.26(m,18H),0.88(t,J=8Hz,3H)
另外,将化合物(A12)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C34H38=446、实测值m/z=446(M+,100)
与实施例1相同地评价了所得的化合物(A12)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(A8)而使用化合物(A12)以外,与实施例1相同地制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表1中。
而且,化合物(A12)在室温下以0.4wt%以上的浓度溶解于甲苯中。
实施例3
依照以下的合成方案合成出中间体(A7)。
[中间体A5的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取硼酸(2.2g,14mmol)、5-溴-2-甲氧基苯甲醛(2.8g,13mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.5g,0.43mmol),溶解于二甲氧基乙烷(60mL)中。向该反应溶液中加入碳酸钠(4.0g,38mmol)的30mL水溶液,加热回流11小时。反应结束后,加入水,用乙酸乙酯萃取,用无水硫酸钠干燥后,蒸馏除去溶剂。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体A5(1.6g、收率50%)。
[中间体A6的合成]
在100mL梨形烧瓶中称取中间体A5(1.0g,3.8mmol),溶解于二氯甲烷(10mL)中。在0℃下向该反应溶液中加入三溴化硼的1M二氯甲烷溶液(5.0ml,5.0mmol),搅拌1小时。反应结束后,加入水,用乙酸乙酯萃取,用无水硫酸钠干燥后,蒸馏除去溶剂。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体A6(0.38g、收率40%)。
[中间体A7的合成]
在100mL梨形烧瓶中称取中间体A6(0.30g,1.3mmol)、三甲基吡啶(0.35ml,2.7mmol),溶解于二氯甲烷(15mL)中。向该反应溶液中加入无水三氟甲磺酸(0.35ml,2.1mmol),在室温下搅拌12小时。反应结束后,加入水,用乙酸乙酯萃取,用无水硫酸钠干燥后,蒸馏除去溶剂。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体A7(0.37g、收率80%)。
[化合物A40的合成]
除了在实施例1的中间体A2的合成中取代2-溴-5-氯苯甲醛而使用了中间体A7以外,与实施例1相同地得到化合物A40。
将化合物(A40)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C30H28=388、实测值m/z=388(M+,100)
与实施例1相同地评价了所得的化合物(A40)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(A8)而使用了化合物(A40)以外,与实施例1相同地制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表1中。
而且,化合物(A40)在室温下以0.4wt%以上的浓度溶解于甲苯中。
实施例4
依照以下的合成方案合成出中间体A8。
[中间体A8的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取1-辛炔(1.4ml,9.5mmol)、5-溴-2-甲氧基苯甲醛(1.7g,7.9mmol)、二氯双(三苯基膦)钯(II)(0.50g,0.71mmol)、碘化铜(0.27g,1.4mmol),溶解于四氢呋喃(20mL)中。向该反应溶液中加入三乙基胺(20mL),加热回流12小时。反应结束后,进行硅藻土过滤,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体A8(0.77g、收率40%)。
[化合物A41的合成]
除了在实施例3的中间体A6的合成中取代中间体A5而使用了中间体A8以外,与实施例3相同地得到化合物A41。
将化合物(A41)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C30H26=386、实测值m/z=386(M+,100)
与实施例1相同地评价了所得的化合物(A41)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(A8)而使用了化合物(A41)以外,与实施例1相同地制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表1中。
而且,化合物(A41)在室温下以0.4wt%以上的浓度溶解于甲苯中。
比较例1
与实施例1相同地评价了并五苯的溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表1中。如表1中所示,无法得到并五苯的0.4wt%甲苯溶液。另外,虽然取代化合物(A8)而使用并五苯,尝试与实施例1相同地制造有机薄膜晶体管,然而由于无法得到并五苯的0.5重量%氯仿溶液,因此无法制造出有机薄膜晶体管。
并五苯
比较例2
与实施例1相同地评价了苉的溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表1中。如表1中所示,由于无法得到苉的四氢呋喃溶液,因此无法评价氧化稳定性。另外,虽然取代化合物(A8)而使用苉,尝试与实施例1相同地制造有机薄膜晶体管,然而由于无法得到苉的0.5重量%氯仿溶液,因此无法制作出有机薄膜晶体管。
[表1]
实施例5
依照以下的合成方案合成出化合物(B1)。
[中间体A1的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取添加2-溴蒽(6.3g、25mmol)、2-甲酰基噻吩-3-基硼酸(5.0g、32mmol、1.3eq.)、四(三苯基膦)钯(0)(1.0g、0.87mmol、3mol%),将体系内进行氩气置换后,加入二甲氧基乙烷(75mL)、2M碳酸钠水溶液(35mL、70mmol、2.8eq.),加热回流1天。反应结束后,加入甲苯及水,用甲苯萃取有机层,用硫酸镁干燥。将所得的粗提纯物用柱色谱提纯,得到中间体A1(3.5g、收率49%)。
[中间体A2的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(13g、37mmol、3.1eq.),溶解于无水THF(90mL)中,加入叔丁醇钾(3.6g、32mmol、2.7eq.),在室温下搅拌1小时。向该反应溶液中加入中间体A1(3.5g、14mmol),在室温下搅拌1天。反应结束后,加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸镁干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物(E体∶Z体=3∶1)得到中间体A2(1.2g、收率32%)。
[化合物(B1)的合成]
在200mL梨形烧瓶中称取中间体A2(1.2g、3.8mmol),溶解于无水二氯甲烷(60mL)中。对该反应溶液进行冰浴,慢慢地滴加数滴甲磺酸,在5℃下搅拌1小时,并且在室温下搅拌8小时。反应结束后,浓缩溶液,加入甲醇后,过滤产生的固体,得到化合物(B1)(0.6g、收率65%)。
化合物(B1)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ9.26(s,1H),8.84(d,7Hz,1H),8.47(s,1H),8.25(d,8Hz,1H),8.16(d,9Hz,2H),8.07(d,9Hz,1H),8.03(d,5Hz,1H),8.00(d,9Hz,1H),7.65(d,5Hz,1H),7.59-7.52(m,2H)
另外,将化合物(B1)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C20H12S=284、实测值m/z=284(M+,100)
通过将所制备的化合物(B1)的固体(0.28g)在1.0ccm氮气流下以180℃/20Pa进行升华提纯,而得到化合物(B1)的淡黄色晶体(0.1g)。
用HPLC(UV254nm)确认进行了提纯的化合物(B1)的淡黄色晶体的纯度,其结果是,主成分峰(化合物(B1))为96.1面积%。
对升华提纯而得的化合物(B1),利用以下的方法,评价了溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表2中。
(I)溶解度
称取0.5mg的化合物(B1),在室温下,以形成0.4wt%甲苯溶液的方式加入甲苯。将该溶液搅拌5分钟后,利用目视确认是否有沉淀物,将没有沉淀物时设为“○”,将有沉淀物时设为“×”。
(II)氧化稳定性
将化合物(B1)溶解于四氢呋喃中,将该溶液在荧光灯照射下放置40分钟。测定光照射前后的HPLC纯度。如果纯度降低小于1%,则视为具有氧化稳定性而设为“○”,如果是1%以上,则视为不具有氧化稳定性而设为“×”。
[使用了涂布工艺的有机薄膜晶体管的制造]
将玻璃基板用中性洗涤剂、纯水、丙酮及乙醇各进行30分钟超声波清洗后,利用溅射法形成40nm的金(Au)的膜而制作出栅电极。然后,将该基板安放于热CVD装置的成膜部。另一方面,将绝缘体层的原料的聚对二甲苯衍生物[聚对氯化二甲苯(Parylene)](商品名;diX-C,第三化成公司制)250mg加入小皿中而设置在原料的蒸发部。将热CVD装置用真空泵抽真空,减压到5Pa后,将蒸发部加热到180℃,将聚合部加热到680℃而放置2小时,在栅电极上形成厚1μm的绝缘体层。然后将化合物(B1)溶解于氯仿中,形成0.5重量%氯仿溶液,在成膜至绝缘体层的基板上利用旋涂机(Mikasa公司制:1H-D7)成膜,在氮气氛下以80℃干燥,形成有机半导体层。通过穿过金属掩模地以50nm的膜厚形成金的膜,而以使间隔(通道长度L)为75μm的方式形成彼此不接触的源电极及漏电极。此时,将源电极与漏电极的宽度(通道宽度W)设为5mm,制作出有机薄膜晶体管。
对所得的有机薄膜晶体管的栅电极施加-70V的栅电压VG,使之进行p型驱动。测定源-漏电极间的电流的通/断,算出空穴的场效应迁移率μ。将结果表示于表2中。
实施例6
依照以下的合成方案合成出化合物(B17)。
[中间体B1的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取5-溴苯并[b]噻吩(10.8g、50.7mmol),溶解于无水THF(120mL)中。将反应溶液冷却到-78℃,加入1.08M二异丙基酰胺锂/己烷溶液(56.0mL、60.5mmol、1.2eq.),升温到0℃后搅拌1小时。将该反应溶液再次冷却到-78℃后,加入1-碘辛烷(18.0mL、99.7mmol、2.0eq.),慢慢地升温,在室温下搅拌1天。反应结束后,加入水、乙酸乙酯,用乙酸乙酯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗提纯物用柱色谱提纯,得到中间体B1(16.5g、收率100%)。
[中间体B2的合成]
在氮气氛下,将2,2,6,6-四甲基哌啶(8.2g、58mmol、1.5eq.)溶解于无水THF(80ml)中,在干冰/甲醇浴中冷却到-30℃。向其中滴加正丁基锂/己烷溶液(1.6mol/L、37mL、59mmol、1eq.toTMP),在-20℃下搅拌20分钟。将反应混合物冷却到-74℃,加入硼酸三异丙酯(18mL、78mmol、2eq.),5分钟后,用10分钟滴加2-溴萘/无水THF溶液(8g、39mmol/15mL)。将反应混合物在-74℃~室温下搅拌10小时,放置一晚。将反应混合物用水浴冷却,慢慢地加入5%盐酸水溶液(100ml)而使之失活,用甲苯(100ml)稀释。将其用5%氢氧化钠水溶液(150ml)萃取,用冰浴冷却水层,慢慢地加入浓盐酸而调整为pH=2。过滤所产生的固体,用水清洗而得到作为白色固体的中间体B2(8.0g、收率82%)。
[中间体B3的合成]
在300mL梨形烧瓶中称取中间体B1(21.0g、64.6mmol、1.6eq.)、中间体B2(10.0g、39.9mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(1.00g、0.865mmol、2mol%),溶解于二甲氧基乙烷(200mL)中。向该反应溶液中加入2M碳酸钠水溶液(12.6g/H2O100mL、119mmol、3.0eq.),加热回流6小时。反应结束后,加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体B3(8.40、收率47%)。
[中间体B4的合成]
在300mL梨形烧瓶中称取中间体B3(8.4g、19mmol),溶解于无水THF(180mL)、无水甲苯(100mL)中。将反应溶液冷却到-60℃后,加入1.6M的正丁基锂/己烷溶液(18mL、28mmol、1.5eq),搅拌1小时。再加入无水DMF(2.9mL、38mmol、2.0eq.),升温到室温后搅拌1天。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体B4(4.1g、收率55%)。
[中间体B5的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(10g、30mmol、2.9eq.),溶解于无水THF(100mL)中。加入叔丁醇钾(2.8g、25mmol、2.5eq.),在室温下搅拌30分钟。加入中间体B4(4.1g、10mmol)的无水THF溶液(30mL),在室温下搅拌1天。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸镁干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物得到中间体B5(4.3g、收率100%)。
[化合物(B17)的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取中间体B5(4.3g、10mmol),溶解于无水二氯甲烷(200mL)中。对反应溶液进行冰浴,慢慢地滴加甲磺酸(2滴),在冰浴下搅拌1天。反应结束后,加入水,用二氯甲烷萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到化合物(B17)(1.2g、收率31%)。
化合物(B17)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ9.23(s,1H)、8.74(d,J=9Hz,1H)、8.44(s,1H)、8.15(t,J=9Hz,2H)、8.07-8.02(m,2H)、7.95(d,J=9Hz,1H)、7.68(s,1H)、7.57-7.54(m,2H)、3.03(t,J=9Hz,2H)、1.87-1.82(m,2H)、1.49-1.29(m,10H)、0.89(t,J=7Hz,3H)
另外,将化合物(B17)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C28H28S=396、实测值m/z=396(M+,100)
通过将所制备的化合物(B17)的固体(1.0g)在1.0ccm氮气流下以220℃/18Pa进行升华提纯,而得到化合物(B17)的淡黄色晶体(0.9g)。
用HPLC(UV254nm)确认进行了提纯的化合物(B17)的淡黄色晶体的纯度,其结果是,主成分峰(化合物(B17))为99.3面积%。
与实施例5相同地评价了所得的化合物(B17)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(B1)而使用了化合物(B17)以外,与实施例5相同地使用涂布工艺制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表2中。
实施例7
依照以下的合成方案合成出化合物(B552)。
[中间体C1的合成]
在300mL梨形烧瓶中称取5-溴苯并[b]噻吩(5.6g、26mmol)、(二苯基膦基丙烷)二氯化镍(0.54g、1.0mol、4mol%),溶解于无水THF(50mL)中。向该反应溶液中加入1.0M辛基溴化镁(31mL、31mmol、1.2eq.),在室温下搅拌1天。反应结束后,加入盐酸、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体C1(4.1g、收率62%)。
[中间体C2的合成]
在300mL梨形烧瓶中称取中间体C1(4.1g、16mmol),溶解于无水DMF(80mL)中。向该反应溶液中加入N-溴代琥珀酰亚胺(3.8g、21mmol、1.3eq.),在室温下搅拌1天。反应结束后,加入水、乙酸乙酯,用乙酸乙酯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体C2(5.0g、收率100%)。
中间体C3的合成
在300mL梨形烧瓶中称取中间体C3(5.0g、15mol)、3-溴萘-2-基硼酸(3.9g、15mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(1.0g、0.87mmol、6mol%),溶解于二甲氧基乙烷(100mL)中。向该反应溶液中加入2M碳酸钠水溶液(5.0g/H2O 50mL、47mmol、3.1eq.),加热回流2天。反应结束后,加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体C3(5.5g、收率80%)。
[中间体C4的合成]
在300mL梨形烧瓶中称取中间体C4(5.5g、12mmol),溶解于无水THF(50mL)中。将反应溶液冷却到-78℃后,加入1.67M的正丁基锂/己烷溶液(11mL、18mmol、1.5eq),搅拌1小时。加入无水DMF(2mL、14mmol、1.2eq.),升温到室温后搅拌5小时。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体C4(3.2g、收率67%)。
[中间体C5的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(8.2g、24mmol、3.0eq.),溶解于无水THF(50mL)中。加入叔丁醇钾(2.3g、21mmol、2.6eq.),在室温下搅拌30分钟。加入中间体C4(3.2g、8.0mmol)的无水THF溶液(20mL),在室温下搅拌1天。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸镁干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物得到中间体C5(1.5g、收率44%)。
[化合物(B552)的合成]
在300mL的四口梨形烧瓶中称取中间体C5(1.5g、3.5mmol),溶解于无水二氯甲烷(70mL)中。对反应溶液进行冰浴,慢慢地滴加甲磺酸(5滴),在冰浴下搅拌1天。反应结束后,加入水,用二氯甲烷萃取有机层,用硫酸钠干燥。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到化合物(B552)(0.6g、收率29%)。
化合物(B552)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。将结果表示如下。
δ9.05(d,9Hz,1H),8.81(d,6Hz,1H),8.80(d,6Hz,1),8.71(s,1H),8.10(d,9Hz,1H),8.05(d,9H,1H),8.00(d,8Hz,1H),7.91(d,8Hz,1H),7.72(t,8Hz,1H),7.64(t,8Hz,1H),7.37(d,8H,1H),2.91(t,8Hz,2H),1.83-1.76(m,2H),1.47-1.30(m,10H),0.88(t,6Hz,3H)
另外,将化合物(B552)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C28H28S=396、实测值m/z=396(M+,100)
通过将所制备的化合物(B552)的固体(0.6g)在1.0ccm氮气流下以220℃/19Pa进行升华提纯,而得到化合物(B552)的淡黄色晶体(0.5g)。
用HPLC(UV254nm)确认进行了提纯的化合物(B552)的淡黄色晶体的纯度,其结果是,主成分峰(化合物(B552))为99.3面积%。
与实施例5相同地评价了所得的化合物(B552)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(B1)而使用了化合物(B552)以外,与实施例5相同地使用涂布工艺制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表2中。
比较例3
与实施例5相同地评价了下述并五苯(A)的溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表2中。如表2中所示,无法得到并五苯(A)的0.4wt%甲苯溶液。另外,虽然取代化合物(B1)而使用并五苯(A),尝试与实施例5相同地制造有机薄膜晶体管,然而由于无法得到并五苯(A)的0.5重量%氯仿溶液,因此无法制造有机薄膜晶体管。
并五苯(A)
比较例4
与实施例5相同地评价了苉(B)的溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表2中。如表2中所示,由于无法得到苉(B)的四氢呋喃溶液,因此无法评价氧化稳定性。另外,虽然取代化合物(B1)而使用苉(B),尝试与实施例5相同地制造有机薄膜晶体管,然而由于无法得到苉(B)的0.5重量%氯仿溶液,因此无法制造有机薄膜晶体管。
苉(B)
[表2]
实施例8
依照以下的合成方案合成出化合物(C56)。
[中间体A1的合成]
在300mL四口烧瓶中称取3-溴苯并呋喃-2-甲醛(2.96g,13.2mmol)、6-辛基萘-2-基硼酸(4.38g,15.4mmol,1.2eq.)、四(三苯基膦)钯(0)(1.00g,0.865mmol,7mol%),溶解于DME(100mL)中。加入1.0M碳酸钠水溶液(40.0mL,40.0mmol,3.0eq.),加热回流4小时。用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体A1(5.33g,quant.)。
[中间体A2的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(14g,41mmol、3.0eq.),溶解于无水THF(70mL)中。加入叔丁醇钾(3.9g、35mmol、2.5eq.),在室温下搅拌30分钟。加入中间体A1(5.3g、14mmol)的无水THF溶液(30mL),在室温下搅拌1天。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物得到中间体A2(5.1g、收率90%)。
[化合物(C56)的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取中间体A2(5.1g、12mmol),溶解于无水二氯甲烷(30mL)中。对反应溶液进行冰浴,慢慢地滴加甲磺酸(2滴),在冰浴下搅拌1天。反应结束后,加入甲醇,过滤所产生的沉淀物,得到化合物(C56)(1.8g、收率38%)。
化合物(C56)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。
另外,将化合物(C56)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C28H28O=380、实测值m/z=380(M+,100)
<FD-MS测定>
装置:HX110(日本电子公司制)
条件:加速电压8kV
扫描范围m/s=50~1500
通过将化合物(C56)的固体(1.44g)在220℃、3.1×10-2pa下进行升华提纯而得到白色晶体(0.40g)。
用HPLC(UV254nm)确认进行了提纯的化合物(C56)的淡黄色晶体的纯度,其结果是,主成分峰(化合物(C56))为98.8面积%。
对进行升华提纯而得的化合物(C56),利用以下的方法,评价了溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表3中。
(I)溶解度
称取0.5mg的化合物(C56),在室温下以达到0.4wt%的方式加入各溶剂(己烷及甲苯)。将溶液搅拌5分钟后,确认有无沉淀物。在没有沉淀物时,判断为溶解而以“○”记载,在有沉淀物时,判断为没有溶解而以“×”记载。
(II)氧化稳定性
将化合物(C56)溶解于四氢呋喃中,将该溶液在荧光灯照射下放置40分钟。测定光照射前后的HPLC纯度。如果纯度降低小于1%,则视为具有氧化稳定性而设为“○”,如果是1%以上,则视为不具有氧化稳定性而设为“×”。
[使用了涂布工艺的有机薄膜晶体管的制造]
将玻璃基板用中性洗涤剂、纯水、丙酮及乙醇各进行30分钟超声波清洗后,利用溅射法形成40nm的金(Au)的膜而制作出栅电极。然后,将该基板安放于热CVD装置的成膜部。另一方面,将绝缘体层的原料的聚对二甲苯衍生物[聚对氯化二甲苯(Parylene)](商品名;diX-C,第三化成公司制)250mg加入小皿中而设置在原料的蒸发部。将热CVD装置用真空泵抽真空,减压到5Pa后,将蒸发部加热到180℃,将聚合部加热到680℃而放置2小时,在栅电极上形成厚1μm的绝缘体层。然后将化合物(C56)溶解于氯仿中,形成0.5重量%氯仿溶液,在成膜至绝缘体层的基板上利用旋涂机(Mikasa公司制:1H-D7)成膜,在氮气氛下以80℃干燥,形成有机半导体层(膜厚50nm)。通过穿过金属掩模地以50nm的膜厚形成金的膜,而以使间隔(通道长度L)为75μm的方式形成彼此不接触的源电极及漏电极。此时,将源电极与漏电极的宽度(通道宽度W)设为5mm,制作出有机薄膜晶体管。
对所得的有机薄膜晶体管的栅电极施加-70V的栅电压VG,使之进行p型驱动。测定源-漏电极间的电流的通/断,利用下式算出空穴的场效应迁移率μ。将结果表示于表3中。
ID=(W/2L)·Cμ·(VG-VT)2
ID是源极-漏极间电流,W是通道宽度,L是通道长度,C是栅绝缘体层的每单位面积的电容量,VT是栅阈值电压,VG是栅电压。
实施例9
依照以下的合成方案合成出化合物(C146)。
[中间体B1的合成]
在300mL四口烧瓶中称取苯并[b]噻吩-2-基硼酸(5.32g,30.0mmol)、2-溴-6-辛基萘(9.54g,30.0mmol,1.0eq.)、四(三苯基膦)钯(0)(1.00g,0.865mmol,3mol%),溶解于DME(150mL)中。加入碳酸钠(9.54g,90.0mmol,3.0eq.)的水溶液(100mL),加热回流2天。用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体B1(5.59g,收率50%)。
[中间体B2的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取中间体B1(3.0g,8.6mmol),溶解于无水THF(35mL)中。将反应溶液冷却到-78℃,加入1.67M的正丁基锂/己烷溶液(5.7mL,9.5mmol,1.1eq.),升温到室温后搅拌1小时。对反应溶液进行冰浴,加入无水二甲基甲酰胺(1.0mL,12mmol,1.5eq.),搅拌1天。加入水,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体B2(0.6g,收率17%)。
[中间体B3的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(4.1g,12mmol、3.0eq.),溶解于无水THF(25mL)中。加入叔丁醇钾(1.2g、10mmol、2.7eq.),在室温下搅拌30分钟。加入中间体B2(1.5g、3.9mmol)的无水THF溶液(10mL),在室温下搅拌1天。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物得到中间体B3(1.7g、quant.)。
[化合物(C146)的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取中间体B3(1.7g、3.9mmol),溶解于无水二氯甲烷(30mL)中。对反应溶液进行冰浴,慢慢地滴加甲磺酸(2滴),在冰浴下搅拌1天。反应结束后,加入水,用二氯甲烷萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到化合物(C146)(1.1g、收率69%)。
化合物(C146)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。
另外,将化合物(C146)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C28H28S=396、实测值m/z=396(M+,100)
通过将化合物(C146)的固体(1.06g)在1.0ccm氮气流下以240℃/19Pa进行升华提纯而得到白色晶体(1.01g)。
用HPLC(UV254nm)确认进行了提纯的化合物(C146)的淡黄色晶体的纯度,其结果是,主成分峰(化合物(C146))为99.6面积%。
与实施例8相同地评价了所得的化合物(C146)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(C56)而使用了化合物(C146)以外,与实施例8相同地使用涂布工艺制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表3中。
实施例10
依照以下的合成方案合成出化合物(C191)。
[中间体C1的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中,称取2-溴-6-辛基萘(8.2g,26mmol)、苯并呋喃-2-基硼酸(5.0g,31mmol,1.2eq.)、四(三苯基膦)钯(0)(1.0g,0.87mmol,5mol%),溶解于DME(100mL)中。加入碳酸钠(10g,96mmol,3.7eq.)的水溶液(100mL),加热回流1天。用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体C1(3.7g,收率40%)。
[中间体C2的合成]
在200mL梨形烧瓶中称取原料(1.0g,2.8mmol),溶解于无水二氯甲烷(18mL)中。对反应溶液进行冰浴,加入四氯化锡(0.6mL,5.3mmol,1.9eq.)、二氯甲基甲醚(0.3mL,3.4mmol,1.2eq.),搅拌8小时。反应结束后,加入盐酸,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到中间体C2(1.0g,93%)。
[中间体C3的合成]
在300mL四口梨形烧瓶中称取(甲氧基甲基)三苯基氯化鏻(2.7g,7.9mmol、3.0eq.),溶解于无水THF(26mL)中。加入叔丁醇钾(0.73g、6.5mmol、2.5eq.),在室温下搅拌30分钟。加入原料醛(1.0g、2.6mmol),在室温下搅拌1天。加入水、甲苯,用甲苯萃取有机层,用硫酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,作为2种异性体混合物得到中间体C3(1.1g、收率100%)。
[化合物(C191)的合成]
在200mL梨形烧瓶中称取原料(1.1g,2.8mmol),溶解于无水二氯甲烷(40mL)中。对反应溶液进行冰浴,加入甲磺酸(10滴),搅拌1小时。再加入甲磺酸(20滴),搅拌4小时。反应结束后,加入水,用氯仿萃取有机层,用碳酸钠干燥,减压浓缩。将所得的粗产物用柱色谱提纯,得到化合物(C191)(0.7g,71%)。
化合物(C191)的鉴定利用1H-NMR(400MHz、CDCl3)进行。
另外,将化合物(C191)的FD-MS(场解析质谱)的分析结果表示如下。
计算值C28H28S=380、实测值m/z=380(M+,100)
通过将化合物(C191)的固体(0.54g)在1.0ccm氮气流下以240℃、19Pa进行升华提纯,而得到白色晶体(0.51g)。
用HPLC(UV254nm)确认进行了提纯的化合物(C191)的淡黄色晶体的纯度,其结果是,主成分峰(化合物(C191))为99.7面积%。
与实施例8相同地评价了所得的化合物(C191)的溶解度及氧化稳定性。另外,除了取代化合物(C56)而使用了化合物(C191)以外,与实施例8相同地使用涂布工艺制造、评价了有机薄膜晶体管。将结果表示于表3中。
比较例5
与实施例8相同地评价了下述并五苯(A)的溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表3中。如表3中所示,无法得到并五苯(A)的0.4wt%甲苯溶液及己烷溶液。另外,虽然取代化合物(C56)而使用并五苯(A),尝试与实施例8相同地制造有机薄膜晶体管,然而由于无法得到并五苯(A)的0.5重量%氯仿溶液,因此无法制造有机薄膜晶体管。
并五苯(A)
比较例6
与实施例8相同地评价了苉(B)的溶解度及氧化稳定性。将结果表示于表3中。如表3中所示,由于无法得到苉(B)的四氢呋喃溶液,因此无法评价氧化稳定性。另外,虽然取代化合物(C56)而使用苉(B),与实施例8相同地尝试制造有机薄膜晶体管,然而由于无法得到苉(B)的0.5重量%氯仿溶液,因此无法制造有机薄膜晶体管。
苉(B)
[表3]
根据表3可知,本发明的化合物在不溶解并五苯和苉的、作为非卤素系溶剂的甲苯或己烷中也能良好地溶解。另外,氧化稳定性优异。此外还可知,对于场效应迁移率来说也很优异。
[工业上的可利用性]
本发明的化合物可以获得能够适用于涂布工艺并且具有氧化稳定性的有机薄膜晶体管。另外,本发明的有机场效应晶体管可以在用于薄膜显示器的电子设备之类的显示用电子机器、塑料IC卡或信息标签之类的可佩戴电子机器、生物传感器之类的医疗机器或测定装置中使用。
虽然在上述中详细说明了几个本发明的实施方式和/或实施例,然而本领域技术人员很容易实质上不脱离本发明的新的启示及效果地对这些作为例示的实施方式和/或实施例施加很多变更。所以,这些很多的变更包含于本发明的范围中。
将该说明书中记载的文献的内容全都引用到这里。

Claims (6)

1.一种以下式(I)表示的化合物:
式中,R1是碳数2~30的烷基、碳数3~30的烯基或碳数2~30的炔基;R2~R14为氢原子。
2.根据权利要求1所述的化合物,其中,
R1是碳数3~30的烯基或碳数2~30的炔基。
3.以下式(A-1)表示的化合物作为有机薄膜晶体管用化合物的应用:
式中,R1是碳数1~30的烷基、碳数2~30的烯基或碳数2~30的炔基;R2~R14为氢原子。
4.一种含有权利要求1所述的化合物的有机薄膜晶体管。
5.一种有机薄膜晶体管,其是在基板上至少设有栅电极、源电极及漏电极这3个端子、绝缘体层以及有机半导体层并通过对栅电极施加电压来控制源极-漏极间电流的有机薄膜晶体管,其中,
所述有机半导体层含有权利要求1所述的化合物。
6.一种具有权利要求4或5所述的有机薄膜晶体管的装置。
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