晶体管、半导体膜、半导体材料及它们的制造或合成方法、化合物、晶体管用材料、涂布液技术

一种有机晶体管，其具有半导体有源层，该半导体有源层含有由下式表示且分子量为3000以下的化合物(X为氧、硫、硒、碲原子或NR

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及化合物、非发光性有机半导体器件用有机半导体材料、有机晶体管用材料、非发光性有机半导体器件用涂布液、有机晶体管的制造方法、有机半导体膜的制造方法、非发光性有机半导体器件用有机半导体膜、有机半导体材料的合成方法。详细地说，本专利技术涉及具有稠环骨架结构的化合物、含有该化合物的有机晶体管、含有该化合物的非发光性有机半导体器件用有机半导体材料、含有该化合物的有机晶体管用材料、含有该化合物的非发光性有机半导体器件用涂布液、使用了该化合物的有机半导体膜的制造方法、使用了该非发光性有机半导体器件用涂布液的有机晶体管的制造方法、含有该化合物的非发光性有机半导体器件用有机半导体膜、有机半导体材料的合成方法。
技术介绍
使用有机半导体材料的器件与现有的使用硅等无机半导体材料的器件相比，可以预见到各种优越性，因此，引起了高度的关注。作为使用有机半导体材料的器件的例子，可以举出：使用有机半导体材料作为光电转换材料的有机薄膜太阳能电池、固体摄像器件等光电转换元件、非发光性(本说明书中，“非发光性”是指，在室温、大气下以0.1mW/cm2的电流密度向器件中通入电流时，发光效率为1lm/W以下。说到非发光性有机半导体器件，可以举出除有机电致发光元件等发光性有机半导体器件以外的有机半导体器件的有机晶体管(有时也称为有机薄膜晶体管)。使用有机半导体材料的器件与使用无机半导体材料的器件相比，能够以低温、低成本制作大面积的元件。而且，通过改变分子结构，能够容易地改变材料特性，因此，材料的变化丰富，能够实现利用无机半导体材料无法得到的功能、元件。正在进行通过在半导体有源层中使用具有稠环骨架结构的化合物作为有机晶体管材料来提高载流子迁移率、提高晶体管性能的研究。例如，专利文献1记载了在具有稠环骨架的有机半导体聚合物以及具有稠环骨架的有机半导体聚合物的合成中使用的低分子化合物，对于将具有稠环骨架的有机半导体聚合物应用于有机晶体管时的载流子迁移率进行了研究。另一方面，已知将与专利文献1记载的具有稠环骨架的有机半导体聚合物类似的具有稠环骨架的化合物用于有机晶体管以外的元件的例子。例如，专利文献2中记载了在有机薄膜太阳能电池的光电转换层中使用具有稠环骨架的有机半导体聚合物的例子。还已知使用了与专利文献1记载的具有稠环骨架的有机半导体聚合物类似的具有稠环骨架的低分子化合物的例子。例如，专利文献3中记载了一种有机电致发光(electroluminescence)元件材料，其含有具有5个芳香环的稠环作为部分结构的化合物，该5个芳香环的稠环是将含有硫属元素原子的芳香族杂环作为构成要件之一的。另外，专利文献4中公开了作为有机电子材料用新化合物的具有5环稠环骨架的化合物，并公开了将其用于有机电致发光元件的例子。需要说明的是，专利文献5中公开了含有具有稠环骨架的锡偶氮颜料作为光电导体的电子照相感光体的例子。此外，非专利文献1中，作为在噻吩并[3,2-f:4,5-f’]双[1]苯并噻吩(以下也称为TBBT)上取代有碳原子数为6的烷基的化合物C6-TBBT、在噻吩并[3,2-f:4,5-f’]双[1]苯并噻吩上取代有碳原子数为12的烷基的化合物C12-TBBT的合成方法和物性，公开了吸收/发射光谱、CV(循环伏安法)。需要说明的是，非专利文献1中，虽然在非专利文献1的前序部分有在有机晶体管中的应用的记载，但没有迁移率等有机晶体管特性评价的记载。现有技术文献专利文献专利文献1：CN102206225A专利文献2：日本特开2013-235903号公报专利文献3：日本特开2010-045281号公报专利文献4：国际公开WO2011/126225号专利文献5：日本特开昭63-180960号公报非专利文献非专利文献1：Tetrahedron 66(2010)8778～8784
技术实现思路
专利技术所要解决的课题基于这样的状况，本专利技术人对使用专利文献1、2、4、5和非专利文献1记载的化合物的有机晶体管进行了研究，结果可知，载流子迁移率低。因此，本专利技术人为了解决这样的现有技术的课题进行了研究。本专利技术所要解决的课题在于提供载流子迁移率高的有机晶体管。用于解决课题的手段为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现，通过使特定的取代基取代到具有特定的5环稠环结构的骨架上，能够得到载流子迁移率高的有机晶体管，从而完成了本专利技术。作为用于解决上述课题的具体手段的本专利技术具有如下构成。[1]一种有机晶体管，其具有半导体有源层，所述半导体有源层含有由下述通式(1)表示且分子量为3000以下的化合物，通式(1)[化1]通式(1)中，X表示氧原子、硫原子、硒原子、碲原子或NR5；Y和Z各自独立地表示CR6、氧原子、硫原子、硒原子、氮原子或NR7，2个Y彼此可以相同也可以不同，2个Z彼此可以相同也可以不同；含有Y和Z的环为芳香族杂环；R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；R3和R4中的任意一个与苯环可以经由下述二价连接基团组A而键合；二价连接基团组A表示-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-和-SO2-中的任意一个二价连接基团、或者表示2个以上的这些二价连接基团键合而成的二价连接基团；R1、R2、R5、R6、R7和R8各自独立地表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基；R3和R4各自独立地表示烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，在m为2的情况下，R3彼此可以相同也可以不同，在n为2的情况下，R4彼此可以相同也可以不同；m和n各自独立地为0～2的整数；其中，将Y和Z均为CR6的情况、以及Y和Z均为氮原子和NR7中的任意一个的情况除外；在X为NR5、Y为CR6且Z为硫原子的情况下，将R1和R2均为氢原子的情况除外；在X为硫原子、Y为CH、Z为硫原子且R1和R2均为烷基的情况下，R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环经由上述二价连接基团组A而键合；将R1和R2均为氢原子且m和n均为0的情况除外。[2][1]所述的有机晶体管中，优选通式(1)中，含有Y和Z的芳香族杂环各自独立地为噻吩环、呋喃环、吡咯环、噻唑环和噁唑环中的任意一种。[3][1]或[2]所述的有机晶体管中，优选通式(1)中，R1、R2、R3和R4所含有的碳原子数为30以下。[4][1]～[3]中任一项所述的有机晶体管中，优选通式(1)中，m和n均为0。[5][1]～[4]中任一项所述的有机晶体管中，优选通式(1)中，R1和R2各自独立地是碳原子数为20以下的烷基、碳原子数为20以下的芳基或碳原子数为20以下的杂芳基。[6][1]～[5]中任一项所述的有机晶体管中，优选通式(1)中，R1与R2相同，R3与R4相同，并且m与n相同。[7][1]～[6]中任一项所述的有机晶体管中，优选由通式(1)表示且分子量为3000以下的化合物是由下述通式(2)或通式(3)表示且分子量为3000以下的化合物，通式(2)和(3)中，X’各自独立地表示氧原子、硫原子或硒原子；Y’和Z’各自独立地选自NR7、氧原子、硫原子、硒原子中；含有Y’和Z’的环为芳香族杂环；R1与含有Y’和Z’的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；R3与苯环可以经由下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机晶体管，其具有半导体有源层，所述半导体有源层含有由下述通式(1)表示且分子量为3000以下的化合物，通式(1)[化1]通式(1)中，X表示氧原子、硫原子、硒原子、碲原子或NR5；Y和Z各自独立地表示CR6、氧原子、硫原子、硒原子、氮原子或NR7，2个Y彼此可以相同也可以不同，2个Z彼此可以相同也可以不同；含有Y和Z的环为芳香族杂环；R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；R3和R4中的任意一个与苯环可以经由下述二价连接基团组A而键合；所述二价连接基团组A表示‑O‑、‑S‑、‑NR8‑、‑CO‑、‑SO‑和‑SO2‑中的任意一个二价连接基团、或者表示2个以上的这些二价连接基团键合而成的二价连接基团；R1、R2、R5、R6、R7和R8各自独立地表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基；R3和R4各自独立地表示烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，在m为2的情况下，R3彼此可以相同也可以不同，在n为2的情况下，R4彼此可以相同也可以不同；m和n各自独立地为0～2的整数；其中，将Y和Z均为CR6的情况、以及Y和Z均为氮原子和NR7中的任意一个的情况除外；在X为NR5、Y为CR6且Z为硫原子的情况下，将R1和R2均为氢原子的情况除外；在X为硫原子、Y为CH、Z为硫原子且R1和R2均为烷基的情况下，R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环经由所述二价连接基团组A而键合；将R1和R2均为氢原子且m和n均为0的情况除外。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.26 JP 2014-063111;2015.03.12 JP 2015-049031.一种有机晶体管，其具有半导体有源层，所述半导体有源层含有由下述通式(1)表示且分子量为3000以下的化合物，通式(1)[化1]通式(1)中，X表示氧原子、硫原子、硒原子、碲原子或NR5；Y和Z各自独立地表示CR6、氧原子、硫原子、硒原子、氮原子或NR7，2个Y彼此可以相同也可以不同，2个Z彼此可以相同也可以不同；含有Y和Z的环为芳香族杂环；R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；R3和R4中的任意一个与苯环可以经由下述二价连接基团组A而键合；所述二价连接基团组A表示-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-和-SO2-中的任意一个二价连接基团、或者表示2个以上的这些二价连接基团键合而成的二价连接基团；R1、R2、R5、R6、R7和R8各自独立地表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基；R3和R4各自独立地表示烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，在m为2的情况下，R3彼此可以相同也可以不同，在n为2的情况下，R4彼此可以相同也可以不同；m和n各自独立地为0～2的整数；其中，将Y和Z均为CR6的情况、以及Y和Z均为氮原子和NR7中的任意一个的情况除外；在X为NR5、Y为CR6且Z为硫原子的情况下，将R1和R2均为氢原子的情况除外；在X为硫原子、Y为CH、Z为硫原子且R1和R2均为烷基的情况下，R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环经由所述二价连接基团组A而键合；将R1和R2均为氢原子且m和n均为0的情况除外。2.根据权利要求1所述的有机晶体管，其中，所述通式(1)中，含有Y和Z的芳香族杂环各自独立地为噻吩环、呋喃环、吡咯环、噻唑环和噁唑环中的任意一种。3.根据权利要求1或2所述的有机晶体管，其中，所述通式(1)中，R1、R2、R3和R4所含有的碳原子数为30以下。4.根据权利要求1～3任一项所述的有机晶体管，其中，所述通式(1)中，m和n均为0。5.根据权利要求1～4任一项所述的有机晶体管，其中，所述通式(1)中，R1和R2各自独立地是碳原子数为20以下的烷基、碳原子数为20以下的芳基或碳原子数为20以下的杂芳基。6.根据权利要求1～5任一项所述的有机晶体管，其中，所述通式(1)中，R1与R2相同，R3与R4相同，并且m与n相同。7.根据权利要求1～6任一项所述的有机晶体管，其中，由所述通式(1)表示且分子量为3000以下的化合物是由下述通式(2)或通式(3)表示且分子量为3000以下的化合物，通式(2)和(3)中，X’各自独立地表示氧原子、硫原子或硒原子；Y’和Z’各自独立地选自NR7、氧原子、硫原子、硒原子中；含有Y’和Z’的环为芳香族杂环；R1与含有Y’和Z’的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；R3与苯环可以经由下述二价连接基团组A而键合；所述二价连接基团组A表示-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-和-SO2-中的任意一个二价连接基团、或者表示2个以上的这些二价连接基团键合而成的二价连接基团；R1、R7和R8各自独立地表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，2个以上的R1彼此可以相同也可以不同；R3各自独立地表示烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，在m为2的情况下，R3彼此可以相同也可以不同；m各自独立地为0～2的整数；其中，将Y’和Z’均为NR7的情况除外；通式(2)中，在X’为硫原子、Z’为硫原子且R1为烷基的情况下，R1与含有Z’的芳香族杂环经由所述二价连接基团组A而键合；将R1为氢原子且m均为0的情况除外。8.根据权利要求1～7任一项所述的有机晶体管，其中，由所述通式(1)表示且分子量为3000以下的化合物是由下述通式(4)或通式(5)表示且分子量为3000以下的化合物，通式(4)和(5)中，X’各自独立地表示氧原子、硫原子或硒原子；R1与含有X’的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；所述二价连接基团组A表示-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-和-SO2-中的任意一个二价连接基团、或者表示2个以上的这些二价连接基团键合而成的二价连接基团；R1和R8各自独立地表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，2个以上的R1彼此可以相同也可以不同；其中，通式(4)中，在X’均为硫原子且R1为烷基的情况下，R1与含有X’的芳香族杂环经由所述二价连接基团组A而键合；将R1为氢原子的情况除外。9.根据权利要求8所述的有机晶体管，其中，所述通式(4)或通式(5)中，R1具有脂肪族烃基。10.根据权利要求8或9所述的有机晶体管，其中，所述通式(4)或通式(5)中，R1为具有直链脂肪族烃基的芳基或具有直链脂肪族烃基的杂芳基。11.一种化合物，其由下述通式(1A)表示且分子量为3000以下，通式(1A)[化4]通式(1A)中，X表示氧原子、硫原子、硒原子、碲原子或NR5；Y和Z各自独立地表示CR6、氧原子、硫原子、硒原子、氮原子或NR7，2个Y彼此可以相同也可以不同，2个Z彼此可以相同也可以不同；含有Y和Z的环为芳香族杂环；R1和R2中的任意一个与含有Y和Z的芳香族杂环可以经由下述二价连接基团组A而键合；R3和R4中的任意一个与苯环可以经由下述二价连接基团组A而键合；所述二价连接基团组A表示-O-、-S-、-NR8-、-CO-、-SO-和-SO2-中的任意一个二价连接基团、或者表示2个以上的这些二价连接基团键合而成的二价连接基团；R1、R2、R5、R6、R7和R8各自独立地表示氢原子、烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基；R3和R4各自独立地表示烷基、烯基、炔基、芳基或杂芳基，并可以进一步具有取代基，在m为2的情况下，R3彼此可以相同也可以不同，在n为2的情况下，R4彼此可以相同也可以不同；m和n各自独立地为0～2的整数；其中，将Y和Z均为CR6的情况、以及Y和Z均为氮原子和NR7中的任意一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：津山博昭，野村公笃，宇佐美由久，福崎英治，小柳雅史，北村哲，渡边哲也，冈本敏宏，竹谷纯一，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP