JP2006140180A - Organic thin film transistor material, organic thin film transistor, field effect transistor, and switching element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機薄膜トランジスタ材料、有機薄膜トランジスタ、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子に関する。 The present invention relates to an organic thin film transistor material, an organic thin film transistor, a field effect transistor, and a switching element.
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、更に情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。 With the widespread use of information terminals, there is an increasing need for flat panel displays as computer displays. In addition, with the progress of computerization, information that has been provided on paper media in the past has become more and more electronically provided. As a mobile display medium that is thin, light, and easy to carry, electronic paper or There is a growing need for digital paper.
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機EL、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子(TFT素子)を用いる技術が主流になっている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらTFT素子を形成し、液晶、有機EL素子等が封止されている。 In general, in a flat display device, a display medium is formed using an element utilizing liquid crystal, organic EL, electrophoresis, or the like. In such display media, a technique using an active drive element (TFT element) as an image drive element has become mainstream in order to ensure uniformity of screen brightness, screen rewrite speed, and the like. For example, in a normal computer display, these TFT elements are formed on a glass substrate, and liquid crystal, organic EL elements, etc. are sealed.
ここでTFT素子には主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体を用いることができ、これらのSi半導体(必要に応じて金属膜も)を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことでTFT素子が製造される。こうしたTFT素子の製造には通常、スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。 Here, semiconductors such as a-Si (amorphous silicon) and p-Si (polysilicon) can be mainly used for the TFT element, and these Si semiconductors (and metal films as necessary) are formed into a multilayer structure. The TFT element is manufactured by sequentially forming the drain and gate electrodes on the substrate. The manufacture of such a TFT element usually requires sputtering or other vacuum manufacturing processes.
しかしながら、このようなTFT素子の製造では真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例えば、TFT素子では通常、それぞれの層の形成のために、真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要となる半導体部分に関してもp型、n型等、複数種類の半導体層を積層している。こうした従来のSi半導体による製造方法ではディスプレイ画面の大型化のニーズに対し、真空チャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされるなど、設備の変更が容易ではない。 However, in the manufacture of such a TFT element, the vacuum system manufacturing process including the vacuum chamber must be repeated many times to form each layer, and the apparatus cost and running cost have become enormous. For example, in a TFT element, it is usually necessary to repeat processes such as vacuum deposition, dope, photolithography, development, etc. many times to form each layer, and the element is formed on a substrate through tens of steps. ing. A plurality of types of semiconductor layers, such as p-type and n-type, are also stacked on the semiconductor portion that is the key to the switching operation. In such a conventional manufacturing method using a Si semiconductor, it is not easy to change the equipment, for example, a design change of a manufacturing apparatus such as a vacuum chamber is required in response to the need for a large display screen.
また、このような従来からのSi材料を用いたTFT素子の形成には高い温度の工程が含まれるため、基板材料には工程温度に耐える材料でなければならない。 In addition, since the conventional TFT element using the Si material includes a process at a high temperature, the substrate material must be a material that can withstand the process temperature.
このため実際上はガラスを用いざるをえず、先に述べた電子ペーパーあるいはデジタルペーパーといった薄型ディスプレイを、こうした従来知られたTFT素子を利用して構成した場合、そのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。ガラス基板上にTFT素子を形成することに起因するこれらの特徴は、情報化の進展に伴う手軽な携行用薄型ディスプレイへのニーズを満たすにあたり望ましくないものである。 Therefore, in practice, glass must be used, and when the above-described thin display such as electronic paper or digital paper is configured using such a conventionally known TFT element, the display is heavy and flexible. Products that may break due to chipping or dropping impact. These characteristics resulting from the formation of TFT elements on a glass substrate are undesirable in satisfying the need for an easy-to-carry-type thin display accompanying the progress of computerization.
一方、近年において高い電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料の研究が精力的に進められている。これらの化合物は有機EL素子用の電荷輸送性材料のほか、有機レーザー発振素子(例えば、非特許文献1等。)や、多数の論文にて報告されている有機薄膜トランジスタへの応用が期待されている(例えば、非特許文献2等。)。
On the other hand, in recent years, organic semiconductor materials have been energetically studied as organic compounds having high charge transport properties. In addition to charge transport materials for organic EL devices, these compounds are expected to be applied to organic laser oscillation devices (for example, Non-Patent Document 1) and organic thin film transistors reported in many papers. (For example, Non-Patent
これら有機半導体デバイスを実現できれば、比較的低い温度での真空ないし低圧蒸着による製造プロセスの簡易化や、更にはその分子構造を適切に改良することによって、溶液化できる半導体を得る可能性があると考えられ、有機半導体溶液をインク化することによりインクジェット方式を含む印刷法による製造も考えられる。これらの低温プロセスによる製造は、従来のSi系半導体材料については不可能と考えられてきたが、有機半導体を用いたデバイスにはその可能性があり、したがって、前述の基板耐熱性に関する制限が緩和され、透明樹脂基板上にも例えばTFT素子を形成できる可能性がある。透明樹脂基板上にTFT素子を形成し、そのTFT素子により表示材料を駆動させることができれば、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない(もしくは非常に割れにくい)ディスプレイとすることができるであろう。 If these organic semiconductor devices can be realized, there is a possibility of obtaining a semiconductor that can be made into a solution by simplifying the manufacturing process by vacuum or low-pressure deposition at a relatively low temperature and further improving the molecular structure appropriately. It is conceivable that the organic semiconductor solution is made into an ink and manufactured by a printing method including an ink jet method. Manufacturing using these low-temperature processes has been considered impossible for conventional Si-based semiconductor materials, but there are possibilities for devices using organic semiconductors, and therefore the above-mentioned restrictions on substrate heat resistance are relaxed. For example, a TFT element may be formed on the transparent resin substrate. If a TFT element is formed on a transparent resin substrate and the display material can be driven by the TFT element, the display is lighter and more flexible than conventional ones, and will not crack even if dropped (or very difficult to break) It could be a display.
しかしながら、こうしたTFT素子を実現するための有機半導体としてこれまでに検討されてきたのは、ペンタセンやテトラセンといったアセン類(例えば、特許文献1参照。)、鉛フタロシアニンを含むフタロシアニン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物(例えば、特許文献2参照。)や、α−チエニールもしくはセクシチオフェンと呼ばれるチオフェン6量体を代表例とする芳香族オリゴマー(例えば、特許文献3参照。)、ナフタレン、アントラセンに5員の複素芳香環が対称に縮合した化合物(例えば、特許文献4参照。)、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン(例えば、特許文献5参照。)、更にはポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−p−フェニレンビニレンといった共役高分子など限られた種類の化合物(例えば、非特許文献1〜3参照。)でしかなく、高いキャリア移動度を示す新規な電荷輸送性材料を用いた半導体性組成物の開発が待望されていた。
However, organic semiconductors for realizing such TFT elements have been studied so far as acenes such as pentacene and tetracene (for example, see Patent Document 1), phthalocyanines including lead phthalocyanine, perylene and its tetra. Low molecular weight compounds such as carboxylic acid derivatives (for example, see Patent Document 2), aromatic oligomers typically represented by thiophene hexamers called α-thienyl or sexithiophene (for example, see Patent Document 3), naphthalene, Compounds in which a 5-membered heteroaromatic ring is condensed symmetrically on anthracene (for example, see Patent Document 4), mono, oligo and polydithienopyridines (for example, see Patent Document 5), polythiophene, polythienylene vinylene, poly -Conjugated polymers such as p-phenylene vinylene Etc. limited number of compounds (e.g., see Non-Patent
従来公知の有機半導体材料として良好なTFT特性が報告されているペンタセン誘導体含有層を蒸着工程を経て形成するのではなく、インクジェット法等の溶液塗布が適用できれば、製造上大きなコストメリットが期待できるが、種々の有機溶媒への溶解性が十分ではなく、また、溶液調製後に結晶化や沈殿生成がおこりやすい等、塗布液安定性が十分ではないという、製造上の問題点が指摘されていた。 If a solution coating such as an inkjet method can be applied instead of forming a pentacene derivative-containing layer, which has been reported to have good TFT characteristics as a conventionally known organic semiconductor material, through a vapor deposition step, a great cost advantage in manufacturing can be expected. However, it has been pointed out that the coating solution has insufficient stability, such as insufficient solubility in various organic solvents, and crystallization and precipitation are likely to occur after solution preparation.
そこで、溶解性向上、塗布液安定性向上を目的として、置換基を導入したペンタセン誘導体を用いた有機TFT材料に関する技術(例えば、特許文献9及び10参照。)が開示されている。 In view of this, techniques relating to organic TFT materials using pentacene derivatives into which substituents are introduced have been disclosed for the purpose of improving solubility and coating solution stability (see, for example, Patent Documents 9 and 10).
しかしながら、アルキル基等の導入では、十分な溶解性を得ることは難しく、塗布時の温度制御等の操作性等が困難であり、均一な塗膜作製が困難であるという問題があった。 However, when an alkyl group or the like is introduced, it is difficult to obtain sufficient solubility, operability such as temperature control during coating is difficult, and it is difficult to produce a uniform coating film.
また、特開2003−292588号公報、米国特許出願公開第2003/136958号明細書、同2003/160230号明細書、同2003/164495号明細書では「マイクロエレクトロニクス用の集積回路論理素子にポリマーTFTを用いると、その機械的耐久性が大きく向上し、その使用可能寿命が長くなる。 In addition, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-292588, US Patent Application Publication Nos. 2003/136958, 2003/160230, and 2003/164495, “integrated circuit logic element for microelectronics and polymer TFT When is used, its mechanical durability is greatly improved and its usable life is extended.
しかしながら、半導体ポリチオフェン類の多くは、周囲の酸素によって酸化的にドープされ、導電率が増大してしまうため空気に触れると安定ではないと考えられる。この結果、これらの材料から製造したデバイスのオフ電流は大きくなり、そのため電流オン/オフ比は小さくなる。従ってこれらの材料の多くは、材料加工とデバイス製造の間に環境酸素を排除して酸化的ドーピングを起こさない、あるいは最小とするよう厳重に注意しなければならない。この予防措置は製造コストを押し上げるため、特に大面積デバイスのための、アモルファスシリコン技術に代わる経済的な技術としてのある種のポリマーTFTの魅力が削がれてしまう。これら及びその他の欠点は、本発明の実施の形態において回避され、あるいは最小となる。 However, many of the semiconductor polythiophenes are oxidatively doped with ambient oxygen, which increases the conductivity and is not considered stable when exposed to air. As a result, the off-state current of devices made from these materials is increased, thus reducing the current on / off ratio. Therefore, many of these materials must be taken with utmost care to eliminate or minimize oxidative doping by eliminating environmental oxygen during material processing and device fabrication. This precautionary measure increases manufacturing costs, and the attractiveness of certain polymer TFTs as an economic alternative to amorphous silicon technology, especially for large area devices, is diminished. These and other disadvantages are avoided or minimized in embodiments of the present invention.
従って、酸素に対して強い対抗性を有し、比較的高い電流オン/オフ比を示すエレクトロニックデバイスが望まれている」との記載があり、その解決手段が種々提案されている(例えば、特許文献6、7及び8参照。)が、改善のレベルは満足できるものではなく、更なる改良が望まれている。
本発明の目的は、有機薄膜トランジスタ(以下、有機TFTと略称する)作製に有用な、有機TFT材料を分子設計し、該有機TFT材料を用いて作製した有機TFTは、キャリア移動度が高く、ゲート電圧を変化させた際の最大電流値と最小電流値の比、即ちON/OFF特性が良好である等、優れたトランジスタ特性を示しながら、且つ、高耐久性を併せ持つことがわかった。また、それらを用いて、スイッチング特性の良好なスイッチング素子を提供することである。 An object of the present invention is to design an organic TFT material that is useful for the production of an organic thin film transistor (hereinafter abbreviated as an organic TFT), and the organic TFT produced using the organic TFT material has a high carrier mobility and a gate. It was found that while having excellent transistor characteristics such as the ratio between the maximum current value and the minimum current value when the voltage is changed, that is, the ON / OFF characteristics are good, the transistor has high durability. Moreover, it is providing the switching element with favorable switching characteristics using them.
本発明の上記目的は下記の構成1〜7により達成された。
The above object of the present invention has been achieved by the following
(請求項1)
下記一般式(1)または(2)で表される化合物を含有し、且つ、該一般式(1)または(2)で表される化合物が、分子内に交差共役可能な、少なくとも3つの不飽和結合を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ材料。
(Claim 1)
The compound represented by the following general formula (1) or (2), and the compound represented by the general formula (1) or (2) is capable of cross-conjugation in the molecule, is at least three An organic thin film transistor material characterized by having a saturated bond.
〔式中、Aは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、=N(R1)基、または、=CR2R3基を表し、R1、R2、R3は、各々水素原子または置換基を表す。Zは、縮合環を形成してもよい炭化水素環を表す。〕
(請求項2)
前記炭化水素環が6員環を含むことを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
[In the formula, A represents an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a = N (R 1 ) group or a = CR 2 R 3 group, and R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or a substituted group. Represents a group. Z represents a hydrocarbon ring that may form a condensed ring. ]
(Claim 2)
The organic thin-film transistor material according to
(請求項3)
下記一般式(3)〜(5)からなる、炭化水素環を母体とする化合物群から選択される少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
(Claim 3)
3. The organic thin film transistor material according to
〔式中、A1、A2は、各々酸素原子、硫黄原子、セレン原子、=N(R1)基、または、=CR2R3基を表し、R1、R2、R3は、各々水素原子または置換基を表す。nは、1〜4の整数を表す。〕
(請求項4)
前記一般式(3)〜(5)の各々のnが3または4であることを特徴とする請求項3に記載の有機薄膜トランジスタ材料。
[Wherein, A 1 and A 2 each represent an oxygen atom, a sulfur atom, a selenium atom, a ═N (R 1 ) group, or a ═CR 2 R 3 group, wherein R 1 , R 2 , R 3 are Each represents a hydrogen atom or a substituent. n represents an integer of 1 to 4. ]
(Claim 4)
4. The organic thin film transistor material according to
(請求項5)
請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料をチャネル層に用いることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
(Claim 5)
The organic thin-film transistor material of any one of Claims 1-4 is used for a channel layer, The organic thin-film transistor characterized by the above-mentioned.
(請求項6)
有機電荷輸送性材料と、該有機電荷輸送性材料に直接または間接に接するゲート電極から構成され、該ゲート電極及び前記有機電荷輸送性材料の間に電圧を印加することで、前記有機電荷輸送性材料中の電流を制御する電界効果トランジスタにおいて、
該有機電荷輸送性材料が請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
(Claim 6)
An organic charge transporting material and a gate electrode directly or indirectly in contact with the organic charge transporting material, and by applying a voltage between the gate electrode and the organic charge transporting material, the organic charge transporting property In a field effect transistor that controls the current in a material,
5. The field effect transistor according to
(請求項7)
請求項5に記載の有機薄膜トランジスタまたは請求項6に記載の電界効果トランジスタを用いることを特徴とするスイッチング素子。
(Claim 7)
A switching element comprising the organic thin film transistor according to
本発明により、有機薄膜トランジスタ(以下、有機TFTと略称する)作製に有用な、有機TFT材料を分子設計し、該有機TFT材料を用いて、キャリア移動度が高く(特に経時後においても良好)、ゲート電圧を変化させた際の最大電流値と最小電流値の比、即ちON/OFF特性が良好(特に経時後においても良好)である等、優れたトランジスタ特性を示しながら、且つ、高耐久性を併せ持つ、有機TFTを提供し、更に、それらを用いることにより、スイッチング特性の良好なスイッチング素子を提供することが出来た。 According to the present invention, an organic TFT material useful for producing an organic thin film transistor (hereinafter abbreviated as an organic TFT) is molecularly designed, and the carrier mobility is high (especially good even after aging) using the organic TFT material. The ratio between the maximum current value and the minimum current value when the gate voltage is changed, that is, the ON / OFF characteristics are good (especially good even after aging) and the like, while exhibiting excellent transistor characteristics and high durability. In addition, an organic TFT having the above characteristics was provided, and further, by using them, a switching element having good switching characteristics could be provided.
本発明の有機TFT材料においては、請求項1〜6のいずれか1項に規定される構成を用いることにより、薄膜トランジスタ用途に有用な有機TFT材料を得ることが出来る。また、該有機TFT材料を用いて作製した、本発明の有機TFT、電界効果トランジスタは、キャリア移動度が高く、ゲート電圧を変化させた際の最大電流値と最小電流値の比、即ちON/OFF特性が良好である等、優れたトランジスタ特性を示しながら、且つ、高耐久性であることがわかった。また、該有機TFTまたは該電界効果トランジスタを用いて作製されたスイッチング素子は良好なスイッチング特性を示すことが判った。
In the organic TFT material of the present invention, an organic TFT material useful for thin film transistor applications can be obtained by using the structure defined in any one of
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。 Hereinafter, details of each component according to the present invention will be sequentially described.
本発明者等は、従来公知のペンタセン誘導体等、いわゆるアセン誘導体の有機EL材料としての問題点を種々検討し、分子設計を行った結果、上記一般式(1)または(2)で表される化合物、または、上記一般式(3)〜(5)からなる化合物群から選択される少なくとも一つの化合物を用いることにより、従来公知の、単なるアルキル基等の導入が行われたアセン誘導体では得られなかった十分な溶解性を有機EL素子材料に付与することに成功し、塗布時の温度制御等の操作性を大幅に改善することができた。 The present inventors have studied various problems as organic EL materials of so-called acene derivatives such as conventionally known pentacene derivatives, and as a result of molecular design, the results are represented by the above general formula (1) or (2). By using a compound or at least one compound selected from the group consisting of the above general formulas (3) to (5), a conventionally known acene derivative in which a simple alkyl group or the like has been introduced can be obtained. The present inventors have succeeded in imparting sufficient solubility to the organic EL device material, and have greatly improved operability such as temperature control during coating.
同時に、有機TFT素子の有機半導体層の層形成時においては、従来公知のペンタセン等で見られたような理想的な分子配列が維持されている塗布膜を形成することにも併せて成功し、結果的に、TFT性能の大幅なる向上に成功した。 At the same time, at the time of forming the organic semiconductor layer of the organic TFT element, succeeded in forming a coating film that maintains the ideal molecular arrangement as found in the conventionally known pentacene, As a result, the TFT performance was greatly improved.
《有機薄膜トランジスタ材料》
本発明の有機薄膜トランジスタ材料について説明する。
<< Organic thin film transistor materials >>
The organic thin film transistor material of the present invention will be described.
本発明の有機薄膜トランジスタ材料としては、上記一般式(1)または(2)で表される化合物、上記一般式(3)〜(5)からなる化合物群から選択される少なくとも一つの化合物が用いられる。 As the organic thin film transistor material of the present invention, at least one compound selected from the compound represented by the above general formula (1) or (2) and the compound group consisting of the above general formulas (3) to (5) is used. .
《一般式(1)、(2)で表される化合物》
一般式(1)、(2)において、前記一般式(1)または(2)で表される化合物が、分子内に交差共役可能な、少なくとも3つの不飽和結合を有し、Zは、縮合環を形成してもよい炭化水素環を表す。また、前記炭化水素環は、後述する、一般式(1)で表されるAと共に、キノイド構造を形成することが好ましい。該キノイド構造とは、キノン構造、キノンイミン構造、キノンジイミン構造、キノメタン構造、キノジメタン構造等が挙げられる。
<< Compounds Represented by General Formulas (1) and (2) >>
In the general formulas (1) and (2), the compound represented by the general formula (1) or (2) has at least three unsaturated bonds capable of cross-conjugation in the molecule, and Z is a condensed group. The hydrocarbon ring which may form a ring is represented. Moreover, it is preferable that the said hydrocarbon ring forms a quinoid structure with A represented by General formula (1) mentioned later. Examples of the quinoid structure include a quinone structure, a quinoneimine structure, a quinonediimine structure, a quinomethane structure, and a quinodimethane structure.
ここで、交差共役とは、一つの分子にα、β、γの3個の不飽和系が存在し、αとβ、及び、βとγは各々共役可能であるが、αとγは共役出来ない場合を表す。 Here, cross-conjugation means that there are three unsaturated systems α, β, and γ in one molecule, and α and β, and β and γ can be conjugated respectively, but α and γ are conjugated. Indicates a case where it cannot be done.
具体的に、交差共役を有する分子としては、3−メチレン−1.4−ペンタジエン、アクリル酸等が当該業者にとって周知の化合物である。 Specifically, as a molecule having a cross conjugation, 3-methylene-1.4-pentadiene, acrylic acid and the like are compounds well known to those skilled in the art.
また、前記炭化水素環の母体としては、アセン誘導体を形成する環を母体として用いることが好ましく、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ヘプタセン環、ヘキサセン環、オクタセン環、ペンタフェン環、ヘキサフェン環等が挙げられるが、好ましく用いられるのは、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、ヘプタセン環、ヘキサセン環等が挙げられる。 Further, as the matrix of the hydrocarbon ring, a ring forming an acene derivative is preferably used as the matrix, for example, a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a tetracene ring, a heptacene ring, a hexacene ring, an octacene ring, a pentaphen ring. , Hexaphen rings and the like, and preferably used are anthracene ring, tetracene ring, pentacene ring, heptacene ring, hexacene ring and the like.
但し、上記の炭化水素環の環内の不飽和結合は、少なくとも3個の不飽和系が交差共役系を形成するように設定される。 However, the unsaturated bond in the ring of the hydrocarbon ring is set so that at least three unsaturated systems form a cross-conjugated system.
例えば、後述する合成例(1)に記載の例示化合物(6)では、炭化水素環の母体としてアントラセン環を有する合成原料を用いて、例示化合物(6)を得るが、該例示化合物(6)を構成する炭化水素環はキノジメタン構造(キノイド構の1種である)を有し、該キノジメタン構造は、前記アントラセン環内の不飽和結合が交差共役系を有するように配置された構造を有する。 For example, in Exemplified Compound (6) described in Synthesis Example (1) to be described later, Exemplified Compound (6) is obtained using a synthetic raw material having an anthracene ring as the base of the hydrocarbon ring. Has a quinodimethane structure (a kind of quinoid structure), and the quinodimethane structure has a structure in which the unsaturated bond in the anthracene ring has a cross-conjugated system.
同様に、後述する合成例(2)に記載の例示化合物(36)では、炭化水素環の母体としてペンタセン環を有する合成原料を用いて、例示化合物(36)を得ているが、例示化合物(36)は、キノジメタン構造を有し、該キノジメタン構造は、前記ペンタセン環内の不飽和結合が交差共役系を有するように配置された構造を有する。 Similarly, in Exemplified Compound (36) described in Synthesis Example (2) described later, Exemplified Compound (36) is obtained using a synthetic raw material having a pentacene ring as a base of a hydrocarbon ring. 36) has a quinodimethane structure, and the quinodimethane structure has a structure in which the unsaturated bond in the pentacene ring is arranged to have a cross-conjugated system.
また、前記炭化水素環の母体であるアセン誘導体の構成環に、交差共役系が設定される工程については、後に、一般式(1)または(2)で表される化合物の合成例で示されるように、その合成過程において、交差共役系が設けられるような合成ルートが適宜選択される。 The step of setting a cross conjugated system in the constituent ring of the acene derivative that is the base of the hydrocarbon ring will be described later in the synthesis example of the compound represented by the general formula (1) or (2). Thus, in the synthesis process, a synthesis route that provides a cross-conjugated system is appropriately selected.
また、上記炭化水素環は、後述する一般式(1)、(2)において、Aで表される=N(R1)基のR1で表される置換基を更に有していてもよい。 Further, the hydrocarbon ring is described below general formula (1), (2) may further have a substituent represented by R 1 in = N (R 1) a group represented by A .
一般式(1)、(2)において、Aで表される=N(R1)基のR1で表される置換基としては、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等)、芳香族複素環基(例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(カルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシル基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシル基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基(フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)、等が挙げられる。 In the general formulas (1) and (2), the substituent represented by R 1 of the ═N (R 1 ) group represented by A is an alkyl group (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group). Group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, etc.), cycloalkyl group (for example, cyclopentyl group, cyclohexyl group, etc.), alkenyl group (for example, vinyl) Group, allyl group, etc.), alkynyl group (eg, ethynyl group, propargyl group, etc.), aryl group (eg, phenyl group, naphthyl group, etc.), aromatic heterocyclic group (eg, pyridyl group, pyrimidinyl group, furyl group, Pyrrolyl group, imidazolyl group, benzoimidazolyl group, pyrazolyl group, pyrazinyl group, triazolyl group (for example, 1,2,4-toluene) Azol-1-yl group, 1,2,3-triazol-1-yl group, etc.), oxazolyl group, benzoxazolyl group, thiazolyl group, isoxazolyl group, isothiazolyl group, furazanyl group, thienyl group, quinolyl group, benzofuryl Group, dibenzofuryl group, benzothienyl group, dibenzothienyl group, indolyl group, carbazolyl group, carbolinyl group, diazacarbazolyl group (indicating that one of the carbon atoms constituting the carboline ring is replaced by a nitrogen atom), Quinoxalinyl group, pyridazinyl group, triazinyl group, quinazolinyl group, phthalazinyl group, etc.), heterocyclic group (eg, pyrrolidyl group, imidazolidyl group, morpholyl group, oxazolidyl group, etc.), alkoxyl group (eg, methoxy group, ethoxy group, propyloxy) Group, pentyloxy group, hex Siloxy group, octyloxy group, dodecyloxy group, etc.), cycloalkoxyl group (eg, cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, etc.), aryloxy group (eg, phenoxy group, naphthyloxy group, etc.), alkylthio group (eg, methylthio group) Group, ethylthio group, propylthio group, pentylthio group, hexylthio group, octylthio group, dodecylthio group, etc.), cycloalkylthio group (eg, cyclopentylthio group, cyclohexylthio group, etc.), arylthio group (eg, phenylthio group, naphthylthio group, etc.) , Alkoxycarbonyl groups (for example, methyloxycarbonyl group, ethyloxycarbonyl group, butyloxycarbonyl group, octyloxycarbonyl group, dodecyloxycarbonyl group, etc.), aryloxycarbonyl (Eg, phenyloxycarbonyl group, naphthyloxycarbonyl group, etc.), sulfamoyl group (eg, aminosulfonyl group, methylaminosulfonyl group, dimethylaminosulfonyl group, butylaminosulfonyl group, hexylaminosulfonyl group, cyclohexylaminosulfonyl group, octyl) Aminosulfonyl group, dodecylaminosulfonyl group, phenylaminosulfonyl group, naphthylaminosulfonyl group, 2-pyridylaminosulfonyl group, etc.), acyl group (for example, acetyl group, ethylcarbonyl group, propylcarbonyl group, pentylcarbonyl group, cyclohexylcarbonyl group) Octylcarbonyl group, 2-ethylhexylcarbonyl group, dodecylcarbonyl group, phenylcarbonyl group, naphthylcarbonyl group, pyridylcarbonyl group Group), acyloxy group (for example, acetyloxy group, ethylcarbonyloxy group, butylcarbonyloxy group, octylcarbonyloxy group, dodecylcarbonyloxy group, phenylcarbonyloxy group, etc.), amide group (for example, methylcarbonylamino group, Ethylcarbonylamino group, dimethylcarbonylamino group, propylcarbonylamino group, pentylcarbonylamino group, cyclohexylcarbonylamino group, 2-ethylhexylcarbonylamino group, octylcarbonylamino group, dodecylcarbonylamino group, phenylcarbonylamino group, naphthylcarbonylamino Group), carbamoyl group (for example, aminocarbonyl group, methylaminocarbonyl group, dimethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, pentyl) Aminocarbonyl group, cyclohexylaminocarbonyl group, octylaminocarbonyl group, 2-ethylhexylaminocarbonyl group, dodecylaminocarbonyl group, phenylaminocarbonyl group, naphthylaminocarbonyl group, 2-pyridylaminocarbonyl group, etc.), ureido group (eg methyl Ureido group, ethylureido group, pentylureido group, cyclohexylureido group, octylureido group, dodecylureido group, phenylureido group naphthylureido group, 2-pyridylaminoureido group, etc.), sulfinyl group (for example, methylsulfinyl group, ethylsulfinyl group) Butylsulfinyl group, cyclohexylsulfinyl group, 2-ethylhexylsulfinyl group, dodecylsulfinyl group, phenylsulfinyl group, naphthyls Finyl group, 2-pyridylsulfinyl group, etc.), alkylsulfonyl group (eg, methylsulfonyl group, ethylsulfonyl group, butylsulfonyl group, cyclohexylsulfonyl group, 2-ethylhexylsulfonyl group, dodecylsulfonyl group, etc.), arylsulfonyl group (phenyl) Sulfonyl group, naphthylsulfonyl group, 2-pyridylsulfonyl group, etc.), amino group (for example, amino group, ethylamino group, dimethylamino group, butylamino group, cyclopentylamino group, 2-ethylhexylamino group, dodecylamino group, anilino) Group, naphthylamino group, 2-pyridylamino group, etc.), halogen atom (eg, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, etc.), fluorinated hydrocarbon group (eg, fluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl) , Pentafluorophenyl group, etc.), a cyano group, a nitro group, hydroxy group, a mercapto group, a silyl group (e.g., trimethylsilyl group, triisopropylsilyl group, triphenylsilyl group, a phenyl diethyl silyl group and the like), and the like.
これらの置換基は、上記の置換基によって更に置換されていてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。 These substituents may be further substituted with the above substituents. In addition, a plurality of these substituents may be bonded to each other to form a ring.
一般式(1)、(2)において、Aで表される=CR2R3基のR2、R3で表される置換基は、前記R1で表される置換基と同義である。 In the general formulas (1) and (2), the substituent represented by R 2 and R 3 of the ═CR 2 R 3 group represented by A has the same definition as the substituent represented by R 1 .
《一般式(3)、(4)または(5)で表される、炭化水素環を母体とする化合物》
本発明に係る、一般式(3)、(4)または(5)で表される、炭化水素環を母体とする化合物について説明する。
<< Compound represented by general formula (3), (4) or (5) based on hydrocarbon ring >>
The compound based on the hydrocarbon ring represented by the general formula (3), (4) or (5) according to the present invention will be described.
一般式(3)、(4)、(5)の各々において、A1、A2で各々表される=N(R1)基は、一般式(1)、(2)において、Aで表される=N(R1)基と同義である。 In each of the general formulas (3), (4), and (5), the ═N (R 1 ) group represented by A 1 and A 2 is represented by A in the general formulas (1) and (2). ═N (R 1 ) group.
一般式(3)、(4)、(5)の各々において、A1、A2で各々表される=CR2R3基は、一般式(1)、(2)において、Aで表される=CR2R3基と同義である。 In each of the general formulas (3), (4) and (5), the ═CR 2 R 3 groups represented by A 1 and A 2 are each represented by A in the general formulas (1) and (2). R = synonymous with CR 2 R 3 group.
以下、本発明に係る、上記一般式(1)または(2)で表される化合物、上記一般式(3)、(4)または(5)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。 Specific examples of the compound represented by the general formula (1) or (2) and the compound represented by the general formula (3), (4) or (5) according to the present invention are shown below. The invention is not limited to these.
本発明に係る、上記一般式(1)または(2)で表される化合物、上記一般式(3)、(4)または(5)で表される化合物の合成の一例として、化合物(6)、化合物(3&)の各々の合成例を下記に示すが、本発明はこれらに限定されない。また、合成法としては、当該業者公知の合成手法を参考にして合成することが出来る。 As an example of the synthesis of the compound represented by the general formula (1) or (2) and the compound represented by the general formula (3), (4) or (5) according to the present invention, the compound (6) Examples of synthesis of each of the compounds (3 &) are shown below, but the present invention is not limited thereto. Moreover, as a synthesis method, it can synthesize | combine with reference to the synthesis method well-known to the said expert.
《合成例1:化合物(6)の合成》 << Synthesis Example 1: Synthesis of Compound (6) >>
200ml3つ口フラスコにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.1g、水素化ナトリウム0.75g、を添加し、系内を窒素置換した。更にテトラヒドロフラン60mlを添加し、撹拌下マロニトリル1.2gのテトラヒドロフラン溶液20mlを滴下し、1時間室温にて撹拌を続けた。その後、化合物(6−1)2.0gのテトラヒドロフラン溶液20mlを滴下し、滴下完了後20時間加熱還流した。反応終了後、室温にてケイソウ土ろ過を行い、ろ液を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、ロータリーエバポレーターで減圧濃縮した。残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物(6−2)の白色固体1.1gを得た。 Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) 0.1 g and sodium hydride 0.75 g were added to a 200 ml three-necked flask, and the system was purged with nitrogen. Further, 60 ml of tetrahydrofuran was added, and 20 ml of a tetrahydrofuran solution of 1.2 g of malonitrile was added dropwise with stirring, and stirring was continued for 1 hour at room temperature. Thereafter, 20 ml of a tetrahydrofuran solution containing 2.0 g of the compound (6-1) was added dropwise, and the mixture was heated to reflux for 20 hours after completion of the addition. After completion of the reaction, diatomaceous earth filtration was performed at room temperature, and the filtrate was washed with saturated brine, dried over magnesium sulfate, and then concentrated under reduced pressure using a rotary evaporator. The residue was purified by column chromatography to obtain 1.1 g of white solid of compound (6-2).
得られた化合物(6−2)の構造は、1H−NMR(核磁気共鳴スペクトル)及び質量スペクトルを用いて同定した。 The structure of the obtained compound (6-2) was identified using 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance spectrum) and mass spectrum.
次に、200ml3つ口フラスコに、上記で得た化合物(6−2)1.1g及びアセトニトリル80mlを添加し、5℃以下で2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノベンゾキノン1.2gを少量ずつ添加した。添加終了後、室温で3時間撹拌し、反応終了後ロータリーエバポレータで減圧濃縮した。残留物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的化合物(6)の白色固体0.7gを得た。 Next, 1.1 g of the compound (6-2) obtained above and 80 ml of acetonitrile were added to a 200 ml three-necked flask, and 1.2 g of 2,3-dichloro-5,6-dicyanobenzoquinone was added in a small amount at 5 ° C. or lower. Added in increments. After completion of the addition, the mixture was stirred at room temperature for 3 hours, and after completion of the reaction, the mixture was concentrated under reduced pressure using a rotary evaporator. The residue was purified by column chromatography to obtain 0.7 g of the target compound (6) as a white solid.
化合物(6)の構造は、1H−NMR(核磁気共鳴スペクトル)及び質量スペクトルを用いて同定した。 The structure of the compound (6) was identified using 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance spectrum) and mass spectrum.
《合成例2:化合物(36)の合成》 << Synthesis Example 2: Synthesis of Compound (36) >>
上記の合成例1において、化合物(6−1)の代わりに化合物(36−1)(米国特許出願公開第2003/105365号明細書に記載の化合物)を用いた(合成例1の化合物(6−1)のモル数と同一モル数になるように調整した)以外は同様にして、化合物(36−2)を合成した後、次いで、得られた化合物(36−2)を用いて、目的化合物(36)を得た。 In Synthesis Example 1 described above, Compound (36-1) (a compound described in US Patent Application Publication No. 2003/105365) was used instead of Compound (6-1) (Compound of Synthesis Example 1 (6) The compound (36-2) was synthesized in the same manner except that the number of moles was adjusted to be the same as the number of moles of -1), and then the obtained compound (36-2) was used for the purpose. Compound (36) was obtained.
上記の化合物(36−2)、目的化合物(36)の各々の構造は、1H−NMR(核磁気共鳴スペクトル)及び質量スペクトルを用いて同定した。 The structures of the compound (36-2) and the target compound (36) were identified using 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance spectrum) and mass spectrum.
《有機TFT、電界効果トランジスタ及びスイッチング素子》
本発明の有機TFT、電界効果トランジスタ及びそれらを用いるスイッチング素子について説明する。ここで、スイッチング素子は、その使用形態により、有機TFT素子といわれることもあり、また、電界効果トランジスタ素子と呼ばれることがある。
<< Organic TFT, field effect transistor and switching element >>
The organic TFT, the field effect transistor and the switching element using them according to the present invention will be described. Here, the switching element is sometimes referred to as an organic TFT element depending on its usage, and is sometimes referred to as a field effect transistor element.
本発明の有機TFT材料は、有機TFTや電界効果トランジスタのチャネル層に用いられることにより、良好に駆動するスイッチング素子(トランジスタ装置ともいう)を提供することができる。有機TFT(有機薄膜トランジスタ)は、支持体上に、チャネルとして有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。 The organic TFT material of the present invention can be used for a channel layer of an organic TFT or a field effect transistor, thereby providing a switching element (also referred to as a transistor device) that is driven satisfactorily. An organic TFT (organic thin film transistor) has a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel as a channel on a support, a top gate type having a gate electrode on a gate insulating layer thereon, and a support First, it is roughly classified into a bottom gate type having a gate electrode on a body and having a source electrode and a drain electrode connected by an organic semiconductor channel through a gate insulating layer.
本発明に係る有機薄膜トランジスタ材料を有機TFTまたは電界効果トランジスタを用いたスイッチング素子のチャネル(チャネル層ともいう)に設置するには、真空蒸着により基板上に設置することもできるが、適切な溶剤に溶解し必要に応じ添加剤を加えて調製した溶液をキャストコート、スピンコート、印刷、インクジェット法、アブレーション法等によって基板上に設置することが好ましい。 In order to install the organic thin film transistor material according to the present invention in a channel (also referred to as a channel layer) of a switching element using an organic TFT or a field effect transistor, it can be installed on a substrate by vacuum deposition, but an appropriate solvent is used. It is preferable that a solution prepared by dissolving and adding an additive as necessary is placed on a substrate by cast coating, spin coating, printing, an ink jet method, an ablation method or the like.
この場合、本発明の有機TFT材料を溶解する溶剤は、該有機TFT材料を溶解して適切な濃度の溶液が調製できるものであれば格別の制限はないが、具体的にはジエチルエーテルやジイソプロピルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフランやジオキサンなどの環状エーテル系溶媒、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン系溶媒、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、トルエン、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、m−クレゾール等の芳香族系溶媒、N−メチルピロリドン、2硫化炭素等を挙げることができる。 In this case, the solvent for dissolving the organic TFT material of the present invention is not particularly limited as long as the organic TFT material can be dissolved to prepare a solution having an appropriate concentration. Specifically, diethyl ether or diisopropyl is used. Chain ether solvents such as ether, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, alkyl halide solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, toluene, o-dichlorobenzene, Aromatic solvents such as nitrobenzene and m-cresol, N-methylpyrrolidone, carbon disulfide and the like can be mentioned.
本発明において、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITOおよび炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。 In the present invention, the material for forming the source electrode, the drain electrode and the gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium , Palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon Paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesi A copper / gold mixture, a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, a magnesium / indium mixture, an aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, etc., in particular, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO and carbon are preferred. Alternatively, known conductive polymers whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, and the like are also preferably used. Among them, those having low electrical resistance at the contact surface with the semiconductor layer are preferable.
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。 As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, using a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, a metal foil such as aluminum or copper There is a method of etching using a resist by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.
ゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。 Various insulating films can be used as the gate insulating layer, and an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.
上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。 Examples of the method for forming the film include a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, and a spray process. Wet processes such as coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, casting methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, and other wet processes such as printing and ink jet patterning methods, etc. Can be used depending on the material.
ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えば、アルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。 The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used. Among these, the atmospheric pressure plasma method and the sol-gel method are preferable.
大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平11−61406号公報、同11−133205号公報、特開2000−121804号公報、同2000−147209号公報、同2000−185362号公報等に記載されている(以下、大気圧プラズマ法とも称する)。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。 The method for forming an insulating film by plasma film formation under atmospheric pressure is a process in which a reactive gas is discharged under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure to excite reactive gas to form a thin film on a substrate. The method is described in JP-A-11-61406, JP-A-11-133205, JP-A-2000-121804, JP-A-2000-147209, JP-A-2000-185362 (hereinafter referred to as atmospheric pressure). Also called plasma method). Accordingly, a highly functional thin film can be formed with high productivity.
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは100nm〜1μmである。 In addition, as the organic compound film, polyimide, polyamide, polyester, polyacrylate, photo radical polymerization type, photo cation polymerization type photo curable resin, or a copolymer containing an acrylonitrile component, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resin, Also, cyanoethyl pullulan or the like can be used. As the method for forming the organic compound film, the wet process is preferable. An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.
また、支持体はガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。 Moreover, a support body is comprised with glass or a flexible resin-made sheet | seat, for example, a plastic film can be used as a sheet | seat. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC). And a film made of cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), or the like. Thus, by using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.
以下に、本発明の有機TFT材料を用いて形成された有機薄膜を用いた電界効果トランジスタについて説明する。 Below, the field effect transistor using the organic thin film formed using the organic TFT material of this invention is demonstrated.
図1は、本発明に係る有機TFTの構成例を示す図である。同図(a)は、支持体6上に金属箔等によりソース電極2、ドレイン電極3を形成し、両電極間に本発明の有機半導体材料からなる有機半導体層1を形成し、その上に絶縁層5を形成し、更にその上にゲート電極4を形成して電界効果トランジスタを形成したものである。同図(b)は、有機半導体層1を、(a)では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極及び支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。(c)は、支持体6上に先ずコート法等を用いて、有機半導体層1を形成し、その後ソース電極2、ドレイン電極3、絶縁層5、ゲート電極4を形成したものを表す。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an organic TFT according to the present invention. In FIG. 2A, a
同図(d)は、支持体6上にゲート電極4を金属箔等で形成した後、絶縁層5を形成し、その上に金属箔等で、ソース電極2及びドレイン電極3を形成し、該電極間に本発明の有機半導体材料により形成された有機半導体層1を形成する。その他同図(e)、(f)に示すような構成を取ることもできる。
In FIG. 4D, after forming the
図2は、有機TFTシートの概略等価回路図の1例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic equivalent circuit diagram of an organic TFT sheet.
有機TFTシート10はマトリクス配置された多数の有機TFT11を有する。7は各TFT11のゲートバスラインであり、8は各TFT11のソースバスラインである。各TFT11のソース電極には、出力素子12が接続され、この出力12は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。13は蓄積コンデンサ、14は垂直駆動回路、15は水平駆動回路である。
The
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, the embodiment of this invention is not limited to these.
実施例1
《有機薄膜トランジスタ(有機TFT)素子1の作製》:比較
ゲート電極としての抵抗率0.01Ω・cmのSiウェハーに、厚さ2000Åの熱酸化膜を形成してゲート絶縁層とした後、オクタデシルトリクロロシランによる表面処理を行った。比較化合物(1)(ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(regioregular、アルドリッチ社製、平均分子量89000、PHT))のクロロホルム溶液をアプリケーターを用いて塗布し、自然乾燥することによりキャスト膜(厚さ50nm)を形成して、窒素雰囲気下で50℃、30分間の熱処理を施した。更に、この膜の表面にマスクを用いて金を蒸着してソース電極及びドレイン電極を形成した。ソース電極及びドレイン電極が、各々幅100μm、厚さ200nmで、チャネル幅W=3mm、チャネル長L=20μmの有機薄膜トランジスタ素子1を作製した。
Example 1
<< Preparation of Organic Thin Film Transistor (Organic TFT)
《有機TFT素子2、3の作製》:比較
有機TFT素子1の作製において、比較化合物(1)を比較化合物(2)(ペンタセン、アルドリッチ社製市販試薬を昇華精製して用いた)、比較化合物(3)(国際公開第03/016599号パンフレットに記載化合物)に代えた以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ素子2と3を各々作製した。
<< Preparation of
《有機TFT素子4〜13の作製》:本発明
有機TFT素子1の作製において、比較化合物(1)を表1に示した化合物に変更した以外は同様にして、有機薄膜トランジスタ素子4〜13を作製した。
<< Preparation of Organic TFT Elements 4-13 >>: Present Invention Organic TFT transistor elements 4-13 were prepared in the same manner as in the preparation of
《有機TFT素子1〜13の評価》:キャリア移動度、ON/OFF比
以上のように作製した有機薄膜トランジスタ素子1〜13は、pチャネルのエンハンスメント型FETの良好な動作特性を示した。さらに、有機薄膜トランジスタ素子4〜9について、I−V特性の飽和領域からキャリア移動度を求め、更にON/OFF比(ドレインバイアス−50Vとし、ゲートバイアス−50Vおよび0Vにしたときのドレイン電流値の比率)を求めた。
<< Evaluation of
また得られた素子を大気中で1ヶ月放置し、再度キャリア移動度とON/OFF比を求めた。結果を表1に示す。 The obtained element was left in the atmosphere for one month, and the carrier mobility and the ON / OFF ratio were obtained again. The results are shown in Table 1.
表1より、比較に比べて、本発明の有機薄膜トランジスタ素子は、トランジスタとしての特性が良好であり、さらに、経時劣化が抑えられていることが分かった。 From Table 1, it was found that the organic thin film transistor element of the present invention had better characteristics as a transistor and further suppressed deterioration over time as compared with comparison.
1 有機半導体層
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 絶縁層
6 支持体
7 ゲートバスライン
8 ソースバスライン
10 有機TFTシート
11 有機TFT
12 出力素子
13 蓄積コンデンサ
14 垂直駆動回路
15 水平駆動回路
DESCRIPTION OF
12 Output element 13
Claims (7)
該有機電荷輸送性材料が請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜トランジスタ材料であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 An organic charge transporting material and a gate electrode directly or indirectly in contact with the organic charge transporting material, and by applying a voltage between the gate electrode and the organic charge transporting material, the organic charge transporting property In a field effect transistor that controls the current in a material,
5. The field effect transistor according to claim 1, wherein the organic charge transporting material is the organic thin film transistor material according to claim 1.
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