JP2015523463A - 有機材料の堆積方法 - Google Patents

有機材料の堆積方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2015523463A
JP2015523463A JP2015509543A JP2015509543A JP2015523463A JP 2015523463 A JP2015523463 A JP 2015523463A JP 2015509543 A JP2015509543 A JP 2015509543A JP 2015509543 A JP2015509543 A JP 2015509543A JP 2015523463 A JP2015523463 A JP 2015523463A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
organic
substrate
temperature
vapor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
JP2015509543A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6456283B2 (ja
Inventor
ムズィオル トーマス
ムズィオル トーマス
フライベルク ディーター
フライベルク ディーター
ブリル ヨヘン
ブリル ヨヘン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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 BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of JP2015523463A publication Critical patent/JP2015523463A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6456283B2 publication Critical patent/JP6456283B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/16Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H10K71/164Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using vacuum deposition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B57/00Other synthetic dyes of known constitution
    • C09B57/004Diketopyrrolopyrrole dyes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B57/00Other synthetic dyes of known constitution
    • C09B57/08Naphthalimide dyes; Phthalimide dyes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09BORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B57/00Other synthetic dyes of known constitution
    • C09B57/10Metal complexes of organic compounds not being dyes in uncomplexed form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/12Organic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02631Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/191Deposition of organic active material characterised by provisions for the orientation or alignment of the layer to be deposited
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/40Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30Coordination compounds
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/40Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/626Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing more than one polycyclic condensed aromatic rings, e.g. bis-anthracene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/654Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/655Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only sulfur as heteroatom
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本発明は、有機材料の少なくとも一層を基材上に堆積させる方法であって、(a)固体有機材料の供給源を50〜200kPaの圧力の雰囲気に準備し、(b)前記有機材料を第一の温度に加熱して、前記有機材料の蒸気を生成し、(c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から有機材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させることによって行う方法に関する。

Description

有機蒸気相堆積の使用により、多くの潜在的な用途で低分子量有機層の低コストで大規模な堆積に向けた進展があった。将来的には、古典的な無機半導体だけでなく、低分子量もしくは高分子量の材料を基礎とする有機半導体も、エレクトロニクス産業の多くの分野でますます使用されることになることが予想されている。多くの場合に、これらの有機半導体は、古典的な無機半導体に対する、例えばより良好な基板適合性および前記半導体を基礎とする半導体コンポーネントのより良好な加工性という利点を有する。しばしば、有機半導体材料は、それらが、無機半導体よりも低い温度で堆積でき、より広い範囲の基板材料を可能にするため、より簡単に加工できる。例えば、有機半導体材料は、プラスチック材料などのフレキシブルな基板上での加工を可能にし、かつその界面軌道エネルギーを、分子モデリングの方法によって特定の適用範囲に厳密に調整することを可能にする。かかるコンポーネントのかなり低減されたコストは、有機エレクトロニクスの研究分野に復興をもたらした。
有機エレクトロニクスは、原理的に、新規材料の開発と、有機半導体層を基礎とする電子コンポーネントの製造のための製造方法の開発と関わりがある。これらは、特に、有機電界効果トランジスタ(OFET)および有機電界発光デバイス(以下、「EL」デバイスと略記する)を含む。例えば記憶素子および集積光電子デバイスにおいて、開発の大きな可能性は、有機電界効果トランジスタに帰するものである。有機電界発光デバイスは、電界が印加されたときに、蛍光材料がアノードから注入された正孔とカソードから注入された電子の再結合エネルギーによって発光するという原理を用いた自己発光デバイスである。有機発光ダイオード(OLED)の形のELデバイスは、陰極線管および液晶ディスプレイの代わりとして、平坦視覚的表示装置の製造のために特に関心が持たれている。非常にコンパクトなデザインと、本来の低い電力消費のため、OLEDを含むデバイスは、モバイル用途、例えば携帯電話、ラップトップなどでの用途において特に適している。更に、OLEDは、今日知られる照明技術に対して、特に極めて高い効率という大きな利点を示す。有機光起電装置は、原理的に、有機太陽電池のための新規材料の開発と関わりがある。開発の大きな可能性は、最大輸送幅と光に誘発された励起状態のための高い移動度(高い励起子拡散長)を有するため、好ましくは、いわゆる励起子生成型太陽電池における活物質として使用するために適している材料に帰するものである。一般に、かかる材料を基礎とする太陽電池では、非常に良好な量子収率を達成することが可能である。
殆どの有機電子デバイスにおいては、有機半導体材料は、基板上に薄層として形成される。
デバイスでの半導体性有機材料の層を形成する幾つかの方法は当該技術分野で公知である。
幾つかの方法は、物理気相堆積技術などの無機半導体プロセシングから公知の精巧な層堆積技術を使用する。通常は、これらのプロセスは、真空チャンバ内で行われる。有機材料は、例えば抵抗加熱もしくは誘導加熱またはそれどころか電子銃を使用して加熱された金属支持体に適用される。気相堆積技術の主たる利点は、皮膜の厚さと純度の簡単な制御であり、かつ高い秩序の皮膜を堆積速度と基板の温度の監視により実現できることである。主たる欠点は、これらの技術が精巧な機器を必要とし、かつ堆積前の高真空の達成が長い生産時間をもたらし、こうしてこれらの方法が工業的規模ではむしろ高くつくということである。
半導体材料の単結晶の製造のためには、支持体上の半導体材料がアルゴンなどの不活性キャリヤーガスで満たされた横型炉で加熱される物理気相輸送技術が提案されている。蒸気は、前記支持体よりもわずかに低い温度で保持されるプレート上で結晶化される。単結晶はそのプレートから剥離され、高ドープシリコンウェハなどの好適な基板上に置かれて、電子デバイスの有機単結晶層が形成される。これらの技術は、その堆積速度が好適な単結晶を得るためにはむしろ低く保つ必要があるため高くつくので、廉価な工業的規模製造法のためには不適である。
WO 2009/077349は、電子デバイスの製造方法であって、本質的に有機半導体からなる、例えば60〜100質量%の量の粒子材料の半導体材料の粒子を好適な表面上に適用もしくは堆積させ、そしてこれらの粒子を、圧力と、任意に高められた温度とをかけることによって基板上で半導体層へと転化させることを含む方法を記載している。
後に公開された文献(2012年7月27日にオンラインで公開)において、Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 5050 - 5059でC. Rolinらは、大気圧での機能的ペンタセン皮膜の気相成長を記載している。
WO 99/25894は、低圧気相堆積によって有機薄膜を堆積させることを記載している。
Journal of Crystal Growth 156 (1995), p. 91 - 98は、有機気相堆積を記載しており、そこでは、それぞれの成分の揮発性前駆体は、蒸気として反応チャンバへ、不活性キャリヤガスの制御された流れによって運ばれる。
Appl. Phys. Lett. 71 (21), p. 3033 - 3035は、低分子量OLEDデバイス構造の低圧有機気相堆積を記載している。OLEDは、気相堆積によって、より高い温度で、かつ低減された圧力下に、不活性キャリヤーガス流の存在下で製造されている。
US 2006/0198946は、基板直上にもしくは別の層を介してボトム電極を形成し、前記ボトム電極を覆う積層上にトップ電極を形成することを含む自己発光デバイスの製造方法を記載している。この方法によれば、堆積は、堆積チャンバ中に提供される堆積材料ガス発生部を使用して該堆積チャンバを圧力下に保持しつつ行われる。前記堆積チャンバを圧力下に保持するためには、圧力コントロールガスとしてはたらく不活性ガスが、必ず堆積チャンバ中に導入される。前記チャンバ中の圧力は、大気圧未満であってよく、好ましくは10-1Pa〜103Paの範囲であってよいが、大気圧よりも高い圧力に合わせることもできる。
US 2008/0087878 A1は、空気安定性のnチャネル型有機半導体としてペリレンジイミド誘導体の使用を記載している。前記文献は、非常に一般的な用語で、前記有機半導体を基板へと物理気相堆積によって適用することを教示している。堆積のために開示された圧力範囲は、約0.0001〜1.5バールである。実施例の全てにおいて、超高真空が使用されている。
US 2012/0023684 A1は、物体を染色する方法であって:
− 昇華可能な染料と物体を常圧下で予め決められた距離で互いに面するように置き、前記昇華可能な染料を加熱して、前記物体に対して昇華させる第一のステップと、その際、前記昇華可能な染料と前記物体との間の距離は、0.1mm〜10mmの範囲であり、かつ前記加熱は、前記染料の背面からレーザビームを使用することにより行われ、
− 前記昇華可能な染料を、染色しようとする領域全体にわたり前記昇華可能な染料の昇華位置に対して前記物体を動かすことによって適用する第二のステップと、
− 前記昇華可能な染料が適用された前記物体の領域の少なくとも一部を加熱して、前記昇華可能な染料を固定化する第三のステップと、
を含む前記方法を記載している。
JP 60-262971 Aは、薄膜の形成方法であって、有機材料を常圧で気相堆積させる方法を記載している。この文献は、使用されたプロセス条件の特定の教示を示していない。
他の方法は、有機半導体材料の溶液のプロセシングを使用している。これらの方法において、前記の固体低分子量有機半導体性材料は、好適な溶媒中に溶解され、そしてその溶液が好適な基板に適用され、乾燥させることで、薄膜もしくは薄層が形成される。特に電子デバイスの大規模生産のためには、スピンコート法、インクジェット印刷法もしくは他のコーティング技術などの電子デバイスコーティング技術が先行技術においては提案されている。しかしながら、小分子有機半導体性材料は、通常の溶媒に溶解しづらく、個々の材料に特化した溶媒は、しばしば環境を害し、また全体的な生産コストを高めることになる。更に、スピンコート法は、高粘度の溶液を必要とし、従って通常は小分子には適用できない。また、コーティング技術によって生産された有機半導体層は、しばしば不十分な電荷担体移動度と不十分なオン/オフ比を示すため、有機電界効果トランジスタ(OFET)などの非常に精巧な電子デバイスのためには適さない。
半導体層に加えて、有機層は、有機電子デバイスにおいて他の目的のために使用できる。例えば、非導電有機材料は、絶縁層または誘電層として使用できる。
このように、種々の基材上に有機層を製造する改善された方法が必要とされている。この方法は、経済的かつ工業的規模での生産を可能にしつつ有機電子デバイスの生産に特に適していることが望ましい。
本発明の要旨
本発明は、有機材料の少なくとも一層を基材上に堆積させる方法であって、
(a)固体有機材料の供給源を50〜200kPaの圧力の雰囲気に準備し、
(b)前記有機材料を第一の温度に加熱して、前記有機材料の蒸気を生成し、
(c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記有機材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
ことによって行う方法に関する。
好ましい一実施形態においては、本発明は、有機材料の少なくとも一層を基材上に堆積させることを含む電子デバイスの製造方法であって、
(a)固体有機材料の供給源を50〜200kPaの圧力の雰囲気に準備し、
(b)前記有機材料を第一の温度に加熱して、前記有機材料の蒸気を生成し、
(c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記有機材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
ことによって行う方法に関する。
更なる好ましい一実施形態は、多結晶有機半導体層を基材上に堆積させる方法であって、
(a)少なくとも1つの半導体材料の供給源を50〜200kPaの圧力の空気を含むもしくは空気からなる雰囲気に準備し、
(b)前記有機半導体材料を20〜350℃の範囲の第一の温度に加熱して、前記有機半導体材料の蒸気を生成し、
(c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記有機半導体材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
ことによって行う方法である。
更なる好ましい一実施形態は、有機電界発光デバイスの層を基材上に堆積させるための方法であって、前記層が、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層から選択される前記方法において、
(a)前記有機電界発光デバイスの層のための少なくとも1つの有機材料の供給源を50〜200kPaの圧力の空気を含むもしくは空気からなる雰囲気に準備し、
(b)前記有機材料を20〜350℃の範囲の第一の温度に加熱して、前記有機半導体材料の蒸気を生成し、
(c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記有機材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
ことによって行う方法である。
特に、前記方法は、有機発光ダイオードの正孔輸送層の堆積のために使用される。
更なる好ましい一実施形態は、自己組織化単分子層を基材上に堆積させる方法であって、
(a)少なくとも1つの自己組織化単分子層を形成できる材料の供給源を50〜200kPaの圧力の空気を含むもしくは空気からなる雰囲気に準備し、
(b)前記材料を20〜350℃の範囲の第一の温度に加熱して、前記有機半導体材料の蒸気を生成し、
(c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
ことによって行う方法である。
本発明の更なる対象は、前記および以下に定義される方法によって得られるコーティングされた基材であって、その表面の少なくとも一部に有機材料の少なくとも一層を含む前記基材である。
本発明の更なる対象は、前記および以下に定義される通りのコーティングされた基材を、有機電子デバイスとしてまたは該デバイスにおいて、好ましくは有機電界効果トランジスタもしくは有機太陽電池もしくは有機発光ダイオードとしてまたはそれらにおいて用いる使用である。
発明の詳細な説明
本発明の方法は、様々な電子デバイスにおける有機材料の層の製造のために特に適している。本発明の範囲では、用語「電子デバイス」は、古典的な有機デバイスも有機電子デバイスも包含するものである。特定の一実施形態は、本発明の方法により基材上に有機材料の少なくとも一層を堆積させることを含む有機電子デバイスの製造である。
好適な非有機電子デバイスは、当該技術分野から公知の慣用のデバイスである。かかるコンポーネントの例は、電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)、トンネルダイオード、コンバータ、発光コンポーネント(特にLED)、グレッツェル太陽電池、色素増感型太陽電池、インバータ、生物学的および化学的なデテクタもしくはセンサ、温度依存デテクタ、フォトデテクタ(例えば偏光感度を有するフォトデテクタ)、ゲート(特にAND、NAND、NOT、OR、TORおよびNORゲート)、レジスタ、スイッチ、タイマーユニット、静的記憶装置および動的記憶装置ならびに他の動的もしくは順次の、論理もしくは他のデジタルコンポーネント、例えばプログラム可能なスイッチである。これは、集積回路(IC)、例えばMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)を基礎とする、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、静的RAMおよび他のデジタル論理回路のための回路を含む。
好ましくは、前記有機材料の層は、
− 有機半導体層、
− 誘電層もしくは絶縁層、
− 少なくとも1種の表面変性剤を含む層、
− 電子伝導特性を有する層(電子輸送層、ETL)、
− 正孔伝導性材料を含む層(正孔輸送層、HTL)、
− 励起子伝導性および/または電子伝導性層、
− 増倍層(増幅層または倍増層とも言う)、
− 正孔注入層、
− 正孔輸送層、
− 発光層、
− 電子輸送層、
− 電子注入層、
− カプセル化層
− 吸光層、
− センサ層、
− 感光層、
− バリア層、および
− 自己組織化単分子層、例えばシラン、ホスホン酸などの層
からなる群から選択することができる。以下に挙げられるものが適している。
驚くべきことに、本発明の方法によって、高品質の多結晶皮膜が、広範の様々な支持体上に、大気圧である雰囲気中、または大気圧に近い圧力の雰囲気中で、先行技術の物理気相堆積法の費用のかかる高真空技術に頼る必要なく得られることが判明した。例えば、本発明の方法で製造された有機半導体層によって、高い電荷担体移動度、例えば0.9cm2/Vsまでの電荷担体移動度および高いオン/オフ比、例えば1×105を上回るオン/オフ比が得られる。かかる層は、例えば有機電界効果トランジスタを製造するのに好ましくは使用できる。更に、本発明の方法で製造される有機半導体は、慣用の真空堆積法で製造された層よりも顕著に改善された貯蔵安定性を示す。
本発明による方法は、基材上で多結晶有機半導体層を堆積させるために特に好ましい。驚くべきことに、大気圧でまたは大気圧の近くで堆積を実施することによって、結晶粒径が、スピンコート法または高真空条件下での堆積によって製造された層におけるよりも顕著に大きい多結晶皮膜を得ることができる。多結晶有機半導体層の結晶粒径は、XRD測定からデバイ−シェラーの式
d=(0.9*ラムダ)/Δ*cos θ
[式中、dは、結晶粒径であり、ラムダは、XRD実験で使用したX線の波長であり、Δは、回折ピークの半値全幅であり、かつθは、回折ピークに相当する角度である]を使用して測定できる。
本発明による方法は、多結晶有機半導体層であって、結晶粒度が、好ましくは少なくとも8nm、より好ましくは少なくとも10nm、特に少なくとも25nmである層の形成を可能にする。
本発明による方法は、有機発光ダイオードの層を堆積させるために特に好ましい。このように、本発明による方法による正孔輸送の堆積は、好ましい応用特性をもたらす。例えば外部量子効率(EQE)の増大、一定の輝度を生ずるのに必要な電圧の低下またはOLEDの寿命の増加をもたらす。外部量子効率(EQE)は、物質もしくはデバイスから出て行く発生した光子の量を、それを通じて流れる電子の量で割ったものである。
本発明による方法は、少なくとも1つの有機材料を堆積させて、基材の表面特性を改善することを可能にする。基材の表面は、好ましくは、該基材の表面と結合するのに適した少なくとも1種の化合物で変性され、かつこうして変性された基材上に後に堆積されるべき有機材料と結合するのに適した少なくとも1種の化合物で変性される。好ましい一実施形態においては、前記の表面変性剤は、いわゆる自己組織化単分子層(SAM)を形成できる。
本発明の方法の好ましい一実施形態によれば、固体有機材料が気化する雰囲気の圧力は、80〜120kPaの範囲である。より好ましくは、前記雰囲気は、大気圧であり、すなわち約100kPaの圧力である。
固体有機材料が気化する雰囲気は、好ましくは本質的に、該有機材料に対して不活性なガスまたはガス混合物からなる。好適なガスは、空気、希ガス、窒素、二酸化炭素およびそれらの混合物から選択される。好適な希ガスは、例えばアルゴン、ヘリウム、ネオンおよびそれらの混合物である。
特に、前記有機材料が気化する雰囲気は、空気を含むかまたは空気からなる。
本発明の方法の特定の一実施形態によれば、前記雰囲気は空気であり、それにより簡単かつ廉価な製造方法が可能となる。驚くべきことに、例えば大気空気中の酸素の存在は、本発明の方法で製造された半導体層の電気的特性を劣化させないことが判明した。更に、前記雰囲気は、該層の微調整された電気的および/または機械的特性を調節するために前記基材上に同時に堆積されうる好適なガス状ドーパント材料を含んでよい。該雰囲気は、また、該層の更なる変性のための少なくとも1種の反応性物質を含んでもよいため、有機層を構成する有機材料の物理気相堆積を、化学気相堆積技術と組み合わせることができる。
本発明の好ましい一実施形態によれば、前記固体有機材料は、基材上で好適な堆積速度を得るために十分な蒸気が発生する温度にまで加熱される。有機材料の蒸気は、有機材料の気化または昇華によって生成されうる。通常、前記材料は、有機材料の気化温度または昇華温度より高い温度にまで加熱される。有機材料の加熱は、様々な方法によって達成できる。例えば、前記固体有機材料を支持体、例えば金属板または石英板上に置いて、それを、抵抗加熱または誘導加熱により加熱することができる。別の変法によれば、前記固体有機材料は、マイクロ波加熱によって、または電子銃を介して加熱することができる。
好ましくは、加熱された有機材料の温度を制御して、一定の気化速度が提供される。
好ましくは、第一の温度および第二の温度は、両者とも20℃より高く、より好ましくは25℃より高く、特に30℃より高い。
好ましくは、前記第一の温度は、20〜350℃の範囲であり、より好ましくは25〜210℃の範囲である。
好ましくは、前記第二の温度は、20〜340℃の範囲であり、より好ましくは20〜200℃の範囲である。
好ましくは、前記第一の温度と第二の温度との差は、10〜330℃の範囲であり、より好ましくは10〜100℃の範囲である。
本発明の方法によれば、前記基材の少なくとも一表面は前記蒸気に晒される。これにより、前記基材の表面上に前記蒸気の層の堆積は、多結晶薄膜の形で可能となる。好適な堆積速度を達成するために、基材の温度、すなわち上述の第二の温度は、前記有機材料の溶融温度もしくは昇華温度よりも低く保たれる。有機層の品質および形態、例えば結晶粒度は、従って、有機材料の供給源の温度および/または有機蒸気が堆積される基材の温度および/または供給源と基材との間の温度差を調整することによって更に調節することができる。
本発明の方法によれば、前記基材の少なくとも一表面が有機材料の蒸気に晒されて、有機材料は、好ましくは多結晶皮膜として、前記基材の前記少なくとも一表面上へと堆積される。好ましくは、前記供給源から基材への材料の移動は、気化された有機材料の蒸気によって行われ、キャリヤガスとして作用する雰囲気を必要としない。
本発明の方法の好ましい一実施形態によれば、前記基材が蒸気に晒される期間が制御される。例えば、シャッターが設けられたマスクを、前記基材の表面の前方に配置することができ、それにより、前記基材の表面を予め決められた時間にわたり前記蒸気に晒すことを可能にする。前記基材は、前記蒸気へと予め決められた時間にわたり繰り返し晒すことができ、かつ晒している間に一定のアニーリング法を、例えば基材の温度の上昇または低下によって先行させることができる。
前記基材を蒸気へと一時的に晒すことは、前記基材と蒸気供給源との間に相対運動をもたらすことによっても達成できる。相対運動は、蒸気供給源の法線ベクトルに対して本質的に平行な運動に本質的に直交する範囲から選択できる。好ましい一実施形態においては、前記基材は、蒸気中の異なる濃度の有機材料を有する領域を通して移動される。好ましくは、前記基材は、蒸気中を少なくとも1回移動される。しかしながら、より好ましくは、前記基材は、蒸気中を繰り返し移動される。前記基材の移動速度、基材が蒸気に晒される回数および有機材料の供給源と有機層が該蒸気から堆積される基材の表面との間の距離は、層の構造および形態ならびに層厚を変更するために調節および/または制御することができる。前記基材は、例えばベルトの形状で蒸気中を移動でき、こうして連続的な生産法が可能となる。硬質の基材の場合には、基材、例えばシリコンウェハを、ベルトに固定することができる。フレキシブルな基材が使用される場合には、ベルトそれ自身が基材であってよい。前記基材は、また、前記蒸気へと繰り返し晒すために回転する支持体上にろう付けされていてもよく、こうして半連続的な生産方法が可能となる。
本発明の好ましい一実施形態において、前記基材は、固体有機材料の供給源の上方に配置されていてよく、こうして、該供給源から前記基材への有機材料の移動は、蒸気の対流による上昇移動だけを用いて達成できる。
接触領域の適切な画定のために、上昇する蒸気の横断面積を制限するマスクを供給源と基材との間に設けることができる。また、縦型の接触チャンバを使用してよく、それには、前記基材のための好適な入口と出口の開口部が設けられており、こうして、基材と蒸気との間の繰り返しのまたは繰り返しではない一時的な接触のいずれかが可能となる。
広範な様々な基材を本発明の方法で使用してよい。前記基材は、本発明の方法のプロセス条件下で安定な事実上あらゆる材料から構成されていてよい。このように、前記基材は、有機材料および無機材料または複合材料を含んでよい。例えば、前記基材は、無機ガラス、石英、セラミックフォイルまたはプレート、非ドープのもしくはドープされた無機半導体、例えばシリコンウェハ、ポリマー材料(例えばアクリル系、エポキシ系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリケトン系、ポリ(オキシ−1,4−フェニレンオキシ−1,4−フェニレンカルボニル−1,4−フェニレン)[ときとしてポリ(エーテルエーテルケトン)もしくはPEEKとも呼ばれる]、ポリノルボルネン系、ポリフェニレンオキシド系、ポリ(エチレンナフタレンジカルボキシレート)(PEN)、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリ(フェニレンスルフィド)(PPS))、充填されたポリマー材料(例えば繊維強化プラスチック(FRP))およびコーティングされたもしくはコーティングされていない金属フォイルまたはプレートを含んでよい。
好ましくは、前記供給源と前記基材との間の距離は、0.1〜20mmの範囲、より好ましくは0.5〜3mmの範囲である。
好ましくは、前記基材上での有機材料の少なくとも一層の堆積速度は、1〜200nm/分の範囲であり、より好ましくは1〜600nm/分の範囲である。
有機材料
本発明の方法は、電子デバイスで使用するための基材上に様々な有機材料を堆積させるために適している。
好適な固体有機材料は、例えば
− 有機半導体材料、
− 誘電体もしくは絶縁体、
− 表面変性剤、例えば接着促進剤、カップリング剤など、
− 励起子ブロッキング特性を有する有機材料、
− 有機正孔伝導性材料、
− 有機励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性材料
から選択される。
有機半導体材料
本発明の範囲においては、「ハロゲン」という表現は、それぞれの場合に、フッ素、臭素、塩素またはヨウ素、特に塩素、臭素もしくはヨウ素を示す。
本発明の範囲では、「アルキル」という表現は、直鎖状もしくは分枝鎖状のアルキル基を含む。アルキルは、好ましくはC1〜C30−アルキル、より好ましくはC1〜C20−アルキル、最も好ましくはC1〜C12−アルキルである。アルキル基の例は、特にメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ヘキサデシル、n−オクタデシルおよびn−エイコシルである。
アルキルという表現は、アルキル基であって、その炭素鎖が1つ以上の、−O−、−S−、−NRf−、−C(=O)−、−S(=O)−および/または−S(=O)2−から選択される隣接していない基によって中断されていてよい基も含む。Rfは、好ましくは、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。
置換されたアルキル基は、アルキル鎖の長さに依存して、1つ以上の(例えば、1、2、3、4、5もしくは5より多い)置換基を有してよい。これらは、好ましくはそれぞれ独立して、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘタリール、フッ素、塩素、臭素、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、ニトロソ、ホルミル、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、SO3H、スルホネート、スルファミノ、スルファミド、アミジノ、NE12から選択され、その際、E1およびE2は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。前記アルキル基のシクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘタリール置換基は、また非置換または置換されていてよく、好適な置換基は、これらの基について以下に挙げた置換基である。好ましい一実施形態においては、置換されたアルキルは、C7〜C20−アリールアルキル、例えばベンジルまたはフェニルエチルである。
カルボキシレートおよびスルホネートは、それぞれ、カルボン酸官能基の誘導体およびスルホン酸官能基の誘導体を表し、特に金属カルボキシレートもしくはスルホネート、カルボン酸エステルもしくはスルホン酸エステル官能基もしくはカルボキサミドもしくはスルホンアミド官能基を表す。かかる誘導体は、例えばC1〜C4−アルカノール、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、s−ブタノールおよびt−ブタノールとのエステルを含む。
アルキルに関する前記特記事項は、アルコキシ、アルキルチオ(=アルキルスルファニル)、モノアルキルアミノおよびジアルキルアミノ中のアルキル部にも適用される。
本発明の範囲では、「シクロアルキル」という用語は、通常3〜20個の、好ましくは3〜12個の、より好ましくは5〜12個の炭素原子を有する単環式、二環式もしくは三環式の炭化水素、例えばシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロドデシル、シクロペンタデシル、ノルボルニル、ビシクロ[2.2.2]オクチルまたはアダマンチルを示す。
置換されたシクロアルキル基は、環の大きさに応じて、1つ以上の(例えば、1、2、3、4、5もしくは5より多くの)置換基を有してよい。これらは、好ましくはそれぞれ独立して、アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘタリール、フッ素、塩素、臭素、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、ニトロソ、ホルミル、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、SO3H、スルホネート、スルファミノ、スルファミド、アミジノ、NE34から選択され、その際、E3およびE4は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。置換されたシクロアルキル基の例は、特に2−および3−メチルシクロペンチル、2−および3−エチルシクロペンチル、2−、3−および4−メチルシクロヘキシル、2−、3−および4−エチルシクロヘキシル、2−、3−および4−プロピルシクロヘキシル、2−、3−および4−イソプロピルシクロヘキシル、2−、3−および4−ブチルシクロヘキシル、2−、3−および4−s−ブチルシクロヘキシル、2−、3−および4−t−ブチルシクロヘキシル、2−、3−および4−メチルシクロヘプチル、2−、3−および4−エチルシクロヘプチル、2−、3−および4−プロピルシクロヘプチル、2−、3−および4−イソプロピルシクロヘプチル、2−、3−および4−ブチルシクロヘプチル、2−、3−および4−s−ブチルシクロヘプチル、2−、3−および4−t−ブチルシクロヘプチル、2−、3−、4−および5−メチルシクロオクチル、2−、3−、4−および5−エチルシクロオクチル、2−、3−、4−および5−プロピルシクロオクチルである。
シクロアルキルに関する前記特記事項は、シクロアルコキシ、シクロアルキルチオ(=シクロアルキルスルファニル)、モノシクロアルキルアミノおよびジシクロアルキルアミノ中のシクロアルキル部にも適用される。
本発明の範囲においては、「アリール」という用語は、単環式もしくは多環式の芳香族炭化水素基を指す。アリールは、通常は、6〜24個の炭素原子、好ましくは6〜20個の炭素原子、特に6〜14個の炭素原子を環員として有する芳香族基である。アリールは、好ましくはフェニル、ナフチル、インデニル、フルオレニル、アントラセニル、フェナントレニル、ナフタセニル、クリセニル、ピレニル、コロネニル、ペリレニルなど、より好ましくはフェニルもしくはナフチルである。
置換されたアリールは、それらの環系の数および大きさに依存して、1つ以上の(例えば、1、2、3、4、5もしくは5より多い)置換基を有してよい。これらは、好ましくはそれぞれ独立して、アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘタリール、フッ素、塩素、臭素、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、ニトロソ、ホルミル、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、SO3H、スルホネート、スルファミノ、スルファミド、アミジノ、NE56から選択され、その際、E5およびE6は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。前記アリールにおけるアルキル、アルコキシ、アルキルアミノ、アルキルチオ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘタリール置換基は、また非置換または置換されていてよい。これらの基について上述した置換基が参照される。前記アリールにおける置換基は、好ましくは、アルキル、アルコキシ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、アリール、フッ素、塩素、臭素、シアノおよびニトロから選択される。置換されたアリールは、より好ましくは、一般に1、2、3、4もしくは5個の、好ましくは1、2もしくは3個の置換基を有する置換されたフェニルである。
置換されたアリールは、好ましくは、少なくとも1つのアルキル基によって置換されたアリール(「アルカリール」、以下でアルキルアリールとも呼ばれる)である。アルカリール基は、芳香族環系の大きさに依存して、1つ以上の(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9もしくは9より多くの)アルキル置換基を有してよい。前記アルキル置換基は、非置換または置換されていてよい。この関連において、非置換のおよび置換されたアルキルに関する先の記載が参照される。好ましい一実施形態においては、前記アルカリール基は、それに限定されるものではないが、非置換のアルキル置換基を有する。アルカリールは、好ましくは、1、2、3、4もしくは5個の、好ましくは1、2もしくは3個の、より好ましくは1もしくは2個のアルキル置換基を有するフェニルである。
1つ以上の基を有するアリールは、例えば2−、3−および4−メチルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジメチルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニル、2−、3−および4−エチルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジエチルフェニル、2,4,6−トリエチルフェニル、2−、3−および4−プロピルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジプロピルフェニル、2,4,6−トリプロピルフェニル、2−、3−および4−イソプロピルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジイソプロピルフェニル、2,4,6−トリイソプロピルフェニル、2−、3−および4−ブチルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジブチルフェニル、2,4,6−トリブチルフェニル、2−、3−および4−イソブチルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジイソブチルフェニル、2,4,6−トリイソブチルフェニル、2−、3−および4−s−ブチルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジ−s−ブチルフェニル、2,4,6−トリ−s−ブチルフェニル、2−、3−および4−t−ブチルフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジ−t−ブチルフェニルおよび2,4,6−トリ−t−ブチルフェニル、2−、3−および4−メトキシフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジメトキシフェニル、2,4,6−トリメトキシフェニル、2−、3−および4−エトキシフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジエトキシフェニル、2,4,6−トリエトキシフェニル、2−、3−および4−プロポキシフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジプロポキシフェニル、2−、3−および4−イソプロポキシフェニル、2,4−、2,5−、3,5−および2,6−ジイソプロポキシフェニルおよび2−、3−および4−ブトキシフェニル、2−、3−および4−クロロフェニル、(2−クロロ−6−メチル)フェニル、(2−クロロ−6−エチル)フェニル、(4−クロロ−6−メチル)フェニル、(4−クロロ−6−エチル)フェニルである。
アリールに関する前記特記事項は、アリールオキシ、アリールチオ(=アリールスルファニル)、モノアリールアミノおよびジアリールアミノ中のアリール部にも適用される。
本発明の範囲において、「ヘテロシクロアルキル」という表現は、一般に5〜8個の環原子、好ましくは5もしくは6個の環原子を有する非芳香族の、不飽和もしくは完全に飽和の、脂環式基を含む。相応のシクロアルキル基と比較してヘテロシクロアルキル基においては、1、2、3、4もしくは4より多くの環炭素原子が、ヘテロ原子またはヘテロ原子含有基によって置き換わっている。ヘテロ原子またはヘテロ原子含有基は、好ましくは、−O−、−S−、−NRe−、−C(=O)−、−S(=O)−および/または−S(=O)2−から選択される。Reは、好ましくは、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。ヘテロシクロアルキルは、非置換であるか、または場合により、1つ以上の、例えば、1、2、3、4、5、6または7個の同一もしくは異なる基を有する。これらは、好ましくはそれぞれ独立して、アルキル、アルコキシ、アルキルアミノ、アルキルチオ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘタリール、フッ素、塩素、臭素、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、ニトロソ、ホルミル、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、SO3H、スルホネート、スルファミノ、スルファミド、アミジノ、NE56から選択され、その際、E5およびE6は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。ヘテロシクロアルキル基の例は、特にピロリジニル、ピペリジニル、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル、イミダゾリジニル、ピラゾリジニル、オキサゾリジニル、モルホリニル、チアゾリジニル、イソチアゾリジニル、イソキサゾリジニル、ピペラジニル、テトラヒドロチオフェニル、ジヒドロチエン−2−イル、テトラヒドロフラニル、ジヒドロフラン−2−イル、テトラヒドロピラニル、2−オキサゾリニル、3−オキサゾリニル、4−オキサゾリニルおよびジオキサニルである。
置換されたヘテロシクロアルキル基は、環の大きさに応じて、1つ以上の(例えば、1、2、3、4、5もしくは5より多くの)置換基を有してよい。これらは、好ましくはそれぞれ独立して、アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘタリール、フッ素、塩素、臭素、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、ニトロソ、ホルミル、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、SO3H、スルホネート、スルファミノ、スルファミド、アミジノ、NE78から選択され、その際、E7およびE8は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。置換されている場合に、ヘテロシクロアルキル基は、好ましくは、1つ以上の、例えば1、2、3、4もしくは5個のC1〜C6−アルキル基を有する。
ヘテロシクロアルキルに関する前記特記事項は、ヘテロシクロアルコキシ、ヘテロシクロアルキルチオ(=ヘテロシクロアルキルスルファニル)、モノヘテロシクロアルキルアミノおよびジヘテロシクロアルキルアミノ中のヘテロシクロアルキル部にも適用される。
本発明の範囲では、「ヘタリール」(ヘテロアリール)という表現は、複素芳香族の単環式もしくは多環式の基を含む。環炭素原子に加えて、これらは、1、2、3、4もしくは4より多くのヘテロ原子を環員として有する。前記ヘテロ原子は、好ましくは、酸素、窒素、セレンおよび硫黄から選択される。前記ヘタリール基は、好ましくは5〜18個の、例えば5、6、8、9、10、11、12、13もしくは14個の環原子を有する。
単環式のヘタリール基は、好ましくは、5員もしくは6員のヘタリール基、例えば2−フリル(フラン−2−イル)、3−フリル(フラン−3−イル)、2−チエニル(チオフェン−2−イル)、3−チエニル(チオフェン−3−イル)、セレノフェン−2−イル、セレノフェン−3−イル、1H−ピロール−2−イル、1H−ピロール3−イル、ピロール−1−イル、イミダゾール−2−イル、イミダゾール−1−イル、イミダゾール−4−イル、ピラゾール−1−イル、ピラゾール−3−イル、ピラゾール−4−イル、ピラゾール−5−イル、3−イソキサゾリル、4−イソキサゾリル、5−イソキサゾリル、3−イソチアゾリル、4−イソチアゾリル、5−イソチアゾリル、2−オキサゾリル、4−オキサゾリル、5−オキサゾリル、2−チアゾリル、4−チアゾリル、5−チアゾリル、1,2,4−オキサジアゾール−3−イル、1,2,4−オキサジアゾール−5−イル、1,3,4−オキサジアゾール−2−イル、1,2,4−チアジアゾール−3−イル、1,2,4−チアジアゾール−5−イル、1,3,4−チアジアゾール−2−イル、4H−[1,2,4]−トリアゾール−3−イル、1,3,4−トリアゾール−2−イル、1,2,3−トリアゾール−1−イル、1,2,4−トリアゾール−1−イル、ピリジン−2−イル、ピリジン−3−イル、ピリジン−4−イル、3−ピリダジニル、4−ピリダジニル、2−ピリミジニル、4−ピリミジニル、5−ピリミジニル、2−ピラジニル、1,3,5−トリアジン−2−イルおよび1,2,4−トリアジン−3−イルである。
多環式ヘタリール基は、2、3、4もしくは4より多くの縮合環を有する。縮合される環は、芳香族であるか、飽和であるか、または部分不飽和であってよい。多環式のヘタリール基の例は、キノリニル、イソキノリニル、インドリル、イソインドリル、インドリジニル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾイソキサゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾオキサジアゾリル、ベンゾチアジアゾリル、ベンゾオキサジニル、ベンゾピラゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾトリアゾリル、ベンゾトリアジニル、ベンゾセレノフェニル、チエノチオフェニル、チエノピリミジル、チアゾロチアゾリル、ジベンゾピロリル(カルバゾリル)、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、ナフト[2,3−b]チオフェニル、ナフタ[2,3−b]フリル、ジヒドロインドリル、ジヒドロインドリジニル、ジヒドロイソインドリル、ジヒドロキノリニルおよびジヒドロイソキノリニルである。
置換されたヘタリール基は、それらの環系の数および大きさに依存して、1つ以上の(例えば、1、2、3、4、5もしくは5より多い)置換基を有してよい。これらは、好ましくはそれぞれ独立して、アルキル、アルコキシ、アルキルチオ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、ヘタリール、フッ素、塩素、臭素、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、ニトロソ、ホルミル、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、SO3H、スルホネート、スルファミノ、スルファミド、アミジノ、NE910から選択され、その際、E9およびE10は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールである。ハロゲン置換基は、好ましくはフッ素、塩素または臭素である。前記置換基は、好ましくは、C1〜C6−アルキル、C1〜C6−アルコキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、ハロゲンおよびシアノから選択される。
ヘタリールに関する前記特記事項は、ヘタリールオキシ、ヘタリールチオ、モノヘタリールアミノおよびジヘタリールアミノ中のヘタリール部にも適用される。
本発明の目的のためには、「アシル」という表現は、アルカノイルもしくはアロイル基であって、一般に2〜11個の、好ましくは2〜8個の炭素原子を有する基、例えばアセチル、プロパノイル、ブタノイル、ペンタノイル、ヘキサノイル、ヘプタノイル、2−エチルヘキサノイル、2−プロピルヘプタノイル、ピバロイル、ベンゾイルもしくはナフトイル基を指す。
基NE12、NE34、NE56、NE78およびNE910は、好ましくはN,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N,N−ジプロピルアミノ、N,N−ジイソプロピルアミノ、N,N−ジ−n−ブチルアミノ、N,N−ジ−t−ブチルアミノ、N,N−ジシクロヘキシルアミノまたはN,N−ジフェニルアミノである。
本発明の方法に適した有機半導体材料は、公知のn型半導体材料およびp型半導体材料から選択される。
好ましい有機半導体材料は、以下のクラス:
− リレンジイミドおよびナフタレンジイミド、
− テトラアザペロピレン、
− ジケトピロロピロール、
− フラーレンおよびフラーレン誘導体、
− チオフェン化合物、
− 少なくとも1つの縮合チオフェン単位を有する芳香族化合物、
− アセン、
− スピロ化合物、
− 金属錯体、
− 有機ケイ素化合物および有機リン化合物、好ましくは自己組織化単分子層の形の化合物
から選択される。以下に挙げられるものが適している。
Angew. Chem. 2012, 124, 2060 - 2109は、低分子量有機半導体の概要を示している。
リレンおよびナフタルイミド
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、WO 2007/074137 A1に開示されるナフタレンテトラカルボン酸誘導体から選択される。
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、R. Schmidt、J. H. Oh、Y.-S. Sun、M. Deppisch、A.-M. Krause、K. Radacki、H. Braunschweig、M. Koenemann、P. Erk、Z. BaoおよびF. WuerthnerによってJ. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6215-6228において記載されたハロゲン化されたペリレンビスイミド誘導体から選択される。
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、WO 2007/093643およびWO 2007/116001に記載されるペリレンジイミドから選択される。
テトラアザペロピレン
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、Chem. Eur. J. 2007 (13), 7317およびJOC (76), 609-617に記載されるテトラアザペロピレン(TAPP)から選択される。好ましくは、式I
Figure 2015523463
[式中、
1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8は、それぞれの場合に、独立して、H、ClおよびBrから選択されるが、但し、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7およびR8の少なくとも1つは、ClもしくはBrであるものとし、
9、R10は、それぞれの場合に、独立して、H、C1〜C30−アルキル基、C1〜C30−ハロアルキル基、C6〜C14−アリール基、5〜14個の環原子を有するヘテロアリール基およびC7〜C20−アリールアルキル基から選択され、その際、アリール、ヘテロアリールおよびアリールアルキルは、場合により、1つ以上のハロゲン、C1〜C4−ハロアルキル、−CN、−NO2、−CHO、−COOH、−CONH2、−CO(C1〜C14−アルキル)、−COO(C1〜C14−アルキル)、−CONHC(C1〜C14−アルキル)および−CON(C1〜C14−アルキル)2基で置換されていてよい]のテトラアザピレン化合物である。
ジケトピロロピロール
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、ジケトピロロピロール(DPP)から選択される。好適なジケトピロロピロールは、とりわけWO 2003/048268、WO 2006/061343、WO2007/003520およびUS 2010/0326525に記載されている。
ビチオフェン官能化されたジケトピロロピロールの合成および特性決定は、H. Buerkstuemmer、A. Weissenstein、D. BialasおよびF. WuerthnerによってJ. Org. Chem. 2011, 76, 2426 - 2432において記載されている。式(II)
Figure 2015523463
[式中、
aは、互いに独立して、水素およびそれぞれの場合に非置換もしくは置換されたアルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールおよびヘタリールから選択され、
bは、互いに独立して、水素、それぞれの場合に非置換もしくは置換されたアルキル、アルコキシ、アルキルチオ、(モノアルキル)アミノ、(ジアルキル)アミノ、シクロアルキル、シクロアルコキシ、シクロアルキルチオ、(モノシクロアルキル)アミノ、(ジシクロアルキル)アミノ、ヘテロシクロアルキル、ヘテロシクロアルコキシ、ヘテロシクロアルキルチオ、(モノヘテロシクロアルキル)アミノ、(ジヘテロシクロアルキル)アミノ、アリール、アリールオキシ、アリールチオ、(モノアリール)アミノ、(ジアリール)アミノ、ヘタリール、ヘタリールオキシ、ヘタリールチオ、(モノヘタリール)アミノ、(ジヘタリール)アミノ、ハロゲン、ヒドロキシ、メルカプト、シアノ、ニトロ、シアナト、チオシアナト、ホルミル、アシル、カルボキシ、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、アルキルアミノカルボニル、ジアルキルアミノカルボニル、スルホ、スルホネート、スルホアミノ、スルファモイル、アルキルスルホニル、アリールスルホニル、アミジノ、NE12から選択され、その際、E1およびE2は、それぞれ独立して、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールまたはヘタリールから選択される]の化合物が好ましい。
好ましくは、式(II)の化合物において、基Raの少なくとも1つは、式(C)
Figure 2015523463
[式中、
#は、結合部位であり、
mは、0もしくは1であり、かつ
dおよびReは、独立して、C1〜C30−アルキルから選択される]の基から選択される。
好ましくは、式(II)の化合物において、基Raは、同じ意味を有する。
第一の一実施形態においては、式(C)においてmは0である。式(C1)の特に好ましい基は、1−メチルエチル、1−メチルプロピル、1−メチルブチル、1−メチルペンチル、1−メチルヘキシル、1−メチルヘプチル、1−メチルオクチル、1−エチルプロピル、1−エチルブチル、1−エチルペンチル、1−エチルヘキシル、1−エチルヘプチル、1−エチルオクチル、1−プロピルブチル、1−プロピルペンチル、1−プロピルヘキシル、1−プロピルヘプチル、1−プロピルオクチル、1−ブチルペンチル、1−ブチルヘキシル、1−ブチルヘプチル、1−ブチルオクチル、1−ペンチルヘキシル、1−ペンチルヘプチル、1−ペンチルオクチル、1−ヘキシルヘプチル、1−ヘキシルオクチル、1−ヘプチルオクチルである。
第二の一実施形態においては、式(C)においてmは1である。式(C)で示され、mが1である好ましい基は、2−エチルヘキシル、2−エチルヘプチル、2−エチルオクチル、2−エチルノニルおよび2−エチルデシルである。
特定の一実施形態においては、基Raは、両者とも2−エチルヘキシルである。
好ましくは、式(II)の化合物において、Rbは、互いに独立して、水素、非置換のアルキル、非置換のアルコキシ、非置換のアルキルチオ、非置換の(モノアルキル)アミノ、非置換の(ジアルキル)アミノ、ハロゲン、ヒドロキシ、シアノおよびNE12から選択され、その際、E1およびE2は、それぞれ独立して、水素およびアルキルから選択される。
特定の一実施形態においては、前記基Rbは、両者とも、水素、メチル、エチル、メトキシ、エトキシ、メチルチオ、エチルチオ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノまたはシアノである。

Figure 2015523463
[式中、
pは、0もしくは1であり、qは、0もしくは1であり、
A1およびA2は、互いに独立して、式
Figure 2015523463
の基であり、
A3、A4およびA5は、互いに独立して、式
Figure 2015523463
の基であり、
aは、1もしくは2であり、bは、0、1もしくは2であり、cは、0、1もしくは2であり、
kは、0、1もしくは2であり、lは、1、2もしくは3であり、rは、0もしくは1であり、zは、0、1もしくは2であり、
1、R2、R1'、R2'、R1''、R2''、R1*およびR2*は、同一もしくは異なってよく、かつ水素、
1〜C100−アルキル基であって場合によりC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、ハロゲン、C5〜C12−シクロアルキル、ニトロ、シアノ、ビニル、アリル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、シリル基もしくはシロキサニル基で一置換以上されていてよく、かつ/または場合により−O−、−S−、−NR39−、−COO−、−CO−もしくは−OCO−によって中断されていてよいC1〜C100−アルキル、
2〜C100−アルケニル基であって場合によりC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、ハロゲン、C5〜C12−シクロアルキル、ニトロ、シアノ、ビニル、アリル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、シリル基もしくはシロキサニル基で一置換以上されていてよく、かつ/または場合により−O−、−S−、−NR39−、−COO−、−CO−もしくは−OCO−によって中断されていてよいC2〜C100−アルケニル基、
3〜C100−アルキニル基であって場合によりC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、ハロゲン、C5〜C12−シクロアルキル、ニトロ、シアノ、ビニル、アリル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、シリル基もしくはシロキサニル基で一置換以上されていてよく、かつ/または場合により−O−、−S−、−NR39−、−COO−、−CO−もしくは−OCO−によって中断されていてよいC3〜C100−アルキニル基、
3〜C12−シクロアルキル基であって場合によりC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、ハロゲン、C5〜C12−シクロアルキル、ニトロ、シアノ、ビニル、アリル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、シリル基もしくはシロキサニル基で一置換以上されていてよく、かつ/または場合により−O−、−S−、−NR39−、−COO−、−CO−もしくは−OCO−によって中断されていてよいC3〜C12−シクロアルキル基、
6〜C24−アリール基であって場合によりC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、ハロゲン、C5〜C12−シクロアルキル、ニトロ、シアノ、ビニル、アリル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、シリル基もしくはシロキサニル基で一置換以上されていてよいC6〜C24−アリール基、
2〜C20−ヘテロアリール基であって場合によりC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、ハロゲン、C5〜C12−シクロアルキル、ニトロ、シアノ、ビニル、アリル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、シリル基もしくはシロキサニル基で一置換以上されていてよいC2〜C20−ヘテロアリール、
−CO−C1〜C18−アルキル、−CO−C5〜C12−シクロアルキル、−COO−C1〜C18−アルキル、
から選択され、
3は、水素、ハロゲン、シアノ、C1〜C25−アルキル、C1〜C25−アルキルであってEによって一置換以上されており、かつ/またはDによって1回以上中断されているC1〜C25−アルキル、
Figure 2015523463
、COO−C1〜C18−アルキル、C4〜C18−シクロアルキル基、C4〜C18−シクロアルキル基であってGによって置換されたC4〜C18−シクロアルキル基、C2〜C18−アルケニル、C2〜C18−アルキニル、C1〜C18−チオアルコキシ、C1〜C18−アルコキシ、C1〜C18−アルコキシであってEによって置換されており、かつ/またはDによって中断されているC1〜C18−アルコキシ、C7〜C25−アラルキルまたはC7〜C25−アラルキルであってGによって置換されたC7〜C25−アラルキル、または式
Figure 2015523463
の基であり、
Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5、Ar6およびAr7は、互いに独立して、式
Figure 2015523463
Figure 2015523463
の二価の基であり、
Xは、−O−、−S−、−NR10−、−Si(R18)(R19)−、−Ge(R18)(R19)−、−C(R12)(R13)−、−C(=O)−、−C(=CR1415)−、
Figure 2015523463
であり、
10およびR11は、互いに独立して、水素、C1〜C18−アルキル、C1〜C18−ハロアルキル、C7〜C25−アリールアルキル、C1〜C18−アルカノイルであり、
12およびR13は、互いに独立して、水素、C1〜C18−アルキル、C1〜C18−ハロアルキル、C7〜C25−アリールアルキル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリールであるか、またはR12およびR13は、一緒になって、オキソ、
Figure 2015523463
を表すか、または5員もしくは6員の環を形成し、前記環は、非置換であるか、もしくはC1〜C18−アルキルおよび/またはC1〜C18−アルコキシによって置換されており、
14およびR15は、互いに独立して、水素、C1〜C18−アルキル、C6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、−CNもしくはCOOR50であり、
16およびR17は、互いに独立して、水素、ハロゲン、C1〜C25−アルキル、C1〜C25−アルコキシ、C7〜C25−アリールアルキルもしくは
Figure 2015523463
であり、Rxは、C1〜C12−アルキル基もしくはトリ(C1〜C8−アルキル)シリル基であり、
18およびR19は、互いに独立して、水素、C1〜C18−アルキル、C7〜C25−アリールアルキルもしくはフェニル基であって場合によりC1〜C8−アルキルおよび/またはC1〜C8−アルコキシで1置換ないし3置換されていてよいフェニル基であり、
20およびR21は、互いに独立して、水素、C1〜C25−アルキル、C2〜C25−アルケニル、C2〜C25−アルキルであって1つ以上の−O−もしくは−S−によって中断されたC2〜C25−アルキル、COOR50、シアノ、C1〜C18−アルコキシ、C6〜C24−アリール、C7〜C25−アリールアルキル、ハロゲンもしくはC2〜C20−ヘテロアリールであるか、またはR20およびR21は、一緒になって、アルキレンもしくはアルケニレンを表し、それらは両者とも酸素および/または硫黄を介して前記(複素)芳香族残基に結合されていてよく、かつそれらは両者とも4個までの炭素原子を有してよく、
30ないしR38は、互いに独立して、水素、C1〜C25−アルキル、C2〜C25−アルケニル、C2〜C25−アルキルであって1つ以上の−O−もしくは−S−によって中断されたC2〜C25−アルキル、COOR50、シアノ、C1〜C18−アルコキシ、C6〜C24−アリール、C7〜C25−アリールアルキル、ハロゲンもしくはC2〜C20−ヘテロアリールであり、
40およびR41は、互いに独立して、水素、C1〜C25−アルキル、C2〜C25−アルケニル、C2〜C25−アルキルであって1つ以上の−O−もしくは−S−によって中断されたC2〜C25−アルキル、COOR50、シアノ、C1〜C18−アルコキシ、C6〜C24−アリール、C7〜C25−アリールアルキル、ハロゲンもしくはC2〜C20−ヘテロアリールであり、
50は、C1〜C25−アルキル、C1〜C25−ハロアルキル、C7〜C25−アリールアルキル、C6〜C24−アリールもしくはC2〜C20−ヘテロアリールであり、
60ないしR68は、互いに独立して、H、ハロゲン、シアノ、C1〜C25−アルキル、C1〜C25−アルキルであってEによって置換されており、かつ/またはDによって中断されているC1〜C25−アルキル、C6〜C24−アリール、C6〜C24−アリールであってGによって置換されたC6〜C24−アリール、C2〜C20−ヘテロアリール、C2〜C20−ヘテロアリールであってGによって置換されたC2〜C20−ヘテロアリール、C4〜C18−シクロアルキル基、C4〜C18−シクロアルキル基であってGによって置換されたC4〜C18−シクロアルキル基、C2〜C18−アルケニル、C2〜C18−アルキニル、C1〜C18−アルコキシ、C1〜C18−アルコキシであってEによって置換されており、かつ/またはDによって中断されているC1〜C18−アルコキシ、C7〜C25−アラルキルまたはC7〜C25−アラルキルであってGによって置換されたC7〜C25−アラルキルであり、
70およびR71は、互いに独立して、水素、C1〜C25−アルキルまたはC7〜C25−アラルキルであるか、または
70およびR71は、一緒になって、アルキレンもしくはアルケニレンであり、それらは両者とも、酸素および/または硫黄を介して、前記チエニル残基へと結合されていてよく、かつそれらは両者とも25個までの炭素原子を有してよく、
Dは、−CO−、−COO−、−S−、−O−、−NR39−もしくは−C(=O)NR39−であり、
Eは、C1〜C8−チオアルコキシ、COO−C1〜C18−アルキル、C1〜C8−アルコキシ、CN、−NR3939'、−CONR3939'もしくはハロゲンであり、
Gは、EもしくはC1〜C18−アルキルであり、
39およびR39'は、互いに独立して、水素、C1〜C18−アルキル、C1〜C18−ハロアルキル、C7〜C25−アリールアルキルもしくはC1〜C18−アルカノイルであるが、
但し、基Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Ar5、Ar6およびAr7の少なくとも1つは、式
Figure 2015523463
の基であるものとする]の化合物も好ましい。
フラーレンおよびフラーレン誘導体
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、フラーレンおよびフラーレン誘導体から選択される。フラーレンおよびフラーレン誘導体は、好ましくは、C60、C70、C84、フェニル−C61−酪酸メチルエステル([60]PCBM)、フェニル−C71−酪酸メチルエステル([71]PCBM)、フェニル−C84−酪酸メチルエステル([84]PCBM)、フェニル−C61−酪酸ブチルエステル([60]PCBB)、フェニル−C61−酪酸オクチルエステル([60]PCBO)、チエニル−C61−酪酸メチルエステル([60]ThCBM)およびそれらの混合物から選択される。特に、C60、[60]PCBMおよびそれらの混合物が特に好ましい。
チオフェン化合物
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、チオフェン化合物から選択される。これらは、好ましくは、チオフェン、オリゴチオフェンおよびそれらの置換された誘導体から選択される。好適なオリゴチオフェンは、クアテルチオフェン、キンケチオフェン、セキシチオフェン、α,ω−ジC1〜C8−アルキルオリゴチオフェン、例えばα,ω−ジヘキシルクアテルチオフェン、α,ω−ジヘキシルキンケチオフェンおよびα,ω−ジヘキシルセキシチオフェン、ポリ(アルキルチオフェン)、例えばポリ(3−ヘキシルチオフェン)、ビス(ジチエノチオフェン)、アントラジチオフェンおよびジアルキルアントラジチオフェン、例えばジヘキシルアントラジチオフェン、フェニレン−チオフェン(P−T)オリゴマーおよびそれらの誘導体、特にα,ω−アルキル置換されたフェニレン−チオフェンオリゴマーである。
半導体として好適な更なるチオフェン化合物は、好ましくは、α,α’−ビス(2,2−ジシアノビニル)キンケチオフェン(DCV5T)、(3−(4−オクチルフェニル)−2,2’−ビチオフェン)(PTOPT)およびWO 2006/092124に記載されるアクセプターで置換されたオリゴチオフェンなどの化合物から選択される。
チオフェン化合物は、式(I)の少なくとも1種の化合物と組み合わせると、通常はドナーとしてはたらく。
メロシアニン
好ましい一実施形態においては、前記有機半導体材料は、WO 2010/049512に記載されるメロシアニンから選択される。
幾つかの特に好ましい半導体材料は、以下のものである。
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
Figure 2015523463
誘電体または絶縁体
誘電体として使用できる好適な有機材料は、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、ポリオレフィン(例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイソブテン)、ポリビニルカルバゾール、フッ素化ポリマー(例えばフッ素化ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン)、シアノプルラン(例えばCYMM)、ポリビニルフェノール、ポリアリーレン(例えばポリ−p−キシレン)、ポリ(アリーレンエーテル)、ポリキノリン、ポリ塩化ビニルなどから選択される。
特定の誘電体は、「自己組織化ナノ誘電体」、すなわちSiCl官能価を含むモノマー、例えばCl3SiOSiCl3、Cl3Si−(CH26−SiCl3、Cl3Si−(CH212−SiCl3から得られる、および/または大気湿分により、もしくは溶媒で希釈された水の添加により架橋されたポリマーである(例えばFacchetti, Adv. Mater. 2005, 17, 1705-1725を参照のこと)。水の代わりに、ヒドロキシル含有ポリマー、例えばポリビニルフェノールまたはポリビニルアルコールまたはビニルフェノールおよびスチレンのコポリマーを架橋成分として提供することも可能である。また、少なくとも1種の更なるポリマー、例えばポリスチレンが、架橋作業の間に存在してもよく、それは次いで架橋もされる(Facietti, 米国特許出願2006/0202195を参照のこと)。
表面変性剤
好適な一実施形態においては、基材の表面は、少なくとも1種の有機材料(特に少なくとも1種の半導体材料)の堆積の前に、変性が行われる。
好ましくは、この変性がなされて、有機材料を結合する領域および/または無機材料が堆積できる領域が形成される。基材の表面は、好ましくは、該基材の表面と結合するのに適した少なくとも1種の化合物で変性され、かつこうして変性された基材上に堆積されるべき有機材料と結合するのに適した少なくとも1種の化合物で変性される。好適な一実施形態においては、前記基材の表面の一部または全表面は、少なくとも1種の表面変性化合物でコーティングされて、少なくとも1種の有機材料(特に半導体材料)の改善された堆積を可能にする。
好ましい一実施形態においては、前記表面変性剤は、基材の少なくとも一部に、本発明による堆積法によって堆積される。これは、基材の表面上の所望の結合部位のパターンを提供するためのマスクプロセスの使用を含む。
もちろん、前記表面変性剤は、基材の少なくとも一部に、公知法によって、例えばUS 11/353,934に記載されるような、例えばいわゆる「パターン形成」プロセスによって、またはいわゆる自己組織化単分子膜(SAM)をもたらす自己組織化技術によって堆積させることもできる。
好適な表面変性剤は、基材と、少なくとも1種の更なる有機材料、特に半導体材料の両方と結合相互作用することができる。「結合相互作用」という用語は、化学結合(共有結合)、イオン結合、配位相互作用、ファンデルワールス相互作用、例えば双極子−双極子相互作用などの形成およびそれらの組み合わせを含む。好適な表面変性剤は、
− シラン、ホスホン酸、カルボン酸、ヒドロキサム酸、例えばアルキルトリクロロシラン、例えばn−オクタデシルトリクロロシラン、トリアルコキシシラン基を有する化合物、例えばアルキルトリアルコキシシラン、例えばn−オクタデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリエトキシシラン、n−オクタデシルトリ(n−プロピル)オキシシラン、n−オクタデシルトリ(イソプロピル)オキシシラン、トリアルコキシアミノアルキルシラン、例えばトリエトキシアミノプロピルシランおよびN−[(3−トリエトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、トリアルコキシアルキル−3−グリシジルエーテルシラン、例えばトリエトキシプロピル−3−グリシジルエーテルシラン、トリアルコキシアリルシラン、例えばアリルトリメトキシシラン、トリアルコキシ(イソシアナトアルキル)シラン、トリアルコキシシリル(メタ)アクリロイルオキシアルカンおよびトリアルコキシシリル(メタ)アクリルアミドアルカン、例えば1−トリエトキシシリル−3−アクリロイルオキシプロパン、
− アミン、ホスフィンおよび硫黄含有化合物、特にチオール
である。
表面変性剤は、好ましくはアルキルトリアルコキシシラン、特にn−オクタデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリエトキシシラン、ヘキサアルキルジシラザン、および特にヘキサメチルジシラザン(HMDS)、C8〜C30−アルキルチオール、特にヘキサデカンチオール、メルカプトカルボン酸およびメルカプトスルホン酸、特にメルカプト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸、メルカプトコハク酸、3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸ならびにそれらのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩、オクタデシルホスホン酸および12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,17,17,18,18−ペンタデカフルオロオクタデシルホスホン酸から選択される。
励起子ブロッキング特性を有する有機材料
励起子ブロッキング特性を有する好適な有機材料は、例えばバソクプロイン(BCP)または4,4’,4’’−トリス[3−メチルフェニル−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(m−MTDATA)である。
有機正孔伝導性材料
正孔伝導特性を有する層で使用するのに適した有機材料は、好ましくは、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT−PSS)、Ir−DPBIC(トリス−N,N’−ジフェニルベンゾイミダゾール−2−イリデンイリジウム(III))、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)、2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(スピロ−MeOTAD)など、およびそれらの混合物から選択される。
有機励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性材料
好適な有機励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性材料は、好ましくは、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(Bphen)、1,3−ビス[2−(2,2’−ビピリジン−6−イル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル]ベンゼン(BPY−OXD)などから選択される。
有機電子デバイス
本発明に記載される方法は、特に、有機電子デバイスにおける有機材料の層の製造のために使用できる。多くの種類の有機電子デバイスが存在する。全てに共通していることは、1つ以上の半導体材料が存在することである。有機電子デバイスは、例えばS. M. SzeによってPhysics of Organic electronic devices, 第2版, John Wiley and Sons, New York (1981)に記載されている。かかるデバイスは、トランジスタ(そのうち、p−n−p型、n−p−n型および薄膜トランジスタを含む多くの種類が存在する)、電界発光デバイス(例えば有機発光ダイオード(OLED))、光伝導体(例えば有機太陽電池)、整流器、電流制限器、サーミスタ、p−n接合、電界効果ダイオード、ショットキーダイオードなどを含む。それぞれの有機電子デバイスにおいて、前記半導体材料は、1種以上の金属または絶縁体と組み合わされてデバイスが形成される。有機電子デバイスは、原理的に、公知の方法、例えばPeter Van ZantによってMicrochip Fabrication, Fourth Edition, McGraw-Hill, New York (2000)において記載される方法によって製造または作製できる。
好ましい一実施形態においては、本発明による方法は、有機電界効果トランジスタ(OFET)、有機太陽電池、有機電界発光デバイス(以下、「EL」デバイスとも略記する)および有機ショットキーダイオードから選択される有機電子デバイスの製造のために使用される。
OFET
本発明の方法は、好ましくは、有機電界効果トランジスタの製造のために適している。それらのトランジスタは、例えば集積回路(IC)の製造のために使用してよく、そのためには慣用のn−チャネル型MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)が今日では使用されている。これらは、次いでCMOS様半導体ユニット、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、静的RAMおよび他のデジタル論理回路のためのものである。次いでOFETの層の少なくとも1つは、有機材料を基材上に、本発明の気相堆積法に従って堆積させることによって製造される。この気相堆積に加えて、以下の技術:印刷(オフセット印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、電子写真)、フォトリソグラフィー、ドロップキャスティングなどの少なくとも1つを使用できる。本発明の方法は、特に、ディスプレイ(特に大表面積のおよび/またはフレキシブルなディスプレイ)、RFIDタグ、スマートラベルおよびセンサの製造のために適している。
典型的な有機電界効果トランジスタは、少なくとも1つのゲート構造と、ソース電極と、ドレイン電極と、少なくとも1つの有機半導体材料とを有する基材を含む。本発明の方法は、また好ましくは、複数の有機電界効果トランジスタを有する基材および少なくとも1つのかかる基材を含む半導体ユニットを製造するために適している。
特定の一実施形態は、有機電界効果トランジスタのパターン(構造)を有する基材であって、それぞれのトランジスタは、
− 前記基材上に堆積された有機半導体と、
− 導電性チャネルの導電性を制御するためのゲート構造と、
− 前記チャネルの2つの端部の導電性のソースおよびドレイン電極と、
を含む前記基材である。
更に、前記有機電界効果トランジスタは、一般に誘電体を含む。
バッファー層として、任意の誘電性材料が、例えば無機材料、例えばLIF、AlOx、SiO2もしくは窒化ケイ素または有機材料、例えばポリイミドもしくはポリアクリレート、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)が適している。
OFETの好適な基材は、原則的に前記の基材である。好適な基材は、例えば金属(好ましくは周期律表の第8族、第9族、第10族もしくは第11族の金属、例えばAu、Ag、Cu)、酸化物材料(例えばガラス、セラミクス、SiO2、特に石英)、半導体(例えばドープトSi、ドープトGe)、金属合金(例えばAu、Ag、Cuなどを基礎とする合金)、半導体合金、ポリマー(例えばポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、例えばポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエーテルスルホン、ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリスチレンならびにそれらの混合物および複合材)、無機固体(例えば塩化アンモニウム)、紙ならびにそれらの組み合わせを含む。前記基材は、所望の用途に応じて、フレキシブルであっても、またはフレキシブルでなくてもよく、湾曲したまたは平坦な形態を有してよい。
半導体ユニットのための典型的な基材は、マトリクス(例えば石英またはポリマーマトリクス)および場合により誘電体最上層を含む。
誘電層は、少なくとも1種の有機または無機の誘電性材料を含んでよい。
好適な無機誘電性材料は、例えばストロンチウム酸塩、タンタル酸塩、チタン酸塩、ジルコン酸塩、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、セレン化亜鉛および硫化亜鉛、シロキシ/金属酸化物ハイブリッドである。更に、これらの合金、組み合わせ物および多層を、ゲート誘電体のために使用できる。好ましい無機誘電性材料は、SiO2である。
好適な有機誘電性材料は、上述のものである。
前記基材は、更に、電極、例えばOFETのゲート電極、ドレイン電極およびソース電極を有してよく、それらは、通常は、基材上に位置している(例えば誘電体上で非導電性層上に堆積または非導電性層中に埋設される)。前記基材は、更に、OFETの導電性ゲート電極を有してよく、それらは一般に誘電性最上層(すなわちゲート誘電体)の下に配置される。
ソース電極およびドレイン電極に適した材料は、原則的に、導電性材料である。これらは、金属、好ましくは、周期律表の第6族、第7族、第8族、第9族、第10族または第11族の金属、例えばPd、Au、Ag、Cu、Al、Ni、Crなどを含む。また、導電性ポリマー、例えばPEDOT:PSS(=ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン:ポリ(スチレンスルホネート))、ポリアニリン、表面変性された金などである。好ましい導電性材料は、10-3オーム×メートル未満の、好ましくは10-4オーム×メートル未満の、特に10-6または10-7オーム×メートル未満の比抵抗を有する。
特定の一実施形態においては、ドレイン電極およびソース電極は、有機半導体材料上に少なくとも部分的に存在する。前記基材は、半導体材料またはICにおいて慣用に使用される更なるコンポーネント、例えば絶縁体、抵抗、コンデンサ、導体トラックなどを含んでよいことを理解されたい。
前記電極は、慣用の方法によって、例えば蒸発またはスパッタリング、リソグラフィー法または別の構造化法、例えば印刷技術によって適用できる。
前記半導体材料は、好適な助剤(例えばポリマー、界面活性剤)で処理されてもよい。
好ましい一実施形態においては、少なくとも1種の半導体材料の堆積は、本発明による堆積法によって行われる。
選択的な一実施形態においては、少なくとも1種の半導体材料の堆積は、スピンコート法によって行われる。また、慣用の印刷法またはコーティング法(インクジェット印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、凹版印刷、ナノ印刷、スロットダイ)を使用することもできる。
得られた半導体層は、一般に、ソース/ドレイン電極と接触する半導体チャネルを形成するのに十分な厚さを有する。前記有機半導体材料は、好ましくは、基材上に、10〜1000nmの厚さで、より好ましくは15〜250nmの厚さで堆積される。特定の一実施形態においては、前記有機半導体材料は、少なくとも部分的に結晶形で堆積される。
好ましい一実施形態においては、前記有機電界効果トランジスタは、薄膜トランジスタ(TFT)である。慣用の構造においては、薄膜トランジスタは、基材またはバッファー層(該バッファー層は基材の一部である)上に堆積されたゲート電極、前記ゲート電極上および前記基材上に堆積されたゲート絶縁層、前記ゲート絶縁層上に堆積された半導体層、前記半導体層上に堆積されたオーム性接触層ならびに前記オーム性接触層上のソース電極およびドレイン電極を有する。
様々な半導体構造、例えばトップコンタクト、トップゲート、ボトムコンタクト、ボトムゲートあるいは縦型構造、例えばUS 2004/0046182において記載される、例えばVOFET(縦型有機電界効果トランジスタ)がまた、本発明の方法によって考えられる。
好ましい半導体構造は、以下のものである:
1.基材、誘電体、有機半導体、好ましくはゲート、誘電体、有機半導体、ソースおよびドレイン、これは「ボトムゲート・トップコンタクト型」としても知られる
2.基材、誘電体、有機半導体、好ましくは基材、ゲート、誘電体、ソースおよびドレイン、有機半導体、これは「ボトムゲート・ボトムコンタクト型」としても知られる
3.基材、有機半導体、誘電体、好ましくは基材、ソースおよびドレイン、有機半導体、誘電体、ゲート、これは「トップゲート・ボトムコンタクト型」としても知られる
4.基材、有機半導体、誘電体、好ましくは基材、有機半導体、ソースおよびドレイン、誘電体、ゲート、これは「トップゲート・トップコンタクト型」としても知られる。
層厚は、例えば、半導体において10nm〜5μm、誘電体において50nm〜10μmであり、電極は、例えば、20nm〜10μmであってよい。前記OFETを組み合わせて、リングオシレータまたはインバータなどの他のコンポーネントを形成することもできる。
本発明の更なる一態様は、n型および/またはp型半導体であってよい複数の半導体コンポーネントを含む電子コンポーネントを提供することである。かかるコンポーネントの例は、電界効果トランジスタ(FET)、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)、トンネルダイオード、コンバータ、発光コンポーネント、生物学的および化学的なデテクタもしくはセンサ、温度依存デテクタ、フォトデテクタ、例えば偏光感度を有するフォトデテクタ、ゲート、AND、NAND、NOT、OR、TORおよびNORゲート、レジスタ、スイッチ、タイマーユニット、静的記憶装置および動的記憶装置ならびに他の動的もしくは順次の、論理もしくは他のデジタルコンポーネント、例えばプログラム可能なスイッチである。
特定の半導体エレメントは、インバータである。デジタル論理において、インバータは、入力信号を反転するゲートである。そのインバータは、NOTゲートとも呼ばれる。現実のインバータスイッチは、入力電流の反対をなす出力電流を有する。典型的な値は、例えばTTLスイッチについて(0,+5V)である。デジタルインバータの性能は、電圧伝達曲線(VTC)、すなわち入力電流の出力電流に対するプロットを再現する。理想的には、それは段階的な関数であり、実測の曲線がかかる段階により近くなるほど、インバータはより良いものである。
有機太陽電池
本発明の方法は、好ましくは、有機太陽電池の製造のために適している。励起状態の拡散(励起子拡散)を特徴とする太陽電池が好ましい。この場合に、利用される半導体材料の一方または両方は、励起状態の拡散(励起子移動度)が特徴的である。励起状態の拡散を特徴とする少なくとも1種の半導体材料と、ポリマー鎖に沿って励起状態を伝導できるポリマーとの組み合わせも適している。本発明の範囲においては、かかる太陽電池は、励起子太陽電池と呼ばれる。太陽電池における太陽エネルギーの電気的エネルギーへの直接的な変換は、半導体材料の内部光作用、すなわち光子の吸収による電子−正孔ペアの生成ならびにp−n遷移またはショットキー接合での負電荷担体と正電荷担体の分離を基礎としている。励起子は、例えば光子が半導体中に侵入して電子を励起して価電子帯から伝導帯へと移るときに形成しうる。電流の発生のためには、しかしながら吸収された光子により生成された励起状態がp−n遷移に達して、正孔と電子が生成し、それらが次いでアノードとカソードに流れねばならない。こうして生成された光電圧は、外部回路において光電流をもたらすことがあり、前記回路を通じて太陽電池がその電力を出す。該半導体は、そのバンドギャップより大きいエネルギーを有するこれらの光子のみを吸収できる。その半導体のバンドギャップの大きさは、こうして電気的エネルギーに変換できる日光の割合を決定する。太陽電池は、通常は、太陽エネルギーを非常に効率的に利用するために、異なるバンドギャップを有する2種の吸収材料からなる。
有機太陽電池は、一般に、層構造を有し、かつ一般に少なくとも以下の層:アノード、光活性層およびカソードを含む。これらの層は、一般に、この目的に適した基材へと適用される。有機太陽電池の構造は、例えばUS 2005/0098726およびUS 2005/0224905に記載されている。
典型的な有機太陽電池は、少なくとも1つのカソードと少なくとも1つのアノードを有する基材および少なくとも1種の光活性材料を含む。前記有機太陽電池は、それぞれが均質な組成を有し、かつ平坦なドナー−アクセプターヘテロ接合を形成する2つの層を含んでよい少なくとも1つの光活性領域を含む。光活性領域は、混合層を含んでもよく、ドナー−アクセプターバルクヘテロ接合の形のドナー−アクセプターヘテロ接合を形成してよい。バルクヘテロ接合の形の光活性ドナー−アクセプター遷移を有する有機太陽電池は、本発明の好ましい一実施形態である。
有機太陽電池の好適な基材は、例えば酸化物材料、ポリマーおよびそれらの組み合わせである。好ましい酸化物材料は、ガラス、セラミック、SiO2、石英などから選択される。好ましいポリマーは、ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン(例えばポリエチレンおよびポリプロピレン)、ポリエステル、フルオロポリマー、ポリアミド、ポリウレタン、ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルならびにそれらの混合物および複合材から選択される。
好適な電極(カソード、アノード)は、原則的に、金属、半導体、金属合金、半導体合金、それらのナノワイヤおよびそれらの組み合わせである。好ましい金属は、周期律表の第2族、第8族、第9族、第10族、第11族または第13族の金属、例えばPt、Au、Ag、Cu、Al、In、MgもしくはCaである。好ましい半導体は、例えばドープトSi、ドープトGe、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素化スズ酸化物(FTO)、酸化ガリウムインジウムスズ(GITO)、酸化亜鉛インジウムスズ(ZITO)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT−PSS)などである。好ましい金属合金は、例えばPt、Au、Ag、Cuなどを基礎とする合金である。特定の一実施形態は、Mg/Ag合金である。
光に面する電極(通常構造でのアノード、逆構造でのカソード)に使用される材料は、好ましくは、入射光に少なくとも部分的に透過性のある材料である。これは、好ましくは、担体材料としてガラスおよび/または透明ポリマーを有する電極を含む。担体として適した透明ポリマーは、上述のポリマーであり、例えばポリエチレンテレフタレートである。電気的接触接続は、一般に、金属層および/または透明導電性酸化物(TCO)によって行われる。これらは、好ましくは、ITO、ドープトITO、FTO(フッ素ドープされたスズ酸化物)、AZO(アルミニウムドープされたスズ酸化物)、ZnO、TiO2、Ag、Au、Ptを含む。接触接続のためにはITOが特に好ましい。電気的接触接続のためには、導電性ポリマー、例えばポリ−3,4−アルキレンジオキシチオフェン、例えばポリ−3,4−エチレンオキシチオフェン ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT)を使用することもできる。
光に面する電極は、最低限の吸光しかもたらさないほど十分に薄いが、取り出された電荷担体の良好な電荷輸送を可能にするのに十分に厚いように構成される。電極層の厚さ(担体材料を含まない)は、好ましくは20〜200nmの範囲内である。
特定の一実施形態においては、光に面する方と反対側の電極(通常構造でのカソード、逆構造でのアノード)に使用される材料は、好ましくは、入射光を少なくとも部分的に反射する材料である。これは、金属皮膜、好ましくはAg、Au、Al、Ca、Mg、Inおよびそれらの混合物の皮膜を含む。好ましい混合物は、Mg/Alである。電極層の厚さは、好ましくは20〜300nmの範囲内である。
光活性領域は、前記定義の通りの少なくとも1種の有機半導体材料を含む少なくとも1つの層を含むか、または該層からなる。更に、前記光活性領域は、1つ以上の更なる層を有してよい。これらは、例えば、
− 電子伝導特性を有する層(電子輸送層、ETL)、
− いかなる放射の吸収も必要ない正孔伝導性材料を含む層(正孔輸送層、HTL)、
− 吸収を示してはならない励起子−および正孔ブロッキング層(例えばEBL)、および
− 増倍層
から選択される。
これらの層に適した材料は、以下に詳細に記載される。好適な励起子−および正孔ブロッキング層は、例えばUS 6,451,415に記載されている。励起子ブロッキング層に適した材料は、例えばバソクプロイン(BCP)、4,4’,4’’−トリス[3−メチルフェニル−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(m−MTDATA)である。
一般に、有機太陽電池は、少なくとも1つの光活性ドナー−アクセプターヘテロ接合を含む。有機材料の光学的励起により励起子が生成される。光電流が生ずるためには、電子−正孔ペアが、典型的には2つの異なるコンタクト材料の間でドナー−アクセプター界面で分離する必要がある。かかる界面で、ドナー材料は、アクセプター材料とヘテロ接合を形成する。電荷が分離されないと、それらは、入射光より低いエネルギーの光を発することにより放射的にか、または熱の発生により非放射的にかのいずれかによって「消光」としても知られるプロセスで再結合できる。両方のプロセスは望ましくない。
第一の一実施形態においては、前記ヘテロ接合は、平坦な構造を有する(2層有機光起電性セル、C. W. Tang, Appl. Phys. Lett., 48 (2), 183-185 (1986)またはN. Karl, A. Bauer, J. Holzaepfel, J. Marktanner, M. Moebus, F. Stoelzle, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 252, 243-258 (1994)を参照)。
第二の好ましい一実施形態においては、前記ヘテロ接合は、バルク(混合)ヘテロ接合として構成される。それは、相互侵入ドナー−アクセプターネットワークとも呼ばれる。バルクヘテロ接合を有する有機光起電性セルは、例えばC. J. Brabec、N. S. Sariciftci、J. C. HummelenによってAdv. Funct. Mater., 11 (1), 15 (2001)において、またはJ. Xue、B. P. Rand、S. UchidaおよびS. R. ForrestによってJ. Appl. Phys. 98, 124903 (2005)において記載されている。バルクヘテロ接合は、以下で詳細に議論される。
有機太陽電池は、MiM、pin、pn、MipまたはMin構造を有してよい(Mは金属、pはpドープ有機もしくは無機半導体、nはnドープ有機もしくは無機半導体、iは真性伝導性の有機層の系;例えばJ. Drechsel et al., Org. Electron., 5 (4), 175 (2004)またはMaennig et al., Appl. Phys. A 79, 1-14 (2004)を参照)。
有機太陽電池は、タンデムセルの形であってもよい。好適なタンデムセルは、例えばP. Peumans、A. Yakimov、S. R. ForrestによってJ. Appl. Phys., 93 (7), 3693-3723 (2003)(US 4,461,922、US 6,198,091およびUS 6,198,092も参照)において記載され、以下で詳細に記載される。好適なタンデムセルは、例えば2つまたは2つより多くのスタック型MiM、pin、MipもしくはMin構造から構築できる(DE 103 13 232.5およびJ. Drechsel et al., Thin Solid Films, 451452, 515-517 (2004)を参照)。
M、n、iおよびp層の層厚は、一般に10〜1000nmの範囲内であり、より好ましくは10〜400nmの範囲内である。有機太陽電池の少なくとも1つの層は、本発明の方法によって製造される。更なる層を、本発明の方法によって製造することもできる。もちろん、有機太陽電池の少なくとも1つの層は、当業者に公知の慣用の方法によって製造されることが可能である。これらは、高真空条件下での気相堆積、レーザアブレーションまたは溶液もしくは分散液プロセシング法、例えばスピンコート法、ナイフコート法、キャスティング法、吹き付け塗布、ディップコート法または印刷(例えばインクジェット印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、凹版印刷、ナノインプリンティング)を含む。特定の一実施形態においては、太陽電池全体は、本発明の方法によって製造される。
有機太陽電池の効率を向上させるために、励起子が拡散して次のドナー−アクセプター界面に到達する必要がある平均距離を短くすることが可能である。この目的のために、相互侵入ネットワークを形成し、内部ドナー−アクセプターヘテロ接合が可能であるドナー材料とアクセプター材料の混合層を使用することができる。このバルクヘテロ接合は、混合層の特別な形態であって、そこでは、発生された励起子は、隔離されたドメイン境界に達する前に非常に短い距離しか移動する必要がない。
好ましい一実施形態においては、バルクヘテロ接合の形の光活性ドナー−アクセプター遷移は、本発明による気相堆積法によって生成される。この目的のために、2つの相補的半導体材料を、同時昇華の様式で本発明による気相堆積に供することができる。堆積速度は、好ましくは0.01〜2000nm/sの範囲内である。前記堆積は、不活性ガス雰囲気中で、例えば窒素、ヘリウムまたはアルゴンのもとに行うことができる。前記堆積は、空気中で行うことができる。堆積の間の基材の温度は、−100〜300℃の範囲の、より好ましくは−50〜250℃の範囲内である。
有機太陽電池の他の層は、公知法によって製造できる。これらは、高真空条件下での蒸着、レーザアブレーションまたは溶液もしくは分散液プロセシング法、例えばスピンコート法、ナイフコート法、キャスティング法、吹き付け塗布、ディップコート法または印刷(例えばインクジェット印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、凹版印刷、ナノインプリンティング)を含む。特定の一実施形態においては、太陽電池全体は、本発明の方法によって製造される。
光活性層(均質層または混合層)は、その製造直後に、または太陽電池を構成する更なる層の製造後に熱処理に供することができる。かかる熱処理は、多くの場合に、光活性層の形状に更なる改善をもたらしうる。その温度は、好ましくは約60℃〜300℃の範囲内である。処理時間は、好ましくは1分〜3時間の範囲内である。熱処理に加えてまたは熱処理の代わりに、前記光活性層(混合層)は、その製造直後に、または太陽電池を構成する更なる層の製造後に溶媒含有ガスでの処理に供することができる。好適な一実施形態においては、空気中の飽和溶媒蒸気が大気温度で使用される。好適な溶媒は、トルエン、キシレン、クロロホルム、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、酢酸エチル、クロロベンゼン、ジクロロメタンおよびそれらの混合物である。処理時間は、好ましくは1分〜3時間の範囲内である。
好適な実施形態において、前記有機太陽電池は、平坦なヘテロ接合と通常の構造を有する個々のセルとして存在する。特定の一実施形態においては、前記セルは、以下の構造:
− 少なくとも部分的に透明な導電性層(最上電極、アノード)(111)、
− 正孔伝導性層(正孔輸送層、HTL)(112)、
− ドナー材料を含む層(113)、
− アクセプター材料を含む層(114)、
− 励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性層(115)、
− 第二の導電性層(背面電極、カソード)(116)
を有する。
本質的に透明な導電性層(111)(アノード)は、キャリヤー、例えばガラスもしくはポリマー(例えばポリエチレンテレフタレート)および前記の通りの導電性材料を含む。例は、ITO、ドープトITO、FTO、ZnO、AZOなどを含む。前記アノード材料は、例えば紫外光、オゾン、酸素プラズマ、Br2などによる表面処理に供されてよい。前記層(111)は、最大の吸光を可能にするのに十分に薄いが、良好な電荷輸送を保証するのに十分に厚いことが望ましい。前記透明な導電性層(111)の層厚は、好ましくは20〜200nmの範囲内である。
通常の構造を有する太陽電池は、場合により、正孔伝導性層(HTL)を有する。この層は、少なくとも1種の正孔伝導性材料(正孔輸送材料、HTM)を含む。層(112)は、本質的に均質な組成の個々の層であってよく、または2つまたは2つより多くのサブレイヤーを含んでよい。
正孔伝導特性を有する層(HTL)を形成するのに適した正孔伝導性材料(HTM)は、好ましくは、高いイオン化エネルギーを有する少なくとも1種の材料を含む。イオン化エネルギーは、好ましくは少なくとも5.0eV、より好ましくは少なくとも5.5eVである。前記材料は、有機材料または無機材料であってよい。正孔伝導特性を有する層で使用するのに適した有機材料は、好ましくは、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT−PSS)、Ir−DPBIC(トリス−N,N’−ジフェニルベンゾイミダゾール−2−イリデンイリジウム(III))、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)、2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(スピロ−MeOTAD)など、およびそれらの混合物から選択される。前記有機材料は、所望であれば、正孔伝導性材料のHOMOと同じ範囲内またはそれより低いLUMOを有するp型ドーパントでドープされてよい。好適なドーパントは、例えば2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)、WO3、MoO3などである。正孔伝導特性を有する層で使用するために適した無機材料は、好ましくはWO3、MoO3などから選択される。
存在する場合には、正孔伝導特性を有する層の厚さは、好ましくは5〜200nmの範囲内、より好ましくは10〜100nmの範囲内である。
層(113)は、少なくとも1種の有機半導体材料を含む。前記層の厚さは、光の最大量を吸収するのに十分であるが、電荷の効果的な散逸を可能にするのに十分に薄いことが望ましい。前記層(113)の厚さは、好ましくは5nm〜1μmの範囲内であり、より好ましくは5〜100nmの範囲内である。
層(114)は、層(113)の有機半導体材料と相補的な少なくとも1種の有機半導体材料を含む。このように、例えば層(113)が少なくとも1種のドナー材料を含むのであれば、層(114)は、少なくとも1種のアクセプター材料を含むか、その逆である。好適なドナー材料およびアクセプター材料は、上述の半導体材料から選択される。前記層の厚さは、光の最大量を吸収するのに十分であるが、電荷の効果的な散逸を可能にするのに十分に薄いことが望ましい。前記層(114)の厚さは、好ましくは5nm〜1μmの範囲内であり、より好ましくは5〜80nmの範囲内である。
通常の構造を有する太陽電池は、場合により、励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性層(115)(EBL/ETL)を含む。励起子ブロッキング層に適した材料は、一般に、層(113)および/または(114)の材料よりも大きいバンドギャップを有する。それらは、まず励起子の反射が可能であり、次に該層を通じた良好な電子輸送を可能にする。層(115)のための材料は、有機もしくは無機材料を含んでよい。好適な有機材料は、好ましくは、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(Bphen)、1,3−ビス[2−(2,2’−ビピリジン−6−イル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル]ベンゼン(BPY−OXD)などから選択される。前記有機材料は、所望であれば、電子伝導性材料のLUMOと同じ範囲内またはそれより低いHOMOを有するn型ドーパントでドープされてよい。好適なドーパントは、例えばCs2CO3、ピロニンB(PyB)、ローダミンB、コバルトセンなどである。電子伝導特性を有する層で使用するために適した無機材料は、好ましくはZnOなどから選択される。存在する場合には、層(115)の厚さは、好ましくは5〜500nmの範囲内、より好ましくは10〜100nmの範囲内である。
層(116)は、カソードであり、好ましくは低い仕事関数を有する少なくとも1種の化合物、より好ましくは、Ag、Al、Mg、Caなどの金属を含む。層(116)の厚さは、好ましくは、約10nm〜10μmの範囲内、例えば10nm〜60nmの範囲内である。
更なる好適な実施形態において、前記有機太陽電池は、平坦なヘテロ接合と逆構造を有する個々のセルとして存在する。
特定の一実施形態においては、前記セルは、以下の構造:
− 少なくとも部分的に透明な導電性層(カソード)(111)、
− 励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性層(112)、
− アクセプター材料を含む層(113)、
− ドナー材料を含む層(114)、
− 正孔伝導性層(正孔輸送層、HTL)(115)、
− 第二の導電性層(背面電極、アノード)(116)
を有する。
層(111)ないし(116)についての好適なおよび好ましい材料に関しては、通常の構造を有する太陽電池における相応の層に関する前記特記事項が参照される。
更なる好ましい実施形態において、前記有機太陽電池は、通常の構造を有する個々のセルとして存在し、かつバルクヘテロ接合を有する。特定の一実施形態においては、前記セルは、以下の構造:
− 少なくとも部分的に透明な導電性層(アノード)(121)、
− 正孔伝導性層(正孔輸送層、HTL)(122)、
− ドナー材料とアクセプター材料とを含み、それらがバルクヘテロ接合の形でドナー−アクセプターヘテロ接合を形成する混合層(123)、
− 電子伝導性層(124)、
− 励起子ブロッキングおよび/または電子伝導性層(125)、
− 第二の導電性層(背面電極、カソード)(126)
を有する。
前記層(123)は、少なくとも2つの相補的な有機半導体材料、すなわち少なくとも1種のドナー材料と少なくとも1種のアクセプター材料を含む。前記層(123)は、特にC60またはPCBM([6,6]−フェニル−C61−酪酸メチルエステル)をアクセプター材料として含む。前記のように、前記層(123)は、好ましくは、本発明による方法によって同時気化によって製造されうる。代替的な一実施形態においては、前記層(123)は、好ましくは慣用の溶媒を使用した溶液プロセシングによって製造できる。前記層(123)の厚さは、光の最大量を吸収するのに十分であるが、電荷の効果的な散逸を可能にするのに十分に薄いことが望ましい。前記層(123)の厚さは、好ましくは5nm〜1μmの範囲内であり、より好ましくは5〜200nm、特に5〜80nmの範囲内である。
層(121)に関して、層(111)に対する前記特記事項へと完全に参照がなされる。
層(122)に関して、層(112)に対する前記特記事項へと完全に参照がなされる。
バルクヘテロ接合を有する太陽電池は、電子伝導性層(124)(ETL)を含む。この層は、少なくとも1種の電子輸送材料(ETM)を含む。層(124)は、本質的に均質な組成の単独の層であってよく、または2つまたは2つより多くのサブレイヤーを含んでよい。電子伝導性層に適した材料は、一般に、低い仕事関数またはイオン化エネルギーを有する。該イオン化エネルギーは、好ましくは、3.5eV以下である。好適な有機材料は、好ましくは、上述のフラーレンおよびフラーレン誘導体、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(Bphen)、1,3−ビス[2−(2,2’−ビピリジン−6−イル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル]ベンゼン(BPY−OXD)などから選択される。層(24)で使用される有機材料は、所望であれば、電子伝導性材料のLUMOと同じ範囲内またはそれより低いHOMOを有するn型ドーパントでドープされてよい。好適なドーパントは、例えばCs2CO3、ピロニンB(PyB)、ローダミンB、コバルトセンなどである。前記層(123)の厚さは、存在するのであれば、好ましくは1nm〜1μmの範囲内であり、特に5〜60nmの範囲内である。
層(125)に関して、層(115)に対する前記特記事項へと完全に参照がなされる。
層(126)に関して、層(116)に対する前記特記事項へと完全に参照がなされる。
バルクヘテロ接合の形でドナー−アクセプターヘテロ接合を有する太陽電池は、前記の通りの本発明の気相堆積法によって製造できる。堆積速度、堆積の間および熱的後処理の間の基材温度に関しては、前記の特記事項が参照される。
更なる好ましい実施形態において、本発明による太陽電池は、逆構造を有する個々のセルとして存在し、かつバルクヘテロ接合を有する。
特に好ましい一実施形態においては、本発明による太陽電池は、タンデムセルである。
タンデムセルは、2つのまたは2つより多くの(例えば3、4、5つなどの)サブセルからなる。単独のサブセル、サブセルの幾つかまたは全てのサブセルは、光活性ドナー−アクセプターヘテロ接合を有してよい。それぞれのドナー−アクセプターヘテロ接合は、平坦なヘテロ接合の形で、またはバルクヘテロ接合の形であってよい。好ましくは、前記ドナー−アクセプターヘテロ接合の少なくとも1つは、バルクヘテロ接合の形である。
前記タンデムセルを構成するサブセルは、並列または直列で接続されていてよい。前記タンデムセルを構成するサブセルは、好ましくは直列で接続されている。好ましくは、個々のサブセルの間に追加の再結合層が存在する。個々のサブセルは、同じ極性を有する。すなわち一般的に、通常の構造を有するセルだけか、逆構造を有するセルだけのいずれかが、互いに組み合わされる。
前記タンデムセルは、好ましくは、透明な導電性層(層131)を含む。好適な材料は、個々のセルについて前記特定したものである。層(132)および(134)は、サブセルを構成する。「サブセル」とは、ここでは、カソードとアノードを有さない前記定義の通りのセルを指す。更に、個々のサブセルは、色素増感型太陽電池またはポリマー電池として構成されてもよい。
全ての場合において、入射光、例えば天然の太陽光のスペクトルの異なる領域を活用する材料の組み合わせが好ましい。前記の、例えば欧州特許出願WO2011158211に記載される少なくとも1種のペリレン化合物を基礎とするセルは、主に短波領域に吸収を示す。このように、これらのサブセルの組み合わせから構成されるタンデムセルは、約400nmから900nmまでの範囲の放射を吸収することが望ましい。サブセルの好適な組み合わせは、このように、利用されるスペクトル範囲を拡張することができることが望ましい。最適な性能特性のためには、光学的干渉が考慮されるべきである。例えば、比較的短波長に吸収を示すサブセルは、より長波を吸収するサブセルよりも金属トップコンタクトの近くに配置することが望ましい。
層(131)に関して、層(111)および(121)に対する前記特記事項へと完全に参照がなされる。
層(132)および(134)に関して、平坦なヘテロ接合については層(112)ないし(115)に対する前記特記事項へと、バルクヘテロ接合については層(122)ないし(125)に対する前記特記事項へと完全に参照がなされる。
層(133)は、再結合層である。再結合層は、一つのサブセルからの電荷担体を、隣接のサブセルの電荷担体と再結合させることを可能にする。小さい金属クラスター、例えばAg、Auまたは高度にn型ドープされた層とp型ドープされた層の組み合わせが好適である。金属クラスターの場合に、その層厚は、好ましくは0.5〜5nmの範囲内である。高度にn型ドープされた層とp型ドープされた層の場合に、その層厚は、好ましくは5〜40nmの範囲内である。再結合層は、一般に、1つのサブセルの電子伝導性層を、隣接のサブセルの正孔伝導性層へと接続する。このようにして、更なるセルが組み合わされて、タンデムセルが形成できる。
層(136)は、最上部電極である。該材料は、サブセルの極性に依存している。通常の構造を有するサブセルに関しては、低い仕事関数を有する金属、例えばAg、Al、Mg、Caなどを使用することが好ましい。逆構造を有するサブセルに関しては、高い仕事関数を有する金属、例えばAuもしくはPtまたはPEDOT−PSSを使用することが好ましい。
直列で接続されたサブセルの場合には、全体の電圧は、全てのサブセルの個々の電圧の和に相当する。その反対に、全体の電流は、一つのサブセルの最低電流によって制限される。この理由のため、それぞれのサブセルの厚さは、全てのサブセルが本質的に同じ電流を有するように最適化されるべきである。
異なる種類のドナー−アクセプターヘテロ接合の例は、平坦なヘテロ接合を有するドナー−アクセプター二重層であり、または前記ヘテロ接合は、ハイブリッド型の平坦−混合型のヘテロ接合または勾配型バルクヘテロ接合またはアニールされたバルクヘテロ接合として構成されている。
ハイブリッド型の平坦−混合型のヘテロ接合の製造は、Adv. Mater. 17, 66-70 (2005)に記載されている。この構造において、アクセプター材料とドナー材料を同時に気化させることによって形成された混合型のヘテロ接合層は、均質なドナー材料とアクセプター材料の間に存在する。
本発明の特定の一実施形態においては、前記ドナー−アクセプターヘテロ接合は、勾配型バルクヘテロ接合の形である。ドナー材料とアクセプター材料から構成される混合層中で、ドナー−アクセプター比は、勾配的に変化する。勾配の形態は、段階的または線形であってよい。段階的勾配の場合には、層(01)は、例えば100%のドナー材料からなり、層(02)は、ドナー/アクセプター比>1を有し、層(03)は、ドナー/アクセプター比=1を有し、層(04)は、ドナー/アクセプター比<1を有し、かつ層(05)は、100%のアクセプター材料からなる。線形勾配の場合には、層(01)は、例えば100%のドナー材料からなり、層(02)は、ドナー/アクセプターの低下する比を有し、すなわちドナー材料の割合は、層(03)の方向で線形に低下し、かつ層(03)は、100%のアクセプター材料からなる。種々のドナー−アクセプター比は、それぞれの材料およびすべての材料の堆積速度によって制御できる。かかる構造は、電荷について浸透経路を増長しうる。
本発明の更なる特定の一実施形態においては、ドナー−アクセプターヘテロ接合は、アニールされたバルクヘテロ接合として構成される(例えばNature 425, 158-162, 2003を参照のこと)。かかる太陽電池を製造する方法は、金属の堆積の前または後にアニール工程を含む。アニールの結果として、ドナー材料とアクセプター材料が分離しうることで、より拡張された浸透経路がもたらされる。
有機電界発光デバイス
本発明の方法は、好ましくは、電界発光デバイスの製造のために適している。典型的な有機電界発光デバイスは、上部電極、下部電極を含み、前記電極の少なくとも1つは透明であり、そして電界発光層と、任意に補助層を含み、その際、前記電界発光装置は、前記定義の通りの式Iの少なくとも1種の化合物を含む。ELデバイスは、電圧が電流とともにかけられると、光を発するということを特徴とする。かかる装置は、産業および技術において長年にわたり発光ダイオード(LED)として知られている。正電荷(正孔)と負電荷(電子)が光の放出を伴って結合することで光が放出される。本願の範囲において、電界発光装置および有機発光ダイオード(OLED)という用語は同義で使用される。結果として、ELデバイスは、幾つかの層から構築される。これらの層の少なくとも1つは、1つ以上の有機電荷輸送化合物を含有する。前記層構造は、原則的に以下の通りである:
1.キャリヤー、基材、
2.ベース電極(アノード)、
3.正孔注入層、
4.正孔輸送層、
5.発光層、
6.電子輸送層、
7.電子注入層、
8.最上部電極(カソード)、
9.接点、
10.カバー、封止。
この構造は、最も一般的な事例を表しており、1つの層が幾つかの働きをするように個々の層を省略することによって単純化することができる。最も単純な場合には、EL装置は、2つの電極からなり、その間に、有機層が配置されており、それが発光を含む全ての機能を満たす。有機発光ダイオードの構造およびその製造方法は、原則的に当業者に公知であり、例えばWO 2005/019373から公知である。OLEDの個々の層に適した材料は、例えばWO 00/70655に開示されている。ここで前記文献の開示が参照される。原則的に、本発明によるOLEDは、当業者に公知の方法によって製造できる。好ましい一実施形態においては、OLEDは、個々の層を、好適な基材上に連続的に気相堆積させることによって製造され、その際、少なくとも1つの堆積は、本発明の方法に従って行われる。代替的な一実施形態においては、有機層の少なくとも1つは、好適な溶媒中での溶液または分散液からコーティングすることができ、そのために当業者に公知のコーティング技術が使用される。
基材(1)としては、透明なキャリヤー、例えばガラスまたはプラスチック皮膜(例えばポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリイミドフォイル)が適している。透明な導電性材料としては、a)金属酸化物、例えば酸化インジウムスズ(ITO)、スズ酸化物(NESA)などが適しており、b)半透明な金属皮膜、例えばAu、Pt、Ag、Cuなどが適している。
有機半導体材料は、好ましくは、電荷輸送材料(電子伝導体)としてはたらく。このように、少なくとも1種の有機半導体材料は、好ましくは、正孔注入層、正孔輸送層において、または透明電極の一部として使用される。
本発明によるEL用途においては、低分子量またはオリゴマーのならびにポリマーの材料が、発光層(5)として使用できる。該物質は、それらが光輝性であることを特徴とする。従って、好適な物質は、例えば蛍光色素およびオリゴマーを形成するかまたはポリマーに導入される蛍光生成物である。かかる材料の例は、クマリン、ペリレン、アントラセン、フェナントレン、スチルベン、ジスチリル、メチンまたは金属錯体、例えばAlq3(トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム)などである。好適なポリマーは、場合により置換されたフェニレン、フェニレンビニレンまたはポリマーであってポリマー側鎖もしくはポリマー骨格中に蛍光セグメントを有するものを含む。詳細なリストは、EP-A-532 798に示されている。好ましくは、輝度を高めるためには、電子注入層または正孔注入層(3および/または7)を、該EL装置に導入してよい。電荷(正孔および/または電子)を輸送する多数の有機化合物が文献に記載されている。主に低分子量の物質が使用され、それらは、例えば高真空中で真空気化される。前記物質クラスおよびその使用の総括的概説は、例えば以下の文献:EP-A 387 715、US 4,539,507、US 4,720,432およびUS 4,769,292に示されている。好ましい材料は、PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))であり、該材料は、OLEDの透明電極においても使用できる。
本発明の方法は、高効率のOLEDを得ることを可能にする。前記OLEDは、電界発光が有用なあらゆる装置で使用できる。好適なデバイスは、好ましくは固定型および移動型の視覚的ディスプレイユニットから選択される。固定型の視覚的ディスプレイユニットは、例えばコンピュータ、テレビの視覚的ディスプレイユニット、プリンタ、台所機器における視覚的ディスプレイユニットならびに宣伝パネル、照明パネルおよび情報パネルである。移動型の視覚的ディスプレイユニットは、例えば携帯電話、ラップトップ、デジタルカメラ、乗り物ならびにバスおよび電車での行き先表示における視覚的ディスプレイユニットである。本発明の方法は、逆構造を有するOLEDの製造のために使用することもできる。逆OLEDの構造およびそこで一般的に使用される材料は、当業者に公知である。
有機ショットキーダイオード
有機ショットキーダイオードは、低い順電圧降下と、非常に早いスイッチング作用を特徴とする半導体ダイオードである。典型的な用途は、鉛酸蓄電池に接続された太陽電池のための、およびスイッチモード電源における放電保護を含み、両者の場合に、その低い順電圧は、高められた効率をもたらす。典型的な有機ショットキーダイオードは、以下の層:
− 基材、
− オーム性接触、
− ドープされたバッファー層、
− 有機半導体層、
− ショットキーコンタクト
を含む。
図1は、本発明の方法によりシリコン/二酸化ケイ素基材上に堆積された化合物(A)の有機半導体層を有する有機電界効果トランジスタ(OFET)の概略図を示す。 図2は、本発明の方法を実施するためのデバイスの概略図を示す。 図3は、本発明により製造された化合物(B)を基礎とするOFETの出力特性を示すグラフである。 図4は、図3のOFETの伝達特性を示すグラフである。 図5は、化合物(B)を基礎とする180のOFETのアレイの伝達特性を示すグラフである。 図6は、化合物(B)を基礎とするOFETのアレイの移動度分布を示すグラフである。 図7は、有機層を未変性の基材上に堆積した場合のOFETの伝達特性を示すグラフである。 図8は、有機層をオクタデシルトリクロロシラン(OTS)で変性した基材上に堆積した場合のOFETの伝達特性を示すグラフである。 図9は、OTSの影響を示すために図7と図8とを重ね合わせたものである。 図10は、本発明による化合物(C)から製造されたOFETの出力特性を示すグラフである。 図11は、図10のOFETの伝達特性を示すグラフである。
実施例
例1
有機電界効果トランジスタ(OFET)の製造と光学的特性決定
有機電界効果トランジスタ(OFET)は、先行技術である無機半導体技術のある特定のコンポーネントが有機材料によって置き換わった有機電子デバイスの典型的な例である。OFETの場合に、慣例の電界効果トランジスタのチャネルは、有機半導体薄膜から構成されている。有機半導体層の厚さは、一般に1マイクロメートル未満である。OFETは、様々なデバイス形状で作製されている。
製造
典型的な一例は、図1に示される。そこでは、OFET(10)は、シリコンウェハ(11)を有し、そこにはゲート電極(12)が設けられており、該ゲート電極は、慣例の高真空物理気相堆積技術によりバルクシリコン(11)の表面に堆積されている。引き続き、熱酸化されたシリコンの絶縁性誘電層(13)が成長される。その場合に、誘電層(13)は100nmの厚さを有し、かつ3.9の相対誘電率εrを有する。
予め作製されたゲート構造(12)と誘電層(13)を有するシリコンウェハ(11)は、基材を表し、その基材上に、半導体有機材料の薄層(15)が、本発明の方法を使用して、図2と関連して以下により詳細に記載されるようにして堆積される。
有機半導体層(15)の堆積の後に、ドレインコンタクトおよびソースコンタクト(16,17)を厚さ50nmを有する金層としてシャドウマスクを通じて慣例のPVD技術を使用し、例えば約5×10-5ミリバールの真空圧力で0.8Å/sの堆積速度で動作するBiorad Polaron sputter-coaterを用いて堆積される。
OFET(10)の有機半導体層は、図2に示される簡単な実験設定を使用して製造される。
堆積チャンバ(18)は、大気圧で大気空気の雰囲気(19)で満たされる。以下の構造(A)
Figure 2015523463
を有する固体有機半導体材料(20)の少量(数ミリグラム)を、支持体として作用するシリコンウェハ(21)上に分配し、次いでそれを電力式ホットプレート(22)(Stuart SD 160)上に置き、280℃の温度にまで加熱する。該有機材料(20)が溶融したら、該材料は霧状のものが上昇することによって確かめられるように直ちに気化し始める。それは、図2の矢印(23)によって図示されている。前記のシリコン/二酸化ケイ素基材(14)は、有機材料(20)の溶融温度に近い温度であるが、いかなる場合にもホットプレート(22)と支持しているシリコンウェハ(21)の温度未満で、すなわち280℃未満で加熱し、次いで上昇する霧状のもの(23)と接触させて、気化した有機材料を基材(14)の表面上に堆積させて、熱酸化されたが、それにもかかわらず未処理の基材(14)の表面上に多結晶層(15)を形成させる。
種々の結晶構造および結晶サイズの層を、堆積条件を変更することによって、例えば露出時間、供給源(20)と基材(14)との間の温度差および距離を変更することによって堆積させることができる。気相堆積された層(15)の厚さに応じて、該層の種々の色が観察できる。
光学的特性決定
本発明の方法を使用して前記材料(A)を用いて製造された有機層(15)の偏光顕微鏡法によって撮影された写真において、該有機層は、材料の厚さに応じて異なる色を示す。偏光顕微鏡のもとに観察される種々の形状は、一般的に、前記層の種々の電気的特性と相関している。より大きい結晶はより少ない結晶粒界と関連し、特に電荷担体移動度μに限っていえば、こうして改善された電気的特性がもたらされるということが観察された。
例2
別のOFETデバイスの製造と電気的特性決定
OFETを、例1に従うが、以下の構造(B):
Figure 2015523463
を有する種々の有機半導体材料を使用して製造し、光学的に特性決定した。
例2に従って製造されたOFETは、200μmのチャネル幅(W)および100μmのチャネル長(L)を有していた。前記OFETは、Agilent 4145C Semiconductor Parameter Analyzerを使用して電気的に特性決定した。
測定結果を、図3および4にそれぞれ示す。
図3は、UGS=15、30、45および60Vで、2VのステップにおいてUDS=0Vないし+60Vを有する出力特性を示す。
図4は、UDS=40Vで、2VのステップにおいてUGS=−20Vないし+60Vを有する伝達特性を示す。
移動度μは、飽和領域において計算された伝達特性曲線のルート表現(図4の参照番号24)から計算される。傾きmは、破線25から決定される。その破線25は、電流特性IDSのルート表現24の領域に適合され、前記のルート表現の線形の傾きに対する良好な相関が得られる(その領域の左の境界は、垂直の破線26によって示され、右の境界は垂直の破線27によって示される)。
閾値電圧UThは、図4における破線25とX軸部(UGS)との交点から取ることができる。
前記OFETの電気的特性を計算するために、以下の等式:
Figure 2015523463
[式中、ε0は、8.85×10-12As/Vmの真空誘電率である]を使用する。
例3
OFETアレイの電気的特性決定
化合物(B)の有機層を、180のOFETのアレイを含むウェハ基板上に本発明の方法を使用して堆積させる。この例においては、該基材は、加熱された供給源の上の短い距離で上昇する蒸気流中に置くのみならず、ドクターブレードドローイング台(drawing table)を用いてその蒸気中を一定速度で動かす。この方法は、基材の大きい表面積にわたり非常に一様かつ均質なコーティング(一様な厚さを有する有機半導体層での基材の完全な被覆)を生成可能である。本例において、180のOFTをコーティングして個々に接続させることで、それらの電気的特性を測定した。
その測定は、ほぼ同じ伝達特性を有するトランジスタの非常に良好な均一性を明らかにしている。図5は、OFETのアレイの伝達特性を示すグラフである。それぞれのOFETについてほぼ同じ伝達特性が得られる。図5に見られるように、2つのOFETだけが異なる特性を示している。この差は、この取り上げられた基材上で最初に測定される一方で、誘電体中の溜めが最初の測定の間に満たされたことに起因している。オクタデシルトリクロロシラン(OTS)のSAMによる表面処理は、この問題を解決する。
図6は、OFETのアレイの移動度分布を示すグラフである。その規模での移動度の変動は多くの用途について許容できるので、この例でここで観察された変動は極めて低い。実際のところ、全てのトランジスタの91%は、0.3〜0.6cm2/Vsの範囲にある。最良のトランジスタは、0.9cm2/Vsの移動度を示し、最低の効率のトランジスタでさえも、0.27cm2/Vsの顕著な移動度を示した。
例4
基材表面変性の、OFETの電気的特性に対する影響
基材表面を官能化することによって、閾値電圧UThなどの電気的特性を調節できることが判明した。
例えば、当該技術分野で知られるように、二酸化ケイ素表面は、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)で官能化できる。OTSで官能化された基材(14)上への有機半導体層の堆積は、閾値電圧を0Vへとずらすことが判明した。
図7は、種々のUDS値において、有機層を未変性の基材上に堆積した場合のOFETの伝達特性を示すグラフである。図8は、種々のUDS値において、有機層をオクタデシルトリクロロシラン(OTS)で変性した基材上に堆積した場合のOFETの伝達特性を示すグラフである。図9は、図7と図8とを重ね合わせたものであり、有機半導体材料の堆積の前の表面変性の効果を明らかに示している。
これらの測定から、閾値電圧Uthについて以下の統計が得られる。
Figure 2015523463
例5
別のOFETデバイスの製造と電気的特性決定
OFETを、例1に従うが、以下の構造(C):
Figure 2015523463
を有する種々の有機半導体材料を使用して製造し、光学的に特性決定した。
例5に従って製造されたOFETは、200μmのチャネル幅(W)および100μmのチャネル長(L)を有していた。前記OFETは、Agilent 4145C Semiconductor Parameter Analyzerを使用して電気的に特性決定した。
測定結果を、図10および11にそれぞれ示す。
図10は、UGS=0、45および60Vで、2VのステップにおいてUDS=0Vないし+60Vを有する出力特性を示す。
図11は、UDS=40Vで、2VのステップにおいてUGS=−20Vないし+60Vを有する伝達特性を示す。
例6
多結晶有機半導体層のXRD特性決定
以下のサンプルは、構造(B):
Figure 2015523463
を有する有機半導体材料を使用して製造した。
1)スピンコート(比較):THF中の化合物(B)の0.5質量%溶液を、シリコン/二酸化ケイ素基材にスピンコート法によって適用した。得られた層は、50nmの厚さを有していた。
2)真空堆積(比較):50nmの化合物(B)の層を、シリコン/二酸化ケイ素基材に真空堆積(約10-6ミリバール)によって基材温度70℃で堆積させた。
3)大気圧での堆積:50nmの化合物(B)の層を、シリコン/二酸化ケイ素基材に、320℃の供給源温度および190℃の基材温度での堆積によって堆積させた。供給源と基材との間の間隔は、1〜2mmであった。前記基材は、15.8mm/sの速度で有機材料の蒸気中で動かす。
サンプル1)は、XRDおよび偏光顕微鏡において最低のクリスタリットサイズ(18nm)を示し、最悪の電気的特性を示した。本発明による方法によって製造されたサンプル3)は、XRDにおいても偏光顕微鏡においても最大のクリスタリット(62nm)を示した。
XRD測定:
回折計D 8 Advance Series 2(Bruker/AXS社)を使用したX線粉末回折(XRPD)
Figure 2015523463
クリスタリットの平均サイズを、8°、12°および17°の2シータでのピークから決定した。
単線フィット(single line fit)を用いた相対誤差は、約±20%である。
クリスタリットサイズ測定
クリスタリットサイズは、X線回折を使用して回折ピーク幅のフィッティングにより測定される。使用されるソフトウェアは、TOPAS 4.2である。機器による拡がりは、ピークフィッティングの間に考慮され、機器による拡がりとサンプルの拡がりの分離がもたらされる。サンプルの寄与率は、Lvol-FWHM法を使用して単一プロフィールフォークト関数を用いて測定する。データは、2°〜30°(2θ)のBragg-Brentanoジオメトリにおいて0.02°(2θ)のステップサイズを使用して収集する。
参考文献:
TOPAS 4.2 Users Manual, Bruker AXS GmbH, Oestliche Rheinbrueckenstr. 49, 76187 Karlsruhe, Germany
例7
化合物(A)の有機半導体層の長時間安定性
Figure 2015523463
例1のOFETおよび同じ基材を用いて堆積の間の圧力以外は同じ条件を用いて化合物(A)の真空堆積(約10-6ミリバール)によって製造された比較OFETを、大気条件下で長期貯蔵試験に供する。結果を以下の第1表に示す。
第1表:
Figure 2015523463
本発明の範囲においては、規格化されたとは、0ヶ月目の移動度値で割ったものを意味する。
理解されるように、本発明の方法を使用して大気圧で製造したOFETは、顕著な改善された貯蔵安定性を示す。真空条件下で製造されたOFETの移動度は、2ヶ月後に当初の値のたった22%にまでの低減を示し、8ヶ月後に約8%にまでの低減を示し、その一方で、本発明により製造されたOFETは、20ヶ月後に当初の値の32%の移動度を依然として示している。
例8
有機発光ダイオード(OFET)の正孔輸送層の製造
アノードとして使用されるITO基板を、まずアセトン/イソプロパノール混合物で超音波浴中で清浄化する。あらゆる考えられる有機残分を排除するために、前記基板を更に25分にわたりオゾン炉中で連続的なオゾン流に晒す。この処理もまた、ITOの正孔注入特性を向上させる。次いでPlexcore(登録商標)OC AJ20-1000(Plextronics Inc.から市販されている)をスピンコートし、乾燥させることで、40nm厚の正孔注入層を形成する。
その後に、正孔輸送層を、本発明の方法を使用して堆積させる。堆積チャンバを、大気圧で大気空気の雰囲気で満たす。少量の有機半導体材料N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ジフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)を、タングステン坩堝内に分配し、それを電力式ホットプレート(供給源ホットプレート)上で加熱し、350℃の温度にまで加熱する。この温度で、該材料は、前記坩堝上に上がる霧状のものによって確かめられるように気化する。
ITO基材を第二のホットプレート(基材ホットプレート)上に置き、100℃の温度にまで加熱する。前記基材を、供給源ホットプレート上の短い距離(1〜2mm)に置く。前記坩堝を支持している供給源ホットプレートを、基材ホットプレートおよびITO基材に対して、1mm/秒の一定速度で動かす。ITO基材の下で交差させつつ、該ITO基材を蒸気に晒し、そのITO基材上にα−NPDの均質層を堆積させる。堆積された層の厚さを増加させて、前記基材の完全な被覆を保証するために、供給源ホットプレートの移動と、従ってITO基材を蒸気に晒すことを一回繰り返した。
引き続き、前記基材を、高真空堆積チャンバに移し、以下に特定される有機材料を、高真空(p=10-7〜10-9ミリバール)での気相堆積によって、約0.5〜5nm/分の速度で基材へと適用する。
発光体化合物(D)10質量%とα−NPD
Figure 2015523463
90質量%の混合物を、気相堆積によって20nmの厚さで適用する。引き続き、BAlq(E)
Figure 2015523463
を気相堆積によって5nmの厚さでブロッカーとして適用する。2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)のCs2CO3でドープされたものの追加層を、電子輸送層として気相堆積によって50nmの厚さで適用し、最後に100nm厚のAl電極によりデバイスを完成させる。
比較のために、正孔輸送層を有さないOLEDを製造した。本発明の方法を使用した正孔輸送層の堆積とは異なり、比較のためのOLEDの製造は同一であった。従って、比較のためのOLEDの構造は、以下の通りであった:ITOアノード、スピンコートされたPlexcore(登録商標)OC AJ20-1000の層、10%の発光体化合物と90%のα−NPDの混合物20nm厚、BAlqの5nm厚の層、Cs2CO3でドープされたBCPの50nm厚の層、そして最後に100nm厚のAl電極。スピンコートされた正孔注入層以外の全ての有機層は、高真空(p=10-7〜10-9ミリバール)で堆積させた。全ての作製された部分をガラス蓋およびゲッターで不活性窒素雰囲気中で封止する。
OLEDを特徴付けるために、電界発光スペクトルを、様々な電流と電圧で記録する。更に、電流−電圧特性を、発された光出力と組み合わせて測定する。光出力は、光度計でのキャリブレーションにより測光パラメータに変換できる。寿命を調べるために、該OLEDを一定の電流密度で駆動させ、光出力の減少を記録する。前記の寿命は、輝度が初期輝度の半分にまで減少するまでに経過した時間として定義される。性能を第2表に示す。
第2表
Figure 2015523463
本発明の方法によるα−NPDの正孔輸送層の堆積は、EQEを300nitで1%だけ高め、かつHTLを有さないOLEDと比較して、300nitおよび1000nitの輝度を生ずるために必要な電圧を下げた。8000nitでの寿命は、170時間から215時間へと増えた。
例9
有機自己組織化単分子層(SAM)の作製
本発明の方法を使用して、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)の自己組織化単分子層を、二酸化ケイ素上に堆積させ、それを水接触角測定によって特性決定した。
製造:
堆積チャンバを、大気圧で大気空気の雰囲気で満たす。熱的成長された二酸化ケイ素の300nm厚層を有するシリコンウェハを基材として使用する。前記基材をエタノールですすぎ、窒素ガスを吹き付けてから、それを前記基材ホットプレート上に取り付ける。少量の市販のオクタデシルトリクロロシラン(OTS)(構造:CH3(CH216CH2SiCl3)粉末をタングステン坩堝中に分配し、供給源ホットプレート上に置き、170℃の温度にまで加熱する。この温度で、該材料は、前記坩堝上に上がる霧状のものによって確かめられるように気化する。前記基材ホットプレート上のシリコン基材を、100℃に加熱する。例5に従って、前記基材を、供給源ホットプレート上の短い距離(1〜2mm)に置く。前記坩堝を支持している供給源ホットプレートを、基材ホットプレートおよびシリコン基材に対して、2mm/秒の一定速度で動かす。シリコン基材の下で交差させつつ、該シリコン基材を蒸気に晒し、そのシリコン基材上に該材料を堆積させる。堆積の後に、前記基材をホットプレートから取り外し、アセトンですすいで過剰の有機材料を除去する。
特性決定:
OTSは、二酸化ケイ素の表面上で疎水性のSAMを形成することが知られている。本発明による方法を使用して疎水性の自己組織化単分子層が形成されたことを確認するために、堆積前後のシリコン/二酸化ケイ素ウェハの表面上での水滴(容量5μl)の接触角が測定される。本発明の方法を使用してOTSを堆積させた後に、水接触角は、未処理のシリコン/二酸化ケイ素基材についての55°から40°だけ高まって、OTS処理されたシリコン/二酸化ケイ素基材について95°となる。これにより、二酸化ケイ素上での疎水性のSAMの形成が確認される。

Claims (30)

  1. 有機材料の少なくとも一層を基材上に堆積させる方法であって、
    (a)固体有機材料の供給源を50〜200kPaの圧力の雰囲気に準備し、
    (b)前記有機材料を第一の温度に加熱して、前記有機材料の蒸気を生成し、
    (c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から有機材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
    ことによって行う前記方法。
  2. 有機材料の少なくとも一層を基材上に、請求項1に定義されるステップ(a)、(b)および(c)によって堆積させることを含む、電子デバイスの製造方法。
  3. 有機電子デバイスの製造のための、請求項2に記載の方法。
  4. 請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法であって、前記有機材料の層は、
    − 有機半導体層、
    − 誘電層もしくは絶縁層、
    − 少なくとも1種の表面変性剤を含む層、
    − 電子伝導特性を有する層、
    − 正孔伝導性材料を含む層、
    − 励起子伝導性および/または電子伝導性層、
    − 増倍層、
    − 正孔注入層、
    − 正孔輸送層、
    − 発光層、
    − 電子輸送層、
    − 電子注入層、
    − カプセル化層
    − 吸光層、
    − センサ層、
    − 感光層、
    − バリア層、および
    − 自己組織化単分子層
    からなる群から選択される前記方法。
  5. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法であって、有機材料の少なくとも一層が、有機電界効果トランジスタまたは有機太陽電池または有機発光ダイオードにおける有機半導体層である前記方法。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法であって、前記圧力が80〜120kPaの範囲である前記方法。
  7. 請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法であって、前記圧力が、大気圧である前記方法。
  8. 請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法であって、第一の温度および第二の温度は、両者とも20℃より高く、好ましくは25℃より高く、特に30℃より高い前記方法。
  9. 請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法であって、第一の温度は、20〜350℃の範囲、好ましくは25〜210℃の範囲である前記方法。
  10. 請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法であって、第二の温度は、20〜340℃の範囲、好ましくは20〜200℃の範囲である前記方法。
  11. 請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法であって、第一の温度と第二の温度との間の差は、10〜330℃の範囲、好ましくは10〜100℃の範囲である前記方法。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法であって、前記有機材料が気化する雰囲気は、本質的に、該有機材料に対して不活性なガスまたはガス混合物からなる前記方法。
  13. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法であって、前記有機材料が気化する雰囲気は、空気を含むか、または空気からなる前記方法。
  14. 請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法であって、前記基材を、前記蒸気中で動かす前記方法。
  15. 請求項14に記載の方法であって、前記基材を、蒸気中の異なる濃度の有機材料を有する領域中で動かす前記方法。
  16. 請求項14または15に記載の方法であって、前記基材を、前記蒸気中で繰り返し動かす前記方法。
  17. 請求項1から16までのいずれか1項に記載の方法であって、前記基材を、前記固体有機材料の前記供給源の上方に配置する前記方法。
  18. 請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法であって、前記供給源と前記基材との間の距離は、0.1〜20mmの範囲であり、好ましくは0.5〜3mmの範囲である前記方法。
  19. 請求項1から18までのいずれか1項に記載の方法であって、前記基材が、無機ガラス、石英、セラミックフォイルもしくはプレート、ドープされていない、もしくはドープされた無機半導体、ポリマー材料、充填されたポリマー材料、ならびにコーティングされた、もしくはコーティングされていない金属フォイルもしくはプレートからなる群から選択される前記方法。
  20. 請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法であって、前記基材上での有機材料の少なくとも一層の堆積速度は、1〜200nm/分の範囲であり、好ましくは1〜600nm/分の範囲である前記方法。
  21. 請求項1から20までのいずれか1項に記載の方法であって、前記有機材料は、
    − リレンジイミドおよびナフタレンジイミド、
    − テトラアザペロピレン、
    − ジケトピロロピロール、
    − フラーレンおよびフラーレン誘導体、
    − チオフェン化合物、
    − 少なくとも1つの縮合チオフェン単位を有する芳香族化合物、
    − アセン、
    − スピロ化合物、
    − 金属錯体、
    − 有機ケイ素化合物および有機リン化合物、好ましくは自己組織化単分子層の形の化合物
    から選択される前記方法。
  22. 請求項1から21までのいずれか1項に記載の方法であって、前記有機材料は、少なくとも1種のナフタレンジイミドを含む、またはそれからなる前記方法。
  23. 多結晶有機半導体層を基材上に堆積させるための、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法であって、
    (a)少なくとも1つの有機半導体材料の供給源を50〜200kPaの圧力の空気を含むもしくは空気からなる雰囲気に準備し、
    (b)前記有機半導体材料を20〜350℃の範囲の第一の温度に加熱して、前記有機半導体材料の蒸気を生成し、
    (c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から有機半導体材料を前記基材の前記少なくとも一表面上に堆積させる
    ことによって行う前記方法。
  24. 有機電界発光デバイスの層を基材上に堆積させるための、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法であって、前記層が、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層から選択される前記方法において、
    (a)前記有機電界発光デバイスの層のための少なくとも1つの有機材料の供給源を50〜200kPaの圧力の空気を含むもしくは空気からなる雰囲気に準備し、
    (b)前記有機材料を20〜350℃の範囲の第一の温度に加熱して、前記有機半導体材料の蒸気を生成し、
    (c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記有機材料を前記基材の少なくとも一表面上に堆積させる
    ことによって行う前記方法。
  25. 有機発光ダイオードの正孔輸送層の堆積のための、請求項24に記載の方法。
  26. 自己組織化単分子層を基材上に堆積させるための、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法であって、
    (a)自己組織化単分子層を形成できる少なくとも1つの材料の供給源を50〜200kPaの圧力の空気を含むもしくは空気からなる雰囲気に準備し、
    (b)前記材料を20〜350℃の範囲の第一の温度に加熱して、前記有機半導体材料の蒸気を生成し、
    (c)前記第一の温度よりも低い第二の温度を有する基材の少なくとも一表面を前記蒸気に晒して、前記蒸気から前記材料を前記基材の少なくとも一表面上に堆積させる
    ことによって行う前記方法。
  27. 請求項26に記載の方法であって、自己組織化単分子層を形成できる材料は、シラン、トリアルコキシアルキル−3−グリシジルエーテルシラン、トリアルコキシアリルシラン、トリアルコキシ(イソシアナトアルキル)シラン、トリアルコキシシリル(メタ)アクリロイルオキシアルカン、トリアルコキシシリル(メタ)アクリルアミドアルカン、ホスホン酸、カルボン酸、ヒドロキサム酸、アミン、ホスフィン、チオールおよびそれらの混合物から選択される前記方法。
  28. 請求項27に記載の方法であって、自己組織化単分子層を形成できる材料は、n−オクタデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、ヘキサデカンチオール、メルカプト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸、メルカプトコハク酸、3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸ならびにそれらのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩、オクタデシルホスホン酸および12,12,13,13,14,14,15,15,16,16,17,17,18,18−ペンタデカフルオロオクタデシルホスホン酸から選択される前記方法。
  29. 請求項1から28までのいずれか1項に記載の方法によって得られるコーティングされた基材であって、その表面の少なくとも一部に有機材料の少なくとも一層を含む前記基材。
  30. 請求項29に記載のコーティングされた基材を、有機電子デバイスとしてまたは該デバイスにおいて、好ましくは有機電界効果トランジスタもしくは有機太陽電池もしくは有機発光ダイオードから選択される有機電子デバイスとしてまたは該デバイスにおいて用いる使用。
JP2015509543A 2012-05-02 2013-04-30 有機材料の堆積方法 Active JP6456283B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12166429 2012-05-02
EP12166429.6 2012-05-02
PCT/IB2013/053404 WO2013164761A1 (en) 2012-05-02 2013-04-30 Method for the deposition of an organic material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015523463A true JP2015523463A (ja) 2015-08-13
JP6456283B2 JP6456283B2 (ja) 2019-01-23

Family

ID=49514261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015509543A Active JP6456283B2 (ja) 2012-05-02 2013-04-30 有機材料の堆積方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10741762B2 (ja)
EP (1) EP2844781A4 (ja)
JP (1) JP6456283B2 (ja)
KR (1) KR20150013633A (ja)
CN (1) CN104284996B (ja)
TW (1) TWI665813B (ja)
WO (1) WO2013164761A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175918A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 三菱ケミカル株式会社 光電変換素子及び太陽電池モジュール

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202203465A (zh) * 2013-10-10 2022-01-16 日商半導體能源研究所股份有限公司 液晶顯示裝置
WO2015059647A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-30 Basf Se Crystalline form of n,n'-bis-(heptafluorobutyl)-2,6-dichloro-1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic diimide and the use thereof
US9220294B2 (en) 2014-02-11 2015-12-29 Timothy McCullough Methods and devices using cannabis vapors
US9380813B2 (en) 2014-02-11 2016-07-05 Timothy McCullough Drug delivery system and method
US10821240B2 (en) 2014-02-11 2020-11-03 Vapor Cartridge Technology Llc Methods and drug delivery devices using cannabis
JP6622229B2 (ja) * 2014-06-17 2019-12-18 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se N−フルオロアルキル置換されたジブロモナフタレンジイミドおよびそれらの半導体としての使用
US9356249B2 (en) 2014-09-30 2016-05-31 Industrial Technology Research Institute Organic electronic device and electric field-induced carrier generation layer
KR20160068338A (ko) * 2014-12-05 2016-06-15 현대자동차주식회사 차량용 차체 일체형 태양전지
CN104934550A (zh) * 2015-05-07 2015-09-23 京东方科技集团股份有限公司 Oled器件的封装结构、封装方法以及电子设备
CN105355785A (zh) * 2015-09-23 2016-02-24 重庆大学 一种n型有机场效应晶体管的制备方法
KR102421600B1 (ko) * 2015-11-20 2022-07-18 삼성디스플레이 주식회사 터치 센싱 유닛, 표시 장치 및 터치 센싱 유닛의 제조 방법
EP3291319B1 (en) * 2016-08-30 2019-01-23 Novaled GmbH Method for preparing an organic semiconductor layer
JP7030440B2 (ja) * 2017-07-27 2022-03-07 株式会社Screenホールディングス 基板処理方法、基板処理液及び基板処理装置
CN107587120B (zh) * 2017-08-23 2018-12-18 江苏菲沃泰纳米科技有限公司 一种具有调制结构的高绝缘纳米防护涂层的制备方法
CN107556461B (zh) * 2017-08-31 2019-12-06 京东方科技集团股份有限公司 聚合物及其制备方法和太阳能电池
US11527483B2 (en) * 2018-06-29 2022-12-13 Intel Corporation Package including fully integrated voltage regulator circuitry within a substrate
GB201903473D0 (en) * 2019-03-14 2019-05-01 Sumitomo Chemical Co Interferent and baseline drift correcting gas sensor system
US11497249B2 (en) 2019-09-16 2022-11-15 Vapor Cartridge Technology Llc Drug delivery system with stackable substrates
GB2593511A (en) * 2020-03-25 2021-09-29 Sumitomo Chemical Co Sensor apparatus
CN113066931B (zh) * 2021-03-25 2022-10-18 北京邮电大学 spiro-MeOTAD/Ga2O3/Si p-i-n型日盲紫外探测器及其制备方法
CN113529015B (zh) * 2021-07-02 2022-10-25 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 金属有机材料的制备方法
CN114231975B (zh) * 2021-12-27 2023-06-23 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心) 一种利用超高速激光熔覆技术修复或强化刹车盘的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60262971A (ja) * 1984-06-08 1985-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 薄膜形成方法
JP2007043104A (ja) * 2005-06-30 2007-02-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光装置、及び電子機器
WO2007026649A1 (ja) * 2005-08-29 2007-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 蒸着ヘッド装置及び蒸着塗布方法

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4461922A (en) 1983-02-14 1984-07-24 Atlantic Richfield Company Solar cell module
US4539507A (en) 1983-03-25 1985-09-03 Eastman Kodak Company Organic electroluminescent devices having improved power conversion efficiencies
US4720432A (en) 1987-02-11 1988-01-19 Eastman Kodak Company Electroluminescent device with organic luminescent medium
US4769292A (en) 1987-03-02 1988-09-06 Eastman Kodak Company Electroluminescent device with modified thin film luminescent zone
US5176786A (en) * 1988-07-13 1993-01-05 Minnesota Mining And Manufacturing Company Organic thin film controlled molecular epitaxy
US5126214A (en) 1989-03-15 1992-06-30 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Electroluminescent element
JP3069139B2 (ja) 1990-03-16 2000-07-24 旭化成工業株式会社 分散型電界発光素子
US5344948A (en) * 1992-02-25 1994-09-06 Iowa State University Research Foundation, Inc. Single-source molecular organic chemical vapor deposition agents and use
US6337102B1 (en) * 1997-11-17 2002-01-08 The Trustees Of Princeton University Low pressure vapor phase deposition of organic thin films
US6198091B1 (en) 1998-08-19 2001-03-06 The Trustees Of Princeton University Stacked organic photosensitive optoelectronic devices with a mixed electrical configuration
US6198092B1 (en) 1998-08-19 2001-03-06 The Trustees Of Princeton University Stacked organic photosensitive optoelectronic devices with an electrically parallel configuration
EP1132493A3 (en) 2000-03-09 2001-09-19 Junji Kido Vapor deposition method of organic compound and refinement method of organic compound
JP2004014311A (ja) * 2002-06-07 2004-01-15 Sony Corp 有機薄膜の形成方法
US6911716B2 (en) 2002-09-09 2005-06-28 Lucent Technologies, Inc. Bipolar transistors with vertical structures
US7494721B2 (en) * 2003-01-17 2009-02-24 Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha Light-emitting device, condensed polycyclic compound used therein and method for producing same
US20040142098A1 (en) * 2003-01-21 2004-07-22 Eastman Kodak Company Using compacted organic materials in making white light emitting oleds
DE10319742A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-18 Basf Ag Pulverisierte organische Halbleiter und Verfahren zum Aufdampfen auf einen Träger
DE10329247A1 (de) 2003-06-24 2005-01-27 Infineon Technologies Ag Verbindung zur Bildung einer selbstorganisierenden Monolage, eine Schichtstruktur, ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur
DE10338550A1 (de) 2003-08-19 2005-03-31 Basf Ag Übergangsmetallkomplexe mit Carbenliganden als Emitter für organische Licht-emittierende Dioden (OLEDs)
US7592539B2 (en) 2003-11-07 2009-09-22 The Trustees Of Princeton University Solid state photosensitive devices which employ isolated photosynthetic complexes
US7767998B2 (en) 2003-12-04 2010-08-03 Alcatel-Lucent Usa Inc. OFETs with active channels formed of densified layers
US20050224905A1 (en) 2004-04-13 2005-10-13 Forrest Stephen R High efficiency organic photovoltaic cells employing hybridized mixed-planar heterojunctions
DE202005003456U1 (de) 2005-03-01 2005-05-19 Edscha Ag Anlenkung für eine Türhaltestange
JP2006244906A (ja) * 2005-03-04 2006-09-14 Tohoku Pioneer Corp 自発光素子の製造方法及び製造装置
WO2006112225A1 (ja) * 2005-03-31 2006-10-26 Nippon Steel Chemical Co., Ltd. 有機el材料、それを使用した有機el素子及び有機el素子の製造方法
DE102005061997A1 (de) 2005-12-23 2007-07-05 Basf Ag Naphthalintetracarbonsäurederivate und deren Verwendung
US8350035B2 (en) 2006-02-17 2013-01-08 Basf Aktiengesellschaft Fluorinated rylenetetracarboxylic acid derivatives and use thereof
EP1843407A1 (de) 2006-04-07 2007-10-10 Basf Aktiengesellschaft Flüssig-kristalline Rylentetracarbonsäurederivate und deren Verwendung
US20080087878A1 (en) 2006-10-17 2008-04-17 Basf Akiengesellschaft Use of perylene diimide derivatives as air-stable n-channel organic semiconductors
US8440021B2 (en) * 2007-08-16 2013-05-14 The Regents Of The University Of Michigan Apparatus and method for deposition for organic thin films
EP2232605A1 (en) 2007-12-14 2010-09-29 Basf Se Process for the preparation of semiconducting layers
US20110256422A1 (en) 2008-10-31 2011-10-20 Basf Se Merocyanines for producing photoactive layers for organic solar cells and organic photodetectors
CN101838792B (zh) 2009-03-19 2011-12-21 国家纳米科学中心 一种用于柔性衬底大面积薄膜制备的真空热蒸镀设备
KR20130048677A (ko) 2009-05-26 2013-05-10 엥떼르위니베르시테르 미크로엘렉트로니카 쌍트륌 베제드두블르베 기판에 유기 재료 층을 형성시키는 방법
CA2763038A1 (en) * 2009-06-03 2011-03-03 The Regents Of The University Of Michigan Structural templating for organic electronic devices having an organic film with long range order
EP2479311B1 (en) 2009-09-15 2017-04-05 Sharp Kabushiki Kaisha Vapor deposition method
US8431433B2 (en) * 2010-05-27 2013-04-30 Eastman Kodak Company Methods of providing semiconductor layers from amic acid salts
JP5735762B2 (ja) * 2010-07-30 2015-06-17 株式会社ニデック 染色方法
CN101988185A (zh) 2010-12-14 2011-03-23 无锡虹彩科技发展有限公司 镀膜源、真空镀膜装置及其镀膜工艺
US20120205598A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-16 Shenzhen Thales Science & Technology Co., LTD. "Green" synthesis of colloidal nanocrystals and their water-soluble preparation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60262971A (ja) * 1984-06-08 1985-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 薄膜形成方法
JP2007043104A (ja) * 2005-06-30 2007-02-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光装置、及び電子機器
WO2007026649A1 (ja) * 2005-08-29 2007-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 蒸着ヘッド装置及び蒸着塗布方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175918A (ja) * 2018-03-27 2019-10-10 三菱ケミカル株式会社 光電変換素子及び太陽電池モジュール
JP2022171900A (ja) * 2018-03-27 2022-11-11 三菱ケミカル株式会社 光電変換素子及び太陽電池モジュール
JP7514452B2 (ja) 2018-03-27 2024-07-11 三菱ケミカル株式会社 光電変換素子及び太陽電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
US10741762B2 (en) 2020-08-11
EP2844781A4 (en) 2016-01-13
TWI665813B (zh) 2019-07-11
CN104284996B (zh) 2017-10-24
KR20150013633A (ko) 2015-02-05
JP6456283B2 (ja) 2019-01-23
CN104284996A (zh) 2015-01-14
WO2013164761A1 (en) 2013-11-07
TW201411898A (zh) 2014-03-16
EP2844781A1 (en) 2015-03-11
US20150123090A1 (en) 2015-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6456283B2 (ja) 有機材料の堆積方法
JP6415560B2 (ja) 末端ヘテロアリールシアノビニレン基を有する化合物および前記化合物の有機太陽電池における使用
JP6542217B2 (ja) ヘテロ接合型有機太陽電池用の新規吸収体
TWI592415B (zh) 咔唑并咔唑-雙(二羰醯亞胺)及其作為半導體之用途
EP3183250B1 (en) Process for preparing crystalline organic semiconductor material
JP6622229B2 (ja) N−フルオロアルキル置換されたジブロモナフタレンジイミドおよびそれらの半導体としての使用
US20100171108A1 (en) Use of n,n&#39;-bis(1,1-dihydroperfluoro-c3-c5-alkyl)-perylene-3,4:9,10- tetracarboxylic diimides
US20150179954A1 (en) Substituted terrylene and quaterrylene derivates and use as semiconductors thereof
WO2015059647A1 (en) Crystalline form of n,n&#39;-bis-(heptafluorobutyl)-2,6-dichloro-1,4,5,8-naphthalene tetracarboxylic diimide and the use thereof
WO2011138743A1 (en) Use of pyromellitic diimides in organic electronics and organic photovoltaics

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160421

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170130

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170126

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170427

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20170629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180109

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181119

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6456283

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250