TWI471328B - 以二噻吩并〔２，３－ｄ：２’，３’－ｄ’〕苯并〔１，２－ｂ：４，５－ｂ’〕二噻吩為主之高效能溶液可加工之半導體 - Google Patents

以二噻吩并〔２，３－ｄ：２’，３’－ｄ’〕苯并〔１，２－ｂ：４，５－ｂ’〕二噻吩為主之高效能溶液可加工之半導體 Download PDF

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Description

以二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩為主之高效能溶液可加工之半導體
本發明係關於二噻吩并苯并噻吩、其製備方法及其作為半導體或電荷輸送材料之用途。
20世紀後半葉期間，(微)電子設備發展之棘手的構建塊為以無機電極、絕緣體及半導體為主之場效電晶體(FET)。已證明該等材料係可靠的、高效的且具有根據熟知之摩斯定律(Moore's law)週期性增加之效能。以分子及聚合材料為主之有機FET(OFET)可大規模應用於低效能記憶元件以及諸如主動式矩陣有機發光二極體顯示器中之像素驅動及開關元件、RFID標籤、智慧型ID標籤(smart-ID tag)及感應器之積體光電子裝置，而不是與習知矽技術競爭。
在OTFT中有機半導體之使用具有優於迄今使用之無機半導體的一些優點。其可以自纖維至膜之任何形式加工；展現高機械可撓性；可以低成本製造且具有較輕重量。然而，顯著的優點為可能在大氣壓下(例如)藉由印刷技術在聚合物基板上由溶液沈積層，由此獲得可廉價製造之FET，從而製造整個半導體組件。
在用於OFET之有機半導體中，研究最多的是寡聚噻吩、聚噻吩、并苯(acene)、芮及酞菁。舉例而言，第一份關於以聚雜環為主之FET之報導係關於聚噻吩。另外，聚(3-己基)噻吩及α,ω-二烷基寡聚噻吩分別為最早發現的高遷移率聚合物及小分子。近幾年來，該等化合物之化學修飾(包括環與環之連接性及取代型式之變化)已產生大量電活性材料。
電子裝置之效能基本上視半導體材料中電荷載流子之遷移率及接通狀態與斷開狀態之電流之間的比率(接通/斷開比)而定。因此，理想的半導體在斷開狀態下具有最小導電性且在接通狀態下具有最大電荷載流子遷移率(遷移率超過10-3 cm2 V-1 s-1 ，接通/斷開比超過102 )。另外，半導體材料須對氧化相對穩定，亦即，須具有足夠高的電離電勢，因為其氧化降解會降低組件之效能。
一種最廣泛使用之有機p型半導體為并五苯，其通常展示大於1.5cm2 /Vs之遷移率。由於該并苯衍生物具有多晶型結構且需要自氣相沈積，故其使裝置研究變複雜(Lin等人，IEEE Trans. Electron Devices 1997,44,1325)。已報導并五苯之溶液可加工之衍生物，其展現1.8cm2 /Vs之電荷載流子遷移率(Park等人，2005 Int. Electron. Dev. Mtg. Technol. Digest 2006,113)。儘管如此，較高碳數并苯之總體不穩定性會阻礙在最終應用中之廣泛利用。
WO 2008/026602揭示作為有機半導體材料之未經取代及經取代[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩。該等化合物在3,8位且各別地在2,7位經n-C6 H13 、n-C6 F13 、苯基、五氟苯基、對三氟甲基苯基及二苯基取代。亦揭示未經取代之萘并[2,3-b]萘并[2'3':4,5]噻吩并[2,3-d]噻吩。
JP 2008-10541A揭示經取代苯并[1",2":4,5;4",5":4',5']二噻吩并[3,2-b:3',2'-b']雙[1]苯并噻吩，其在6,13位分別經參(1-甲基-乙基)矽烷基乙炔基及4-己基-2,6-二異丙基苯基取代。據報導，利用該結構類別之組份之FET達到0.47cm2 /Vs之最大遷移率。
對於所報導之高效小分子半導體而言，該等反應途徑係冗長且通常低產率的。
本發明之一目標在於提供用作有機半導體材料之新穎化合物，其易於合成、具有明顯較高之遷移率、展示良好的氧化穩定性且可容易地加工。
該目標係由通式(I)之二噻吩并苯并二噻吩實現：
其中：R1 至R6 　各自獨立地選自：a)H、b)鹵素、c)-CN、d)-NO2 、e)-OH、f)C1-20 烷基、g)C2-20 烯基、h)C2-20 炔基、i)C1-20 烷氧基、j)C1-20 烷硫基、k)C1-20 鹵烷基、l)-Y-C3-10 環烷基、m)-Y-C6-14 芳基、n)-Y-3-12員環雜烷基或o)-Y-5-14員雜芳基，其中C1-20 烷基、C2-20 烯基、C2-20 炔基、C3-10 環烷基、C6-14 芳基、3-12員環雜烷基及5-14員雜芳基各自視情況經1-4個R7 基團取代，其中R1 與R3 及R2 及R4 亦可一起形成脂族環部分。
R7 　獨立地選自：a)鹵素、b)-CN、c)-NO2 、d)側氧基、e)-OH、f)-NH2 、g)-NH(C1-20 烷基)、h)-N(C1-20 烷基)2 、i)-N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、j)-N(C6-14 芳基)2 、k)-S(O)m H、l)-S(O)m -C1-20 烷基、m)-S(O)2 OH、n)-S(O)m -OC1-20 烷基、o)-S(O)m -OC6-14 芳基、p)-CHO、q)-C(O)-C1-20 烷基、r)-C(O)-C6-14 芳基、s)-C(O)OH、t)-C(O)-OC1-20 烷基、u)-C(O)-OC6-14 芳基、v)-C(O)NH2 、w)-C(O)NH-C1-20 烷基、x)-C(O)N(C1-20 烷基)2 、y)-C(O)NH-C6-14 芳基、z)-C(O)N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、aa)-C(O)N(C6-14 芳基)2 、ab)-C(S)NH2 、ac)-C(S)NH-C1-20 烷基、ad)-C(S)N(C1-20 烷基)2 、ae)-C(S)N(C6-14 芳基)2 、af)-C(S)N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、ag)-C(S)NH-C6-14 芳基、ah)-S(O)m NH2 、ai)-S(O)m NH(C1-20 烷基)、aj)-S(O)m N(C1-20 烷基)2 、ak)-S(O)m NH(C6-14 芳基)、al)-S(O)m N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、am)-S(O)m N(C6-14 芳基)2 、an)-SiH3 、ao)-SiH(C1-20 烷基)2 、ap)-SiH2 (C1-20 烷基)、aq)-Si(C1-20 烷基)3 、ar)C1-20 烷基、as)C2-20 烯基、at)C2-20 炔基、au)C1-20 烷氧基、av)C1-20 烷硫基、aw)C1-20 鹵烷基、ax)C3-10 環烷基、ay)C6-14 芳基、az)鹵芳基、ba)3-12員環雜烷基或bb)5-14員雜芳基，
Y　獨立地選自二價C1-6 烷基、二價C1-6 鹵烷基或一共價鍵；且
m　獨立地選自0、1或2。
本發明之二噻吩并苯并二噻吩之優點為導向溶液可加工之穩定有機半導體的簡單、高產率之合成途徑。由市售材料起始，可以僅三個反應步驟獲得靶結構類別，其中總產率多達50%(未優化)。單獨所述結構類別之化合物展示1.4cm2 /Vs之電荷載流子遷移率及108 之電流接通/斷開比。
本發明進一步提供本發明之二噻吩并苯并二噻吩之用途，其用作半導體或電荷輸送材料(尤其在光學組件、電光學組件或電子組件中)、用作薄膜電晶體(尤其在平面視覺顯示單元中)，或用於射頻鑑別標籤(RFID標籤)或用於有機發光二極體(OLED)(諸如電致發光顯示器或液晶顯示器之背光)之半導體組件中、用於光伏打組件或用於感應器中、用作電池中之電極材料、用作光波導、用於諸如電子照相記錄之電子照相術應用。
本發明進一步提供包含本發明之二噻吩并苯并二噻吩之光學組件、電光學組件或電子組件。該等組件可為(例如)FET、積體電路(IC)、TFT、OLED或配向層(alignment layer)。
本發明之二噻吩并苯并二噻吩尤其適合作為半導體材料，因為其具有達成此目的所需之遷移率。烷基之引入將改良其溶解度且因此改良其溶液形式之可加工性。
如本文中所使用，「場效遷移率」或「遷移率」係指由諸如電場(例如在p型半導體材料之情況下之電洞(或正電荷單元)，及在n型半導體材料之情況下之電子)之外界刺激誘導之電荷載流子在電場影響下穿過材料之速度的量度。
「環部分」可包括一或多個(例如，1-6個)碳環或雜環。在環部分為多環部分之實施例中，多環系統可包括一或多個彼此稠合(亦即，共有一共用鍵)及/或經由螺原子彼此連接之環。環部分可為環烷基、雜環烷基，且可視情況如本文中所描述經取代。
「鹵基」或「鹵素」係指氟、氯、溴及碘，較佳為氟、氯或溴。
「烷基」係指直鏈或支鏈飽和烴基。烷基的實例包括甲基(Me)、乙基(Et)、丙基(例如，正丙基及異丙基)、丁基(例如，正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基)、戊基(例如，正戊基、異戊基、新戊基)及其類似基團。烷基較佳可具有1至30個碳原子，例如1-20個碳原子(亦即，C1-20 烷基)。烷基尤其較佳可具有1至6個碳原子且可稱為「低碳烷基」。烷基可經取代或未經取代。烷基通常不經另一烷基、烯基或炔基取代。
「鹵烷基」係指具有一或多個鹵素取代基之烷基。鹵烷基較佳可具有1至20個碳原子，尤其1至10個碳原子。鹵烷基之實例包括CF3 、C2 F5 、CHF2 、CH2 F、CCl3 、CHCl2 、CH2 Cl、C2 Cl5 及其類似基團。全鹵烷基(亦即，所有氫原子皆經鹵素原子置換之烷基，例如，CF3 及C2 F5 )包括在「鹵烷基」之定義內。不為全鹵烷基之鹵烷基可視情況經1-5個R5 取代，且R5 係如式(I)中所定義。
「烷氧基」係指-O-烷基。烷氧基之實例包括(但不限於)甲氧基、乙氧基、丙氧基(例如，正丙氧基及異丙氧基)、第三丁氧基及其類似基團。-O-烷基中之烷基可視情況經1-5個R7 取代且R7 係如式(I)中所定義。
「烷硫基」係指-S-烷基。烷硫基之實例包括(但不限於)甲硫基、乙硫基、丙硫基(例如，正丙硫基及異丙硫基)、第三丁硫基及其類似基團。-S-烷基中之烷基可視情況經1-5個R7 取代且R7 係如式(I)中所定義。
「芳基烷基」係指-烷基-芳基，其中芳基烷基經由烷基與所定義之化學結構共價連接。芳基烷基係在-Y-C6-14 芳基之定義之範圍內，其中Y係如本文中所定義。芳基烷基之實例為苯甲基(-CH2 -C6 H5 )。芳基烷基可視情況經取代，亦即，芳基及/或烷基可如本文中所揭示經取代。
「烯基」係指具有一或多個碳碳雙鍵之直鏈或支鏈烷基。較佳烯基為乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、丁二烯基、戊二烯基、己二烯基。該一或多個碳碳雙鍵可在內部(諸如在2-丁烯中)或在末端(諸如在1-丁烯中)。在各個實施例中，烯基可具有2至30個碳原子，例如2至20個碳原子(亦即，C2-20 烯基)。在一些實施例中，烯基可如本文中所揭示經取代。烯基通常不經另一烯基、烷基或炔基取代。
「炔基」係指具有一或多個碳碳參鍵之直鏈或支鏈烷基。較佳炔基包括乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基。該一或多個碳碳參鍵可在內部(諸如在2-丁炔中)或在末端(諸如在1-丁炔中)。在各個實施例中，炔基可具有2至30個碳原子，例如2至20個碳原子(亦即，C2-20 炔基)。在一些實施例中，炔基可如本文中所揭示經取代。炔基通常不經另一炔基、烷基或烯基取代。
「環烷基」係指包括環狀烷基、烯基及炔基之非芳族碳環基。較佳環烷基可具有3至20個碳原子，例如3至14個碳原子(亦即，C3-14 環烷基)。環烷基可為單環(例如，環己基)或多環(例如含有稠環、橋環及/或螺環系統)，其中碳原子係位於環系統之內部或外部。環烷基之任何合適環位置皆可與所定義之化學結構共價連接。環烷基之實例包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環戊烯基、環己烯基、環己二烯基、環庚三烯基、降基、降蒎基(norpinyl)、降蒈基(norcaryl)、金剛烷基及螺[4.5]癸基以及其同系物、異構物及其類似基團。環烷基可如本文中所揭示經取代。
「雜原子」係指除碳或氫以外之任何元素之原子且包括(例如)氮、氧、矽、硫、磷及硒。
「環雜烷基」係指含有至少一個選自O、S、Se、N、P及Si(例如，O、S及N)之環雜原子且視情況含有一或多個雙鍵或參鍵之非芳環烷基。環雜烷基可具有3至20個環原子，例如3至14個環原子(亦即，3-14員環雜烷基)。環雜烷基環中之一或多個N、P、S或Se原子(例如N或S)可經氧化(例如，嗎啉N-氧化物、硫代嗎啉S-氧化物、硫代嗎啉S,S-二氧化物)。環雜烷基之氮或磷原子可具有取代基，尤其係烷基。環雜烷基亦可含有一或多個側氧基，諸如側氧基哌啶基、側氧基噁唑烷基(oxooxazolidyl)、二側氧基-(1H,3H)-嘧啶基、側氧基-2(1H)-吡啶基及其類似基團。較佳環雜烷基尤其包括嗎啉基、硫代嗎啉基、哌喃基、咪唑啶基、咪唑啉基、噁唑啶基、吡唑啶基、吡唑啉基、吡咯啶基、吡咯啉基、四氫呋喃基、四氫噻吩基、哌啶基、哌嗪基。環雜烷基可經取代或未經取代。
「芳基」係指芳族單環烴環系統或多環系統，其中兩個或兩個以上之芳族烴環稠合(亦即，具有共用鍵)在一起，或至少一個芳族單環烴環與一或多個環烷基及/或環雜烷基環稠合。芳基較佳可在其環系統中具有6至16個碳原子(例如，C6-16 芳基)，其可包括多個稠環。多環芳基尤其較佳可具有8至16個碳原子。僅具有芳族碳環之較佳芳基包括苯基、1-萘基(雙環)、2-萘基(雙環)、蒽基(三環)、菲基(三環)。至少一個芳族碳環與一或多個環烷基及/或環雜烷基環稠合之較佳多環系統尤其包括環戊烷之苯并衍生物(亦即，二氫茚基，其為5,6-雙環環烷基/芳環系統)、環己烷之苯并衍生物(亦即，四氫萘基，其為6,6-雙環環烷基/芳環系統)、咪唑啉之苯并衍生物(亦即，苯并咪唑啉基，其為5,6-雙環環雜烷基/芳環系統)及哌喃之苯并衍生物(亦即，烯基，其為6,6-雙環環雜烷基/芳環系統)。其他較佳之芳基包括苯并二噁烷基、苯并間二氧雜環戊烯基、基、吲哚啉基及其類似基團。在一些實施例中，芳基可如本文中所揭示經取代。在一些實施例中，芳基可具有一或多個鹵素取代基且可稱為「鹵芳基」。全鹵芳基(亦即，所有氫原子皆經鹵素原子置換之芳基，例如-C6 F5 )包括在「鹵芳基」之定義內。在某些實施例中，芳基係經另一芳基取代且可稱為聯芳基。聯芳基中之各芳基可經取代或未經取代。
「雜芳基」係指含有至少一個環雜原子之芳族單環或多環系統。雜原子較佳選自氧(O)、氮(N)、硫(S)、矽(Si)及硒(Se)或多環系統，但不限於此。多環雜芳基包括兩個或兩個以上稠合在一起之雜芳基環及與一或多個芳族碳環、非芳族碳環及/或非芳族環雜烷基環稠合之單環雜芳基環。雜芳基較佳可具有5至16個環原子且含有1-5個環雜原子(亦即，5-16員雜芳基)。雜芳基之特定實例包括(例如)下文展示之5員或6員單環及5-6雙環系統：
其中T為O、S、NH、N-烷基、N-芳基、N-(芳基烷基)(例如，N-苯甲基)、SiH2 、SiH-(烷基)、Si(烷基)2 、SiH-(芳基烷基)、Si-(芳基烷基)2 或Si(烷基)(芳基烷基)。該等雜芳基環之實例包括吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、嘧啶基、噠嗪基、吡嗪基、***基、四唑基、吡唑基、咪唑基、異噻唑基、噻唑基、噻二唑基、異噁唑基、噁唑基、噁二唑基、吲哚基、異吲哚基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、喹啉基、2-甲基喹啉基、異喹啉基、喹喏啉基、喹唑啉基、苯并***基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并異噻唑基、苯并異噁唑基、苯并噁二唑基、苯并噁唑基、啉基、1H-吲唑基、2H-吲唑基、吲嗪基、異苯并呋喃基、啶基、酞嗪基、喋啶基、嘌呤基、噁唑并吡啶基、噻唑并吡啶基、咪唑并吡啶基、呋喃并吡啶基、噻吩并吡啶基、吡啶并嘧啶基、吡啶并吡嗪基、吡啶并噠嗪基、噻吩并噻唑基、噻吩并噁唑基、噻吩并咪唑基及其類似基團。雜芳基之其他實例包括4,5,6,7-四氫吲哚基、四氫喹啉基、苯并噻吩并吡啶基、苯并呋喃并吡啶基及其類似基團。在一些實施例中，雜芳基可如本文中所揭示經取代。
本發明教示之化合物可包括本文中所定義之「二價基團」作為能夠與兩個其他部分形成共價鍵之連接基團。舉例而言，本發明教示之化合物可包括二價C1-20 烷基，諸如亞甲基。
較佳二噻吩并苯并二噻吩為具有式(I)之二噻吩并苯并二噻吩：其中：R1 至R6 　自獨立地選自如以上所定義之a)H、f)C1-20 烷基、i)C1-20 烷氧基、m)-Y-C6-14 芳基。
更佳二噻吩并苯并二噻吩為具有式(I)之二噻吩并苯并二噻吩：其中：R1 至R4 　各自獨立地選自如以上所定義之a)H、f)C1-20 烷基、i)C1-20 烷氧基、m)-Y-C6-14 芳基，且R5 及R6 　為氫。
尤其較佳之二噻吩并苯并二噻吩為具有式(I)之二噻吩并苯并二噻吩：其中：R1 及R2 　各自獨立地選自如以上所定義之a)H、f)C1-20 烷基、i)C1-20 烷氧基、m)-Y-C6-14 芳基，且R3 至R6 　為氫。
尤其較佳之取代基R1 至R6 對於R1 及R2 而言為C1-20 烷基且對於R3 至R6 而言為氫。
本發明教示之二噻吩并苯并二噻吩可根據以下流程1中概述之程序，由市售起始物質、文獻中已知之化合物或易於製備之中間物，藉由採用熟習此項技術者已知之標準合成方法及程序製備。有機分子之製備以及官能基轉化及處理之標準合成方法及程序可容易地自相關科學文獻或該領域中之標準教科書獲得。應瞭解，當給定典型或較佳加工條件(亦即，反應溫度、時間、反應物莫耳比、溶劑、壓力等)時，除非另外說明，否則亦可使用其他加工條件。
雖然最佳反應條件可隨所使用之特定反應物或溶劑而變化，但該等條件可由熟習此項技術者藉由常規優化程序確定。熟習有機合成技術者應認識到，可改變所提供之合成步驟之性質及順序以達到優化本文中描述之化合物之形成之目的。
本文中描述之方法可根據此項技術中已知之任何合適方法監測。舉例而言，可藉由諸如核磁共振光譜法(NMR，例如1 H或13 C)、紅外光譜法(IR)、分光光度法(例如，紫外光-可見光)、質譜法(MS)之光譜方法或藉由諸如高壓液相層析法(HPLC)、氣相層析法(GC)、凝膠滲透層析法(GPC)或薄層層析法(TLC)之層析法來監測產物之形成。
本文中描述之反應或方法可在熟習有機合成技術者易於選擇之合適溶劑中進行。合適的溶劑通常在進行反應之溫度(亦即，可在溶劑之冷凍溫度至溶劑之沸騰溫度之範圍內的溫度)下實質上不與反應物、中間物及/或產物反應。給定之反應可在一種溶劑中或一種以上溶劑之混合物中進行。可視特定反應步驟選擇適於特定反應步驟之溶劑。
式(I)之二噻吩并苯并二噻吩較佳可使用以下反應流程1製備：
步驟(a)、(b)、(c)及(d)描述於以下文獻中：
(a)van Breemen等人，J. Am. Chem. Soc.2006, 128,2336-2345；
(b)Qin等人，J. Am. Chem. Soc.2004 ,126,7015-7018；
(c)Zhao等人，J. Org. Chem.2007 ,72,6364-6371；
(d)Sirringhaus等人，J. Mater. Chem.1999, 9,2095。
視R之性質而定，化合物5可為市售的。
本發明包含本發明之化合物之氧化形式與還原形式。電子不足或過量均導致形成具有高導電性之非定域離子。此可藉由摻雜習用摻雜劑來實現。摻雜劑及摻雜方法為眾所周知的且例如自EP-A 0 528 662、US 5198153或WO 96/21659而為吾人所知。合適的摻雜方法包含(例如)用摻雜氣體摻雜、以包含摻雜劑之溶液進行電化學摻雜、藉由熱擴散及離子植入將摻雜劑摻雜至半導體材料中。
在使用電子作為電荷載流子之情況下，較佳使用鹵素(例如I2 、Cl2 、Br2 、ICl、ICl3 、IBr及IF)、路易斯酸(Lewis acid)(例如PF5 、AsF5 、SbF5 、BF3 、BCl3 、SbCl5 、BBr3 及SO3 )、無機酸(例如HF、HCl、HNO3 、H2 SO4 、HClO4 、FSO3 H及ClSO3 H)、有機酸或胺基酸、過渡金屬化合物(例如FeCl3 、FeOCl、Fe(ClO4 )3 、Fe(4-CH3 C6 H4 SO3 )3 、TiCl4 、ZrCl4 、HfCl4 、NbF5 、NbCl5 、TaCl5 、MoF5 、MoCl5 、WF5 、WCl6 、UF6 及LnCl3 (其中Ln為鑭系元素))、陰離子(例如Cl- 、Br- 、I- 、I3 - 、HSO4 - 、SO4 2- 、NO3 - 、ClO4 - 、BF4 - 、PF6 - 、AsF6 - 、SbF6 - 、FeCl4 - 、Fe(CN)6 3- ，及諸如芳基-SO3 - 之不同磺酸陰離子)。在使用電洞作為電荷載流子之情況下，例如將陽離子(例如H+ 、Li+ 、Na+ 、K+ 、Rb+ 及Cs+ )、鹼金屬(例如Li、Na、K、Rb及Cs)、鹼土金屬(例如Ca、Sr及Ba)、O2 、XeOF4 、(NO2 + )(SbF6 - )、(NO2 + )(SbCl6 - )、(NO2 + )(BF4 - )、AgClO4 、H2 IrCl6 、La(NO)3 、FSO2 OOSO2 F、Eu、乙醯膽鹼、R4 N+ 、R4 P+ 、R6 As+ 及R3 S+ (其中R為烷基)作為摻雜劑。
可使用本發明之二噻吩并苯并二噻吩之導電形式作為有機導體，例如有機發光二極體(OLED)、平面屏幕及觸摸屏、抗靜電膜、印刷電路及電容器中之電荷注入層及ITO平坦化層，但不限於此。
本發明之二噻吩并苯并二噻吩可用於製造光學、電子及半導體材料，尤其作為場效電晶體(FET)中之電荷輸送材料，例如作為積體電路(IC)、ID標籤或TFT之組件。或者，其可用於電致發光顯示器中之有機發光二極體(OLED)中或在光伏打應用中用作(例如)液晶顯示器(LCD)之背光，或用於感應器、用於電子照相記錄及其他半導體應用。
因為本發明之二噻吩并苯并二噻吩具有良好的溶解性，所以其可以溶液形式塗覆於基板。因此，可用例如旋塗或印刷之廉價方法塗覆各層。
合適的溶劑或溶劑混合物包含(例如)醚類、芳族化合物且尤其氯化溶劑類。
可有利地將FET及包含半導體材料之其他組件(例如二極體)用於ID標籤或安全標記中以指示諸如鈔票、***、身分證件(諸如身分證或駕駛證)或具有金錢利益之其他憑證(諸如橡皮圖章、郵票或票等)的有價值物品之真實性且防止偽造。
或者，本發明之聚合物可用於有機發光二極體(OLED)中，例如用於顯示器中或用作液晶顯示器(LCD)之背光。OLED通常具有多層結構。發光層通常埋在一或多個電子傳輸層及/或電洞傳輸層之間。當施加電壓時，電子或電洞可在發射層之方向上遷移，其中該等電子或電洞在發射層中複合以激發發光化合物且隨後使發光化合物發光。聚合物、材料及層可根據其電學性質及光學性質而用於一或多個傳輸層及/或發射層中。當化合物、材料或層具有電致發光特性或具有電致發光基團或化合物時，其尤其適用於發射層。
已將包括自氣相沈積之多種沈積技術及多種溶液加工技術用於有機半導體中。舉例而言，許多印刷電子技術集中於噴墨印刷，這主要因為該技術為特徵位置及多層對準提供較大控制。噴墨印刷為一種非接觸方法，其益處在於不需要預成形母板(與接觸印刷技術相比)，以及數位控制噴墨，從而提供按需要噴墨(drop-on-demand)印刷。微分配(micro dispensing)為另一種非接觸印刷方法。然而，接觸印刷技術具有非常適合極快之卷軸式(roll-to-roll)加工之優點。例示性接觸印刷技術包括(但不限於)網板印刷、凹板印刷、平版印刷、彈性凸版印刷、石版印刷、移印(pad printing)及微接觸印刷。如本文中所使用，「印刷」包括非接觸法，諸如噴墨印刷、微分配及其類似方法；及接觸法，諸如網板印刷、凹板印刷、平版印刷、彈性凸版印刷、石版印刷、移印、微接觸印刷及其類似方法。其他溶液加工技術包括(例如)旋塗、滴落塗布(drop-casting)、區域澆鑄(zone casting)、浸塗、刮塗或噴塗。
利用本文中所揭示之化合物之多種製品以及其製備方法亦在本發明教示之範疇內，其中該等製品包括電子裝置、光學裝置及光電子裝置，諸如場效電晶體(例如，薄膜電晶體)、光伏打裝置(photovoltaic)、有機發光二極體(OLED)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)、互補反流器、D型正反器、整流器及環形振盪器。
因此，本發明教示進一步提供製備半導體材料之方法。該等方法可包括：製備包括一或多種溶解或分散於液體介質(諸如溶劑或溶劑混合物)中之本文中所揭示之化合物的組合物；將該組合物沈積於基板上以提供半導體材料前驅體；及加工(例如加熱)該半導體前驅體以提供包括本文中所揭示之化合物的半導體材料(例如薄膜半導體)。在各個實施例中，液體介質為有機溶劑、諸如水之無機溶劑或其組合。在一些實施例中，該組合物可進一步包括一或多種獨立地選自以下各物之添加劑：清潔劑、分散劑、黏合劑、相容劑、固化劑、引發劑、保濕劑、消泡劑、潤濕劑、pH調節劑、殺生物劑及抑菌劑。舉例而言，可包括界面活性劑及/或其他聚合物(例如，聚苯乙烯、聚乙烯、聚-α-甲基苯乙烯、聚異丁烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯及其類似物)作為分散劑、黏合劑、相容劑及/或消泡劑。在一些實施例中，沈積步驟可藉由印刷進行，該印刷包括噴墨印刷及各種接觸印刷技術(例如，網板印刷、凹板印刷、平版印刷、移印、石版印刷、彈性凸版印刷及微接觸印刷)。在其他實施例中，沈積步驟可藉由旋塗、滴落塗布、區域澆鑄、浸塗、刮塗或噴塗進行。
本發明教示進一步提供製品，諸如本文中描述之各種裝置，其包括具有本發明教示之半導體材料及基板組件及/或介電組件之複合物。基板組件可選自摻雜矽、氧化銦錫(ITO)、經ITO塗布之玻璃、經ITO塗布之聚醯亞胺或其他塑膠、純鋁或其他金屬或者塗布在聚合物或其他基板上之鋁或其他金屬、摻雜聚噻吩及其類似物。介電組件可由以下材料製備：諸如各種氧化物(例如SiO2 、Al2 O3 、HfO2 )之無機介電材料、諸如各種聚合材料(例如，聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚鹵乙烯、聚丙烯酸酯)之有機介電材料及自組裝超晶格/自組裝奈米介電(SAS/SAND)材料(例如，描述於Yoon,M-H.等人，PNAS,102(13):4678-4682(2005)中，將其完整揭示內容以引用之方式併入本文中)，以及混合有機/無機介電材料(例如描述於美國專利申請案第11/642,504號中，將其完整揭示內容以引用之方式併入本文中)。在一些實施例中，介電組件可包括美國專利申請案第11/315,076號、第60/816,952號及第60/861,308號中所描述之交聯聚合物摻合物，將各申請案之完整揭示內容以引用之方式併入本文中。該複合物亦可包括一或多個電接觸。源電極、汲電極及閘電極之合適材料包括金屬(例如，Au、Al、Ni、Cu)、透明導電氧化物(例如ITO、IZO、ZITO、GZO、GIO、GITO)及導電聚合物(例如聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT:PSS)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy))。一或多種本文中描述之複合物可包括在諸如有機薄膜電晶體(OTFT)、尤其有機場效電晶體(OFET)以及感應器、電容器、單極電路、互補電路(例如，反流器電路)及其類似裝置之多種有機電子裝置、光學裝置及光電子裝置中。
可使用本發明教示之材料之其他製品為光伏打裝置或太陽能電池。本發明教示之組件可展現較寬光吸收及/或明顯正向移動之還原電勢，從而使其符合該等應用需要。因此，本文中描述之物質可在光伏打裝置設計中用作p型半導體，該設計包括相鄰n型半導體材料，從而形成p-n接面。化合物可呈薄膜半導體形式，其可沈積於基板上形成複合物。該等裝置中本發明教示之小分子之利用在熟習此項技術者之知識範圍內。
因此，本發明教示之另一態樣係關於製造併入本發明教示之半導體材料之有機場效電晶體的方法。本發明教示之半導體材料可用於製造各種類型的有機場效電晶體，包括頂閘極頂接觸式(top-gate top-contact)電容器結構、頂閘極底接觸式電容器結構、底閘極頂接觸式電容器結構及底閘極底接觸式電容器結構。圖1說明四種常見之OFET結構類型：頂接觸底閘極式結構(a)、底接觸底閘極式結構(b)、底接觸頂閘極式結構(c)及頂接觸頂閘極式結構(d)。如圖1中所示，OFET可包括介電層(例如，分別如圖1a、1b、1c及1d中之8、8'、8"及8'''所示)、半導體層(例如，分別如圖1a、1b、1c及1d中之6、6'、6"及6'''所示)、閘極接觸(例如，分別如圖1a、1b、1c及1d中之10、10'、10"及10'''所示)、基板(例如，分別如圖1a、1b、1c及1d中之12、12'、12"及12'''所示)以及源極接觸及汲極接觸(例如，分別如圖1a、1b、1c及1d中之2、2'、2"、2'''；4、4'、4"及4'''所示)。
在某些實施例中，可利用本發明化合物，在摻雜矽之基板上使用SiO2 作為介電質以頂接觸式幾何結構來製造OTFT裝置。在特定實施例，可在室溫下或在高溫下沈積併入至少一種本發明教示之材料之活性半導電層。在其他實施例中，可藉由如本文中描述之旋塗或印刷來塗覆併入至少一種本發明教示之化合物之活性半導電層。對頂接觸式裝置而言，可在膜頂部上使用蔽蔭遮罩使金屬接觸圖案化。
除非另外說明，否則所有數量資料(百分比、ppm等)皆以重量計，即以混合物之總重量計。
 實例
製備二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩
實例1
合成4,4,5,5-四甲基-2-(5-戊基噻吩-2-基)-1,3,2-二氧硼 (4a)
向2-正戊基噻吩(5.0g，32.1mmol)及頻哪醇(pinacol)(11.5g，97.23mmol)於無水THF(60mL)中之經冷卻(-78℃)混合物中逐滴添加n-BuLi(22.3mL，35.6mmol)於己烷中之溶液。在-78℃下將混合物攪拌10分鐘。隨後使反應混合物升至0℃且攪拌1h，之後冷卻至-78℃，之後使用滴液漏斗添加於THF(24mL)中之硼酸三異丙酯(7.3g，38.9mmol)。使混合物緩慢升至室溫，同時攪拌隔夜。經由急驟層析(矽膠，溶離劑：己烷/EA 10:1)純化粗產物，得到紅棕色液體7.35g(81.0%)。
1 H NMR(CDCl3 )δ(ppm):7.46(d,1H,J =3.6Hz),6.86(d,1H,J =3.6Hz),2.85(t,2H,J =7.6Hz)1.70-1.64(m,2H),1.34-0.90(m,18H),0.87(t,3H,J =7.2Hz)。
合成5,5'-(2,5-雙(甲基亞磺醯基)-1,4-伸苯基)雙(2-戊基噻吩)(2a)
將1,4-二溴-2,5-雙(甲基亞磺醯基)苯3 (1g，2.8mmol)添加至4,4,5,5-四甲基-2-(5-戊基噻吩-2-基)-1,3,2-二氧硼(3.4g，12.2mmol)於無水THF(17mL)中之溶液中，且用氮氣沖洗所得混合物30min。隨後添加Pd(PPh3 )4 (87mg，0.075mmol)，且將15反應混合物加熱至60℃隔夜。用二氯甲烷萃取混合物且用鹽水洗滌。用MgSO4 乾燥濾液，過濾且在真空中移除溶劑。經由急驟層析(矽膠，溶離劑：己烷/EA 3:1)純化粗產物，得到0.885g(63%)2a 。
1 H NMR(CDCl3 )δ(ppm):8.13(s,2H),7.08(d,2H,J =3.6Hz),6.80(d,2H,J =3.6Hz),2.84(t,4H,J =7.2Hz),2.62(s,6H),1.74-1.70(m,4H),1.38-1.35(m,6H),0.92(t,6H,J =2.8Hz)
合成二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(1a)
向圓底燒瓶中裝入5,5'-(2,5-雙(甲基亞磺醯基)-1,4-伸苯基)雙(2-戊基噻吩)(2a )(885mg，1.7mmol)、五氧化二磷(93mg，0.658mmol)及三氟甲烷磺酸(20ml)。在室溫下將混合物攪拌72小時，得到深棕色溶液，隨後將其傾入冰水(100ml)中。藉由抽吸過濾收集黃色沈澱且在真空下乾燥。假定該不可溶於非極性有機溶劑中之化合物之結構為鋶鹽。藉由使該固體在吡啶(132ml)中回流12h來實現其脫甲基化。當將懸浮液冷卻至室溫時，添加大量CH2 Cl2 以萃取產物。以己烷為溶離劑且在二氯甲烷中再結晶，由此獲得呈灰白色粉末狀之二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(1a )(200mg，26%)。
1 H NMR(CDCl3 )δ(ppm):8.17(s,2H),7.01(s,2H),2.94(t,4H,J =7.6Hz),1.77-1.55(m,4H),1.42-1.37(m,8H),0.90(t,6H,J =6.8Hz)
實例2
反應流程2：
合成2-己基-噻吩(5b)
向噻吩(17.6g，0.21mol)於無水THF(100mL)中之經冷卻(-70℃)混合物中逐滴添加n-BuLi(137.5ml，1.6M，0.22mol)於己烷中之溶液。在0℃下攪拌1小時後，將混合物冷卻至-40℃，接著添加1-己基溴(0.22mol)。將混合物緩慢加熱至室溫。添加水(250mL)且用***(3×150mL)萃取混合物。用MgSO4 乾燥合併之有機部分且在真空中濃縮。藉助於真空蒸餾純化產物。該產物係根據通用程序製備且以無色油狀物形式獲得(26.5g，75%)。
合成5-己基-2-三甲基錫烷基噻吩(4b)
將2-己基噻吩(23.0g，0.137mol)溶解於250ml THF中，且在0℃下逐滴添加n-BuLi(94ml，1.6M於己烷中，0.150mol)。在0℃下將混合物攪拌1h且隨後將其冷卻至-78℃。逐滴添加三甲基氯化錫(32.8g，0.164mol)於100ml THF中之溶液。使混合物緩慢加溫至室溫且攪拌2小時。用冰水驟冷且水性處理後，在高真空下在108℃下蒸餾產物。獲得呈無色液體狀之5-己基-2-三甲基錫烷基噻吩(40.8g，產率90%)。
合成5,5'-(2,5-雙(甲基亞磺醯基)-1,4-伸苯基)雙(2-己基噻吩)(2b)
將1,4-二溴-2,5-雙(甲基亞磺醯基)苯3 (0.900g，2.5mmol)添加至4b (1.82g，5.5mmol)於無水DMF(30mL)中之溶液中，且用Ar沖洗所得混合物30min。隨後添加Pd(PPh3 )4 (87mg，0.075mmol)，且將反應混合物加熱至80℃隔液。在高真空下移除過量的DMF，且將殘餘物溶解於乙酸乙酯中且用10% KF水溶液處理。經由矽藻土墊過濾混合物。用MgSO4 乾燥濾液，過濾且在真空中移除溶劑。經由急驟層析(矽膠，溶離劑：己烷/THF 1:1)純化粗產物，得到1g(75%)2b 。
合成二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(1b)
向10ml圓底燒瓶中裝入5,5'-(2,5-雙(甲基亞磺醯基)-1,4-伸苯基)雙(2-己基噻吩)(2b )(200mg，0.53mmol)、五氧化二磷(28mg，0.2mmol)及三氟甲烷磺酸(6ml)。在室溫下將混合物攪拌72小時，得到深棕色溶液，隨後將其傾入冰水(100ml)中。藉由抽吸過濾收集黃色沈澱且在真空下乾燥。假定該不可溶於非極性有機溶劑中之化合物之結構為鋶鹽。藉由使該固體在吡啶(40ml)中回流12h來實現其脫甲基化。當將懸浮液冷卻至室溫時，添加大量CH2 Cl2 以萃取產物。以己烷為溶離劑，由此獲得呈灰白色粉末狀之二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(1b )(120mg，70%)。
實例3
合成2-丙基-5-三甲基錫烷基噻吩(4c)
將2-丙基噻吩(5.0g，39.6mmol)溶解於160ml THF中，且在0℃下逐滴添加n-BuLi(27ml，1.6M於己烷中，43.6mmol)。在0℃下將混合物攪拌1h，且隨後將其冷卻至-78℃。逐滴添加三甲基氯化錫(8.679g，43.6mmol)於50ml THF中之溶液。使混合物緩慢加溫至室溫且攪拌2小時。用冰水驟冷且水性處理後，獲得呈淺棕色液體狀之產物(10.1348g，產率88.6%)。
1 H NMR(CDCl3 )δ(ppm):7.02-7.01(m,1H),6.91-6.90(m,1H),2.84(t,2H,J =7.6Hz),1.74-1.69(m,4H),0.986(t,6H,J =7.6Hz),0.341(s,9H)
合成5,5'-(2,5-雙(甲基亞磺醯基)-1,4-伸苯基)雙(2-丙基噻吩)(2c)
將1,4-二溴-2,5-雙(甲基亞磺醯基)苯3 (2.60g，7.21mmol)添加至2-丙基-5-三甲基錫烷基噻吩(5.0g，17.3mmol)於無水甲苯(48mL)中之溶液中，且用氮氣沖洗所得混合物30min。隨後添加Pd(PPh3 )4 (0.833g，0.072mmol)，且將反應混合物加熱至100℃隔夜。在高真空下移除過量的甲苯，且將殘餘物溶解於乙酸乙酯中且用10%KF水溶液處理。經由矽藻土墊過濾混合物。用MgSO4 乾燥濾液，過濾且在真空中移除溶劑。經由急驟層析(矽膠，溶離劑：己烷/EA 2:1)純化粗產物，得到2.63g(81%)2c 。
1 H NMR(CDCl3 )δ(ppm):8.13(s,2H),7.08(d,2H,J =3.6Hz),6.80(d,2H,J =3.6Hz),2.76(t,4H,J =7.2Hz),2.50(s,6H),1.70-1.65(m,4H),0.94(t,6H,J =7.2Hz)
合成二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(1c)
向圓底燒瓶中裝入5,5'-(2,5-雙(甲基亞磺醯基)-1,4-伸苯基)雙(2-丙基噻吩)(2c )(1.0g，2.2mmol)、五氧化二磷(0.1g，0.703mmol)及三氟甲烷磺酸(20ml)。在室溫下將混合物攪拌72小時，得到深棕色溶液，隨後將其傾入冰水(120ml)中。藉由抽吸過濾收集黃色沈澱且在真空下乾燥。假定該不可溶於非極性有機溶劑中之化合物之結構為鋶鹽。藉由使該固體在吡啶(167ml)中回流12h來實現其脫甲基化。當將懸浮液冷卻至室溫時，添加大量CH2 Cl2 以萃取產物。以己烷為溶離劑且在二氯甲烷中再結晶，由此獲得呈灰白色粉末狀之二噻吩并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(1c )(370mg，43%)。
1 H NMR(CDCl3 )δ(ppm):8.17(s,2H),7.01(s,2H),2.93(t,4H,J =7.6Hz),1.83-1.77(m,4H),1.04(t,6H,J =7.2Hz)
實例4：使用化合物1-4製備OFET
化合物
1：R=CH 3
2：R=C 6 H 1 3
3：R=2-乙基己基
4：R=C 9 H 19
對於所有裝置，使用具有150nm厚之熱生長之二氧化矽層的重摻雜矽晶圓作為基板。對於底閘極底接觸式OFET，藉由習知光刻技術在SiO2 頂部上界定通道長度為10μm且寬度為5mm之源電極及汲電極，接著藉由Cr/Au蒸鍍至2/40nm之高度。
對於底閘極頂接觸式OFET，藉由蔽蔭遮罩界定通道長度為25μm且寬度為290μm之源電極及汲電極，接著藉由Au蒸鍍至80nm之高度。
為處理界面陷阱，使用未經處理或經苯基三乙氧基矽烷(PTES)或六甲基二矽氮烷(HMDS)處理之介電質。其中，經由將基板浸入0.1體積% THF溶液中達兩小時，接著在120℃下熱處理兩小時來沈積PTES。HMDS係在120℃下歷時3小時自氣相沈積。
為影響自電極注入半導體中及/或以相反方式之電荷載流子注入，使用不同硫醇(例如，丙硫醇、辛硫醇、十六硫醇、4-硝基苯硫醇、全氟癸硫醇、五氟苯硫醇)，經由將基板浸入0.1體積%乙醇溶液中達24小時來覆蓋電極。
對於半導體之溶液加工，使用常見有機溶劑，如甲苯、氯仿、THF、氯苯或二氯苯。滴落塗布及旋塗、退火加工及所有電量測均係在氮氣氛下在手套箱(glovebox)中執行，而浸塗及區域澆鑄係在周圍條件下進行。裝置特性係用Keithley 4200-SCS量測。
為展示半導體分子之電勢，藉由在具有經五氟苯硫醇處理之電極之未經處理SiO2 基板上旋塗(4000min-1 ，40s)化合物1-4溶液，來製造底閘極底接觸式OFET。其中，對於化合物1使用氯苯，因為其不可溶於用於化合物2-4之氯仿中。在100℃下使樣品退火30min後，獲得在飽和狀態下高達0.1cm2 -V-1 -s-1 之電洞遷移率及高達107 之接通/斷開比。結果概述於表1中。
遷移率
為了能與其他有機FET比較，由標準場效電晶體等式計算遷移率(μ)。在傳統金屬-絕緣體-半導體FET(MISFET)中，ISD 對VSD 曲線在不同VG 下通常為線性且飽和之狀態(其中ISD 為源極-汲極飽和電流，VDS 為源極與汲極之間的電勢，且VG 為閘極電壓)。在高VSD 下，電流飽和且由下式給出：
(ISD )sat =(WCi /2L)/μ(VG -Vt )2 　(1)
其中L及W分別為裝置之通道長度及寬度，Ci 為介電質之電容，且Vt 為臨限電壓。因此，藉由重新整理等式(1)來計算飽和狀態下之遷移率(μ)：
μsat =(2IsD L)/[WCi (VG -Vt )2 ]　(2)
轉移特性：如圖2中所示，在給定VSD 下，自源電極流至汲電極之電流(ISD )隨VG 增加幾乎以二次方增加。在轉移曲線之典型代表中，將ISD 之平方根對VG 作圖。在該圖中，可以VG 對(IDS )1/2 之圖之線性部分的x截距估算臨限電壓(Vt )。
表1：旋塗於五氟苯硫醇處理之底閘極底接觸式裝置上之化合物1-4的FET特性(基於每一化合物5個電晶體之值)
迄今為止，最佳結果係藉由在未經處理SiO2 底閘極頂接觸式裝置上浸塗(0.5μm s-1 )2mg ml-1 化合物2之甲苯溶液獲得。所得膜高度結晶，其中大晶疇延伸數毫米且展現光學各向異性。如自圖2中所說明之飽和狀態之電晶體特性推斷，獲得1.4cm2 V-1 s-1 之電洞遷移率及108 之接通/斷開比，此展示典型的FET轉移特性。將源電極與汲電極之間的電流對閘極偏壓作圖。為使曲線線性化，將閘極偏壓對源極/汲極電流之平方根作圖。
實例5 製備OTFT
溶液製備：對於樣品1至4，將化合物以2mg/ml或5mg/ml之濃度溶解於二甲苯中。隨後將溶液加熱至50℃，之後使用0.45μm過濾器過濾溶液。
對於樣品5，將1重量%化合物及0.75重量%聚苯乙烯溶解於甲苯中。隨後在50℃下加熱溶液，之後使用0.45μm過濾器過濾。
裝置製造： 樣品1至3
為製造底閘極頂接觸式裝置(BGTC)，使用具有200nm熱生長之SiO2 之未經處理Si基板。首先將基板加熱至70℃或80℃，之後將溶液滴落塗布於其上。滴落塗布係在周圍氣氛下進行。膜完全乾燥後，在其上蒸鍍35nm金源電極及汲電極。通道寬度與長度之比率為70。
對於樣品3，使膜退火，之後在惰性氣氛下在100℃下金沈積30分鐘。
樣品4
為製造底閘極頂接觸式裝置，使用具有天然SiO2 之未經處理Si基板。首先，在基板上旋塗可交聯聚合物介電質以達到500nm之厚度。隨後使其在UV下固化2分鐘，之後使用加熱板在100℃下乾燥2分鐘。
隨後將基板加熱至70℃，之後在其上滴落塗布溶液。滴落塗布係在周圍氣氛下進行。膜完全乾燥後，在其上蒸鍍35nm金源電極及汲電極。通道寬度與長度之比率為70。
樣品5
為製造底閘極頂接觸式裝置，使用具有200nm熱生長之SiO2 之未經處理Si基板。在周圍氣氛下，以12.5mm/min之牽引速率浸塗基板。隨後在其上蒸鍍35nm金源電極及汲電極。通道寬度與長度之比率為70。
裝置製造概述於下表1中：
用Keithley 4200-SCS量測裝置特性。結果概述於下表2中：
2、2'、2"及2'''‧‧‧源極接觸
4、4'、4"及4'''‧‧‧汲極接觸
6、6'、6"及6'''‧‧‧半導體層
8、8'、8"及8'''‧‧‧介電層
10、10'、10"及10'''‧‧‧閘極接觸
12、12'、12"及12'''‧‧‧基板
圖1說明四種常見之OFET結構類型。
圖2表示在給定源極與汲極之間的電勢(VSD )下，源極-汲極飽和電流(ISD )與閘極電壓(VG )之關係，及ISD 之平方根(ISD 1/2 )與VG 之關係。
2、2'、2"及2'''．．．源極接觸
4、4'、4"及4'''．．．汲極接觸
6、6'、6"及6'''．．．半導體層
8、8'、8"及8'''．．．介電層
10、10'、10"及10'''．．．閘極接觸
12、12'、12"及12'''．．．基板

Claims (12)

  1. 一種通式(I)之二噻吩并苯并二噻吩： 其中：R1 至R6 各自獨立地選自：a)H、f)C1-20 烷基、i)C1-20 烷氧基或m)-Y-C6-14 芳基，其中該C1-20 烷基及該C6-14 芳基各自未經取代或經1-4個R7 基團取代，R7 獨立地選自：a)鹵素、b)-CN、c)-NO2 、d)側氧基、e)-OH、f)-NH2 、g)-NH(C1-20 烷基)、h)-N(C1-20 烷基)2 、i)-N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、j)-N(C6-14 芳基)2 、k)-S(O)m H、l)-S(O)m -C1-20 烷基、m)-S(O)2 OH、n)-S(O)m -OC1-20 烷基、o)-S(O)m -OC6-14 芳基、p)-CHO、q)-C(O)-C1-20 烷基、r)-C(O)-C6-14 芳基、s)-C(O)OH、t)-C(O)-OC1-20 烷基、u)-C(O)-OC6-14 芳基、v)-C(O)NH2 、w)-C(O)NH-C1-20 烷基、x)-C(O)N(C1-20 烷基)2 、y)-C(O)NH-C6-14 芳基、z)-C(O)N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、aa)-C(O)N(C6-14 芳基)2 、ab)-C(S)NH2 、ac)-C(S)NH-C1-20 烷基、ad)-C(S)N(C1-20 烷基)2 、ae)-C(S)N(C6-14 芳基)2 、af)-C(S)N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、ag)-C(S)NH-C6-14 芳基、ah)-S(O)m NH2 、ai)-S(O)m NH(C1-20 烷基)、aj)-S(O)m N(C1-20 烷基)2 、ak)-S(O)m NH(C6-14 芳基)、al)-S(O)m N(C1-20 烷基)-C6-14 芳基、am)-S(O)m N(C6-14 芳基)2 、an)-SiH3 、ao)-SiH(C1-20 烷基)2 、ap)-SiH2 (C1-20 烷基)、aq)-Si(C1-20 烷基)3 、ar)C1-20 烷基、as)C2-20 烯基、at)C2-20 炔基、au)C1-20 烷氧基、av)C1-20 烷硫基、aw)C1-20 鹵烷基、ax)C3-10 環烷基、ay)C6-14 芳基、az)鹵芳基、ba)3-12員環雜烷基或bb)5-14員雜芳基，Y 獨立地選自二價C1-6 烷基、二價C1-6 鹵烷基或一共價鍵；且m 獨立地選自0、1或2。
  2. 如請求項1之二噻吩并苯并二噻吩，其中R5 及R6 為氫。
  3. 如請求項1或2之二噻吩并苯并二噻吩，其中R3 至R6 為氫。
  4. 一種如請求項1至3中任一項之二噻吩并苯并二噻吩之用途，其係用作半導體或電荷輸送材料、用作薄膜電晶體(TFT)或用於有機發光二極體(OLED)之半導體組件中、用於光伏打組件或用於感應器中、用作電池之電極材料、用作光波導或用於電子照相術應用中。
  5. 一種組合物，其包含一或多種溶解或分散於液體介質中 之如請求項1至3中任一項之二噻吩并苯并二噻吩。
  6. 一種薄膜半導體，其包含一或多種如請求項1至3中任一項之二噻吩并苯并二噻吩。
  7. 一種複合物，其包含基板及沈積於該基板上之如請求項6之薄膜半導體。
  8. 一種製備如請求項7之複合物之方法，其包含將如請求項1至3中任一項之二噻吩并苯并二噻吩溶解於液體介質中以形成一溶液；將該溶液沈積於基板上；及移除溶劑以在該基板上形成一薄膜半導體。
  9. 如請求項8之方法，其中藉由旋塗、浸塗、滴落塗布或印刷來沈積該溶液。
  10. 一種場效電晶體裝置，其包含如請求項6之薄膜半導體或如請求項7之複合物。
  11. 一種光伏打裝置，其包含如請求項6之薄膜半導體或如請求項7之複合物。
  12. 一種有機發光二極體裝置，其包含如請求項6之薄膜半導體或如請求項7之複合物。
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