含有π电子共轭体系分子的硅化合物及其制造方法技术

本发明专利技术提供了式（Ⅰ）所示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，式中，Ｒ１是由２个以上的构成多个π电子共轭体系的单元结合而成的有机基团；Ｒ２是疏水基团；Ｘ１～Ｘ３可以相同也可以不同，是可水解产生羟基的基团或者氢原子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
该专利技术涉及。更详细涉及作为电气材料有用的，作为导电性或者半导电性的新物质的。
技术介绍
近年，由于可以合成制造简单、容易加工、可应对装置的大型化的，并且预计通过大量生产而下降成本的，与无机材料比较具有多种功能的有机化合物，因此相对使用无机材料的半导体，正在对使用有机化合物的半导体(有机半导体)进行研究开发，并有其成果的报道。其中，已知有通过利用含有π电子共轭体系分子的有机化合物，可以制造具有较大迁移率的TFT。作为该有机化合物，有关于其代表例的并五苯的报告(例如，IEEE Electron Device Lett.，18，606-608(1997)非专利文献)。在该报告中，报道了使用并五苯制造有机半导体层，如用该有机半导体层形成TFT则场效应迁移率可达1.5cm2/Vs，可以制造出具有较无定形硅更大的迁移率的TFT。但是，在制造上述所示的具有较无定形硅更大的场效应迁移率的有机半导体层时，需要电阻加热蒸镀法或分子束蒸镀法等真空工序。因此制造工序繁杂，而且只有在特定的条件才得到具有结晶性的膜。另外由于通过真空工序有机化合物膜在基板上的吸附是物理吸附，因此膜对基板的吸附强度低，存在容易剥离的问题。为了在一定程度上控制膜中的有机化合物的分子的取向，通常预先对形成膜的基板进行通过摩擦处理等的取向控制。但是，在由物理吸附进行的成膜中，还没有关于可以控制在物理吸附着的有机化合物膜与基板的界面处的化合物的分子的整合性和取向性的报道。另一方面，关于对作为TFT的特性的代表性指标的场效应迁移率带来很大影响的膜的规整性和结晶性，近年来利用使用制造简单的有机化合物的自组织膜进行了研究。自组织膜是使有机化合物的一部分与基板表面的官能团结合，缺陷极少、具有高有序性即结晶性的膜。该自组织膜由于制造方法非常简便，因而容易在基板上形成薄膜。通常，作为自组织膜，已知有在金基板上形成的硫醇薄膜和在通过亲水化处理使羟基从表面突出的基板(例如，硅基板)上形成的硅化合物膜。其中，从高耐久性的考虑，硅化合物膜引起人们的注意。一直以来，硅化合物膜被作为斥水性涂层来使用，并使用斥水效果高的具有烷基或氟化烷基作为有机官能团的硅烷偶联剂进行成膜。然而，自组织化膜的导电性由膜中含有的硅化合物中的有机官能团来决定，但是市售的硅烷偶联剂中没有在有机官能团中具有π电子共轭体系分子的化合物。因此，期望得到适合于如TFT装置的，含有π电子共轭体系分子作为有机官能团的硅化合物。作为这样的硅化合物，有人提出了在分子末端具有一个噻吩环作为官能团的化合物，其中，噻吩环通过直链烃基与硅原子连接(例如，日本专利特许第2889768号公报专利文献1)。另外，作为使用有机分子的自组织化法，例如已提出利用化学吸附法形成防静电膜的方法(例如，日本专利特开平5-202210号公报专利文献2)。该方法是隔着硅氧烷系单分子使导电性的化学吸附膜在表面形成，在导电性为10-10S/cm以下的基材的表面上形成导电性在10-5S/cm以上的化学吸附膜的方法。非专利文献IEEE Electron Deivice Lett.，18-606-608(1997)专利文献1日本专利特许第2889768号公报专利文献2日本专利特开平5-202210号公报专利技术的揭示然而，虽然上述提出的化合物可以制成可与基板化学吸附的自组织膜，但是，未必能够制成可用于TFT等电子装置的具有高有序性、结晶性、导电性的薄膜。为了得到高有序性即高结晶性，在分子间存在高的相互引力作用是必要的。分子间力由吸引力和排斥力构成，前者与分子间距离的6次幂成反比，后者与分子间距离的12次幂成反比。因此，分子间力是吸引力和排斥力之和，具有附图说明图1所示的关系。在此，图1中的最小点(图中的箭头部分)是吸引力和排斥力平衡过后，在分子间最大吸引力作用时的分子间距离。即，为了得到更高的结晶性，使分子间距离尽量接近最小点是重要的。因此，原本在电阻加热蒸镀法或分子束蒸镀法等真空工序中，只有在特定的条件下，才可以通过良好控制π电子共轭体系分子之间的分子间相互作用，得到高有序性即结晶性的膜。这样，只有通过由分子间相互作用构成的结晶性才能表现出高导电性。另一方面，上述化合物通过形成Si-O-Si的二维网状结构，与基板进行化学吸附，并且通过特定的长链烷基之间的分子间相互作用达到有序性。但是，该化合物由于只有一个噻吩分子是对π电子共轭体系有作用的官能团，因此存在分子间的相互作用弱、对导电性不可缺的π电子共轭体系的范围很小的问题。即使增加作为上述官能团的噻吩分子的分子数量，也难以满足形成膜的有序性的因子，即难以在长链烷基部分和噻吩部分之间使分子间相互作用整合一致。而且，对导电特性，作为官能团的1个噻吩分子中，HOMO-LUMO能隙较大，即使作为有机半导体层使用于TFT等中，也不能获得充分的载流子(carrier)迁移率。本专利技术经认真反复研究上述课题而完成，以下述事项为目的。即，为了可以通过使用溶液工艺的简便制造方法容易地使之结晶化形成薄膜，同时为了可以使所得的薄膜牢固的吸附在基板表面上从而防止物理剥离，并且为制造具有高有序性、结晶性、导电性的薄膜，提供新的含有π电子共轭分子的有机硅化合物及其制造方法。另外，其目的还在于，提供作为TFT这样的电子装置使用时，可以充分确保载流子迁移率的化合物及其制造方法。为了达到上述目的，专利技术者们经过认真研究，结果发现对于制备适用于TFT这样的电子装置的薄膜，通过形成Si-O-Si的二维网状结构可以与基板牢固化学结合的同时，通过Si-O-Si的二维网状结构上形成的分子(在此为π电子共轭分子)的相互作用即分子间力可以控制该薄膜的有序性(结晶性)的化合物是必要的。并据此完成了本专利技术，提供了新的含有π电子共轭分子的有机硅化合物。而且，本专利技术的本专利技术者们还发现了，通过在分子结构中导入疏水基团，可以提高化合物对有机溶剂的溶解性，同时，使用该化合物时可以均一形成自组织化膜。通过本专利技术，提供了式(I) 式(I)(式中，R1是由2个以上的构成多个π电子共轭体系的单元结合而成的有机基团；R2是疏水基团；X1～X3可以相同也可以不同，是可水解产生羟基的基团或者氢原子。)所示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物。另外，通过本专利技术，提供式(II) 式(II)(式中，R1、R2、X1～X3与上述相同，R3是疏水基团。)所示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物。另外，通过本专利技术，提供了含有π电子共轭体系分子的硅化合物的制造方法，其特征在于，通过使式(III)R2-R1-Z或者式(IV)R2-R1-R3-Z(式中，R1～R3含义与上述相同，Z为MgX(X为卤素原子)或者Li)所示的化合物与式(V) 式(V)(式中，X1～3的含义与上述相同，Y为氢原子、卤素原子或者低级烷氧基。)所示的化合物反应，制造式(I) 式(I) 或者式(II) 式(II)(式中，R1～R3以及X1～3的含义同上)所示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物。本专利技术的有机硅化合物由于具有疏水基团，因此对非水系溶剂具有较高的溶解性。因此例如在形成薄膜时，可以采用比较简便方法的溶液工序。另外，本专利技术的有机硅化合物通过在具有π电子共轭体系分子的有机硅化合物间形成的Si-O-Si的二维网状本文档来自技高网...

【技术保护点】
式（Ⅰ）表示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，Ｒ２－Ｒ１－Ｓ＊式（Ⅰ）式中，Ｒ１是构成多个π电子共轭体系的单元结合而成的有机基团；Ｒ２是疏水基团；Ｘ１～Ｘ３可以相同也可以不同，为可水解产生羟基的基团或者氢原子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-3-12 071016/20041.式(I)表示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物， 式(I)式中，R1是构成多个π电子共轭体系的单元结合而成的有机基团；R2是疏水基团；X1～X3可以相同也可以不同，为可水解产生羟基的基团或者氢原子。2.式(II)表示的含有π电子共轭体系分子的硅化合物， 式(II)式中，R1、R2、X1～X3的含义与上述相同，R3为疏水基团。3.如权利要求1或2所述的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，其特征在于，所述式(I)中的R2，或者式(II)中的R2及R3为碳数1～30的直链烃基。4.如权利要求3所述的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，其特征在于，所述R3为碳数1～30的直链烷基。5.如权利要求1或2所述的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，其特征在于，所述R1为3～10个构成π电子共轭体系的单元以直线状结合而成的有机基团。6.如权利要求1或2所述的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，其特征在于，所述构成多个π电子共轭体系的单元选自得自单环芳香族烃、稠合多环烃、单环杂环化合物、稠合杂环化合物、烯烃、链二烯以及链三烯的基团，所述R1为选自上述范围的1种以上的单元以直线状结合而成的有机基团。7.如权利要求6所述的含有π电子共轭体系分子的硅化合物，其特征在于，所述构成π电子共轭体系的单元为得自苯或者噻吩的基团。8.含有π电子共轭体系分子的硅化合物的制造方法，其特征在于，通过使式(III)R2-R1-Z或者式(IV)R2-R1-R3-Z所示的化合物与式(V)所示的化合物反应， 式(V)制造式(I) 式(I)或者式(II) 式(II)所示的含有π电子共轭体...

【专利技术属性】
技术研发人员：中川政俊，花户宏之，田村寿宏，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]