有机半导体材料、有机半导体构造物和有机半导体器件制造技术

本发明专利技术提供可形成大面积均一且具有高电荷移动特性的有机半导体层的有机半导体材料和利用该材料制成的有半导体构造物及有机半导体器件。本发明专利技术的有机半导体材料是包含高分子化合物和低分子化合物而形成的有机半导体材料，所述高分子化合物的部分侧链具有由所定π电子环构成的骨架结构，所述低分子化合物具有由所定π电子系环构成的骨架结构，两末端的至少一端具有显现液晶性的端基。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有液晶性的高分子有机半导体材料、用该高分子有机半导体材料形成的高分子有机半导体构造物和有机半导体器件。
技术介绍
有机半导体器件的构成元件的代表性例子有利用有机半导体作为活性层(以下称为有机半导体层)的薄膜晶体管(也称为有机TFT)。在该薄膜晶体管中，有机半导体层通过以并五苯为代表的分子性结晶真空制膜而形成。据报道，在经真空制膜形成有机半导体层的方法中，通过使制膜条件最佳化，可以得到具有超过1cm2/V·s的高电荷迁移率的有机半导体层(Y.-Y.Lin，D.J.Gundlach，S.Nelson和T.N.Jackson，“Stacked Pentacene Layer Organic Thin-Film Transistorswith Improved Characteristics，”IEEE Electron Device Lett.18，606(1997).)。但是，上述通过真空制膜形成的有机半导体层通常处于微晶集合在一起的多晶状态，容易存在大量的晶界，从而容易产生缺陷，这些晶界、缺陷会阻碍电荷的输送。因此，在通过真空制膜形成有机半导体层的情况下，在很大的面积上以均匀性能连续制作有机半导体器件的构成元件——有机半导体层，事实上是很困难的。另一方面，作为具有高电荷迁移率的材料，已知有盘状(デイスコテイツク)液晶(D.Adam，F.Closss，T.Frey，D.Funhoff，D.Haarer，H.Ringsdorf，P.Schunaher和K.Siemensmyer，Phys.Rev.Lett.，70，457(1993))。但是，由于该盘状液晶是基于沿柱状分子取向的一维电荷输送机构而进行的电荷输送，因而需要严格控制分子取向，存在难以进行工业应用的问题。尚未有利用该盘状液晶作为有机半导体层构成材料的薄膜晶体管的成功例的报道。也已经有关于苯基苯并噻唑衍生物等棒状(杆状)液晶材料在液晶状态显示出高电荷迁移率的报道(M.Funahashi and J.Hanna，Jpn.J.Appl.Phys.，35，L703-L705(1996))。但是，也未有关于利用棒状液晶材料作为有机半导体层的薄膜晶体管的成功例的报道。棒状液晶材料具有多种液晶状态，但该液晶材料具有随着其结构规整性的提高，电荷迁移率会上升的倾向。然而，若使该液晶材料转移成结构规整性更高的结晶状态，则电荷迁移率反倒下降以至于观测不到，当然，也不会呈现薄膜晶体管的性能。为了在显示高电荷迁移率的液晶状态下利用，需要封入玻璃盒等容器中使用，这在器件的制造方面受到限制。而且，这些棒状液晶材料显示液晶性是在比较高的温度下，未能在室温(-10℃至40℃左右)附近利用。在使用分子分散系的高分子材料作为有机半导体材料时，通过涂布该有机半导体材料，可以大面积形成具有均匀电荷迁移特性的有机半导体层。但是，所形成的有机半导体层存在电荷迁移率低至10-5-10-6cm2/V·s，且具有温度依赖性、电场依赖性等问题。对于这些问题，本专利技术人在已经提出申请的日本特愿2002-32772号中，提供了一种有机半导体构造物，从而解决了上述问题，所述有机半导体构造物至少一部分具有由取向了的液晶性有机半导体材料构成的有机半导体层，该液晶性有机半导体材料具有包含L个6π电子系芳环、M个10π电子系芳环、N个14π电子系芳环的核(L、M、N分别表示0-4的整数，L+M+N＝1-4)，在热分解温度以下具有至少一种液晶状态。然而，上述有机半导体构造物是由非高分子材料的液晶性有机半导体材料形成的构造物，关于高分子材料的有机半导体材料，在下述的报告中还未发现有效的有机半导体材料，没有关于具有有效电荷迁移特性的有机半导体构造物、有机半导体层的报告。即，一直以来，关于在室温附近具有高电荷迁移率的高分子半导体材料，例如M.Redecker和D.D.C.Bradley，Applied Physics Letters，vol.74，10，1999中有所报道。该文献中报道使用主链上具有长共轭系的高分子，将该高分子加热至呈现向列(ネマクテイツク)相的温度，然后急速冷却，形成固定了向列态的玻璃态高分子，从而获得具有高迁移率的高分子半导体材料。还报道特别是在与摩擦聚酰亚胺膜进行摩擦处理后的取向膜接触的状态下进行上述操作，可得到高迁移率。另一方面，关于侧链上具有共轭系分子的高分子材料，现在尚不知显示高电荷迁移率的材料。其原因是由于主链型高分子半导体沿着具有长共轭系的主链进行电子传导，而侧链型高分子半导体则由于侧链分子的共轭系重叠，所以电荷通过侧链分子间的电波反射传导而迁移。一直以来都不知道能良好控制侧链分子相互之间的重叠的材料，未能得到高电荷迁移率。另外，虽然通过将连接主链和π共轭系芳环的烷基链长增长，可以提高其自由度，使构造性的自由度提高，但若将连接主链和π共轭系芳环的烷基链长增长，则必然要大量引入与电子传导不相干的材料，无助于充分提高电荷迁移率。本专利技术致力于解决上述问题，提供了一直以来都存在困难的大面积均匀地具有高迁移率的有机半导体材料，同时还提供了利用该材料的有机半导体构造物和有机半导体器件。
技术实现思路
为解决上述课题，本专利技术的有机半导体材料是包含高分子化合物和低分子化合物而形成的有机半导体材料，所述高分子化合物在部分侧链上具有由选自下列的π电子环构成的骨架结构L个6π电子系环、M个8π电子系环、N个10π电子系环、O个12π电子系环、P个14π电子系环、Q个16π电子系环、R个18π电子系环、S个20π电子系环、T个22π电子系环、U个24π电子系环和V个26π电子系环(其中L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V分别表示0-6的整数，L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V＝1-6)，所述低分子化合物具有由选自上述π电子环组的π电子系环构成的骨架结构，两末端中的至少一端具有显现液晶性的端基。作为本专利技术的方案，优选上述高分子化合物侧链的骨架与上述低分子化合物的骨架由相同的π电子系环构成，在由不同的π电子系环构成的情况下，只要各π电子系环的电荷输送能级为同一程度即可。本专利技术其它方案的有机半导体材料，有由包含高分子化合物和低分子化合物而形成的有机半导体材料，所述高分子化合物在部分主链上具有由选自下列的π电子环构成的骨架结构L个6π电子系环、M个8π电子系环、N个10π电子系环、O个12π电子系环、P个14π电子系环、Q个16π电子系环、R个18π电子系环、S个20π电子系环、T个22π电子系环、U个24π电子系环和V个26π电子系环(其中L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V分别表示0-6的整数，L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V＝1-6)，所述低分子化合物具有由选自上述π电子环组的π电子系环构成的骨架结构，两末端中的至少一端具有显现液晶性的端基。本专利技术的方案中，优选上述高分子化合物主链的骨架与上述低分子化合物的骨架由相同的π电子系环构成，在由不同的π电子系环构成的情况下，只要各π电子系环的电荷输送能级为同一程度即可。优选上述任何方案的有机半导体材料在热分解温度以下的温度具有至少一种碟状液晶相，还优选低分子化合物或高分子化合物在热分解温度以下的温度具有至少一种碟状液晶相本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机半导体材料，该材料是包含高分子化合物和低分子化合物而形成的，其特征在于所述高分子化合物的部分侧链具有由选自下列的π电子环构成的骨架结构：Ｌ个６π电子系环、Ｍ个８π电子系环、Ｎ个１０π电子系环、Ｏ个１２π电子系环、Ｐ个１４π电子系环、Ｑ个１６π电子系环、Ｒ个１８π电子系环、Ｓ个２０π电子系环、Ｔ个２２π电子系环、Ｕ个２４π电子系环和Ｖ个２６π电子系环，其中Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ分别表示０－６的整数，Ｌ＋Ｍ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｐ＋Ｑ＋Ｒ＋Ｓ＋Ｔ＋Ｕ＋Ｖ＝１－６；所述低分子化合物具有由选自上述π电子环组的π电子系环构成的骨架结构，两末端中的至少一端具有显现液晶性的端基。

【技术特征摘要】
JP 2002-3-26 85593/20021.有机半导体材料，该材料是包含高分子化合物和低分子化合物而形成的，其特征在于所述高分子化合物的部分侧链具有由选自下列的π电子环构成的骨架结构L个6π电子系环、M个8π电子系环、N个10π电子系环、O个12π电子系环、P个14π电子系环、Q个16π电子系环、R个18π电子系环、S个20π电子系环、T个22π电子系环、U个24π电子系环和V个26π电子系环，其中L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V分别表示0-6的整数，L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V＝1-6；所述低分子化合物具有由选自上述π电子环组的π电子系环构成的骨架结构，两末端中的至少一端具有显现液晶性的端基。2.权利要求1的有机半导体材料，其中所述高分子化合物侧链的骨架与所述低分子化合物的骨架由相同的π电子环构成。3.有机半导体材料，该材料是包含高分子化合物和低分子化合物而形成的，其特征在于所述高分子化合物在部分主链上具有由选自下列的π电子环构成的骨架结构L个6π电子系环、M个8π电子系环、N个10π电子系环、O个12π电子系环、P个14π电子系环、Q个16π电子系环、R个18π电子系环、S个20π电子系环、T个22π电子系环、U个24π电子系环和V个26π电子系环，其中L、M、N、O、P、Q、R、S、T、U、V分别表示0-6的整数，L+M+N+O+P+Q+R+S+T+U+V＝1-6；所述低分子化合物具有由选自上述π电子环组的π电子系环构成的骨架结构，两末端中的至少一端具有显现液晶性的端基。4.权利要求3的有机半导体材料，其中所述高分子化合物主链的骨架与所述低分子化合物的骨架由相同的π电子系环构成。5.权利要求1-4中任一项的有机半导体材料，该材料在热分解温度以下的温度具有至少一种碟状液晶相。6.权利要求1-5中任一项的有机半导体材料，其中所述低分子化合物在热分解温度以下的温度具有至少一种碟状液晶相。7.权利要求1-5中任一项的有机半导体材料，其中所述高分子化合物在热分解温度以下的温度具有至少一种碟状液晶相。8.有机半导体构造物，该构造物具有由权利要求1-7中任一项的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：半那纯一，岛川彻平，赤田正典，前田博己，
申请(专利权)人：大日本印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]