作为有机半导体的硫代硫酸芳香二酰亚胺以及使用它们的器件制造技术

本发明专利技术公开了硫代硫酸化的稠环（芳香）酰亚胺和二酰亚胺，能够表现出合乎需要的电子特性，并且可具有加工优势，包括溶液-可加工性和/或在环境条件下好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本申请要求2009年12月29日提交的美国临时专利申请第61/290，676号的优先权及其权益，该申请公开的全部内容被结合到本申请中作为参考。
技术介绍
有机半导体材料被广泛用于各种电子应用中，包括场效应晶体管、发光二极管和光电池。然而，对于生产在空气中处于标准操作条件下稳定的电子传输（n型）有机半导体仍然存有挑战。因此，在本领域中，对于能够应用到各种器件装置（包括但不限于补码电路、有机发光二极管、有机光电池、电容器和传感器）中的新型的空气稳定的和溶液可处理的n型有机半导体化合物、组合物和材料仍然具有需要。
技术实现思路
根据上面所述，本专利技术提供了能够克服现有技术中的各种缺陷和缺点（包括上面所述的）的有机半导体和相关的器件。更具体地说，本发明提供了基于硫代硫酸化N-功能化稠环（芳香环）酰亚胺的有机半导体化合物和材料。已经发现，本专利技术的化合物具有有用的电学特性，同时表现出一系列的能够适于溶液阶段加工的其他性质。一方面，本专利技术提供了具有如下化学式的化合物：其中X1、X2、Z1、Z2、Z3、Z4、π-1和π-1'如在本申请中所限定的。还提供了相关的组合物、制品、结构、和包括在本申请中公开的化合物的器件以及制备和使用本专利技术的化合物的相关方法。根据下面的附图、说明书、实施例和权利要求，前述事项以及本发明的其他特征和优势会得以更完整地理解。附图说明应该理解，下述的附图仅用于示例的目的。所述附图并不一定按照比例，重点通常会放在说明本专利技术的原理上。附图并不意味以任何方式限制本专利技术的范围。图1示出了薄膜晶体管的四种不同的构型：底栅顶接触(a)、底栅底接触(b)、顶栅底接触(c)和顶栅顶接触(d)；这其中的每一个均可被用于采用本专利技术的化合物。图2示出了体异质结型有机光伏器件（也称为太阳能电池)的一种代表性结构，所述光伏器件可采用一或多种本专利技术的化合物作为施主和/或受主材料。图3示出了有机发光器件的一种代表性结构，所述有机发光器件能够采用本专利技术的一或多种化合物作为电子传输和/或发射和/或空穴传输材料。图4示出了氯仿溶液中的(S，S)-PDI1MP(A)，(S，S)-PDIS11MP(B)，(S，S)-反式-PDIS21MP(C)，(S，S)-顺式-PDIS21MP(D)，(S，S)-PDIS31MP(E)，和(S，S)-PDIS41MP(F)的光吸收谱。图5示出了作为薄膜的(S，S)-反式-PDIS21MP和顺式-PDIS21MP的光吸收谱。图6示出了作为薄膜的(S，S)-反式-PDIS21MP和顺式-PDIS21MP的X射线衍射数据。图7示出了(S，S)-反式-PDIS21MP的DSC自记温度图(10℃min-1)。图8示出了PDI2OD和反式-PDIS22OD(在四氢呋喃中，扫描速率20mV/s)的循环伏安图。工作电极和对电极为Pt，参比电极为Ag/Ag+。电解质为Bu4NPF6(0.1M)。图9示出了在氯仿溶液中的NDIS32EH(A)、顺式-NDIS22EH(B)、反式-NDIS22EH(C)、NDIS12EH(D)和NDI2EH(E)的吸光度数据。图10示出了底栅底接触构型中不同栅电压下(S，S)-反式-PDIS21MP的典型输出曲线。图11示出了底栅极底接触构型中(S，S)-反式-PDIS21MP的典型转移图。具体实施方式本专利技术提供了多种硫代硫酸稠环(芳香）酰亚胺和二酰亚胺，以及与本专利技术的化合物有关的组合物、复合物、和/或器件。本专利技术的化合物能够表现出半导体特性，例如在场效元件中较高的载流子迁移率和/或较好的电流调制特性，在光伏器件中光吸收性/电荷分离，和/或在发光器件中的电荷输送/重组/光发射。例如，本专利技术的化合物能够表现出的特性例如在环境条件下出色的电荷传输特性、化学稳定性、低温可加工性、在一般溶剂中较大的溶解性，以及加工通用性(例如，通过各种溶液加工）。因此，场效应元件，例如采用了一或多种本专利技术的化合物作为半导体层的薄膜晶体管(TFTs)能够在环境条件下表现出高性能，例如，显示出下列特性中的一或多种，包括较大的电子载流子迁移率、较低的阈值电压以及较高的电流开关比。类似地，其他基于有机半导体的器件，例如有机光伏器件(OPVs)、有机发光晶体管(OLETs)，以及有机发光二极管(OLEDs)，能够使用在本申请中描述的有机半导体材料进行有效地制造。本专利技术同样提供了制备这种化合物和半导体材料，以及采用了在本申请中公开的化合物和半导体材料的各种组合物、复合物和器件的方法。在本申请的全文中，对于被描述为具有、包括或包含特定组分的组合物，或者对于被描述为具有、包括或包含特定的加工步骤的方法，意味着本专利技术的组合物也主要由或由所列举的组分所组成，本专利技术的所述方法也主要由或由所列举的加工步骤所组成。在本申请中，对于所述包含在所列举的成份或组分的表中和/或选自所列举的成份或组分的表中的成份或组分，应该理解为所述成份或组分可以是所列举出的成份或组分中的任一种，或者能够选自两种或多种所列举出的成份或组分所组成的组。此外，应当理解，在本申请中描述的组合物、仪器或方法的成份和/或特征能够以多种方式进行结合，并没有脱离本专利技术的精神和范围（不管是在本申请中明示或暗示的）。使用的术语“包括”、“包括了”、“具有”、“有”或“含有”，除非明确地另行声明，否则通常应该被理解为开放式及非限制性的。除非明确地另行声明，否则在本申请中使用的单数形式包括复数形式（反之亦然)。另外，除非明确地另行声明，否则对于在定量数值之前使用的术语“约”，本专利技术也包括了具体的定量数值本身。除非另行声明或推断，否则在本申请中使用的术语“约”指的是从标称值±10%的变动。应当理解，步骤的顺序或操作确定动作的顺序并不重要，只要本发明保持可操作即可。而且，两个或多个步骤或动作可同时进行。在本申请中使用的“稠环”或“稠环部分”指的是具有至少两个环的多环的环系统，其中至少一个环为芳香环，并且这种芳香环（碳环或杂环)与至少一个其他的环（可以是芳香环或非芳香环，碳环或杂环）具有一个共同的键。这些多环的环系统可以高度π-共轭，并且可包括多环芳香烃，例如具有如下化学式的萘嵌苯（rylenes）(或其含有一或多个杂原子的类似物)：其中a°可以是在0-3范围内的整数；六苯并苯(或其含有一或多个杂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.29 US 61/290,6761.一种具有如下化学式的化合物：
其中：
R1和R2独立地选自H、C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代
烷基和C3-40环烷基，其中所述C1-40烷基和C1-40卤代烷基可选择地被1-5
个独立地选自–CN、NO2、–SO3H、-N(R0)3+、–COR0和–COOR0中的取代
基所取代；所述C2-40烯基和所述C2-40炔基可选择性地被1-5个独立地选
自卤素、–CN、NO2、–SO3H、-N(R0)3+、–COR0和–COOR0中的取代基所
取代；所述C3-40环烷基可选择地由1-5个独立地选自卤素、–CN、NO2、
–SO3H、-N(R0)3+、–COR0、–COOR0、C1-40烷基和C1-40卤代烷基中的取
代基所取代，其中每个R0均独立地为H或C1-40烷基；
R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10中的每一个均独立地选自H、F、
Cl、Br、CN、NO2，和C1-6卤代烷基；
Z1、Z2、Z3和Z4独立地选自O、S和Se，条件是Z1、Z2、Z3和Z4中的至少一个为S或Se；以及
m为0、1或2。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物选自：
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、Z1、Z2、Z3和Z4如在权利要求1中所限定的。
3.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述的
化学式：
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9和R10如在权利要求1中所限定
的。
4.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述的
化学式：
其中R1、R2、R4、R5、R8和R9如在权利要求1中所限定的。
5.根据权利要求4所述的化合物，其中：
R4、R5、R8和R9中的每一个均为H；
R4、R5、R8和R9中的两个为H，并且R4、R5、R8和R9中的另外两
个选自F、Cl、Br和CN；或
R4、R5、R8和R9中的两个为CN，并且R4、R5、R8和R9中的另外
两个选自F、Cl、和Br。
6.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述的
化学式：
其中R1、R2、R4、R5和R8如在权利要求1中所限定的。
7.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述
的化学式：
其中R1和R2如在权利要求1中所限定的。
8.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述的
化学式：
其中R1和R2如在权利要求1中所限定的。
9.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述的
化学式：
其中R1和R2如在权利要求1中所限定的。
10.根据权利要求1所述化合物，其中所述化合物具有如下化学式：
其中R1和R2如在权利要求1中所限定的。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的化合物，其中R1和R2选自
C1-40烷基、C2-40烯基、C2-40炔基、C1-40卤代烷基和C3-8环烷基。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的化合物，其中R1和R2选自直
链C1-40烷基、直链C2-40烯基、直链C1-40卤代烷基、支链C3-40烷基、支
链C4-40烯基,和支链C3-40卤代烷基。
13.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述
的化学式：
其中R1a、R1b、R2a和R2b独立地为C1-20烷基或C1-20卤代烷基。
14.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有选自下述
的化学式：
其中R1a、R1b、R2a和R2b独立地为C1-20烷基或C1-20卤代烷基。
15.根据权利要求13或14所述的化合物，其中R1a和R1b不同，并
且R2a和R2b不同。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的化合物，其中R1a和R1b中
的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·奎因，郑焱，陈志华，H·乌斯塔，C·纽曼，颜河，A·菲奇提，
申请(专利权)人：破立纪元有限公司，
类型：
国别省市：