芳香族雜環化合物、其制造方法、及其應用技術

本發明專利技術提供一種具有高的電荷遷移性、氧化穩定性、溶劑可溶性的芳香族雜環化合物、其制造方法、及其應用。所述芳香族雜環化合物是由下述通式(1)所示，具有2個雜原子，且具有6個環進行縮合而成的結構。式中，X表示氧原子或N?R，R為氫或一價取代基。有機半導體材料含有所述芳香族雜環化合物，用于有機半導體膜、有機薄膜晶體管、有機光伏元件等有機元件。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種新穎的芳香族雜環化合物及包含其的有機半導體材料、使用所述 有機半導體材料而獲得的有機半導體膜以及有機場效晶體管等有機半導體元件。
技術介紹
通常，使用無機半導體材料硅的半導體元件中，在其薄膜形成中，需要高溫工藝及 高真空工藝。由于需要高溫工藝，故而無法將硅在塑料基板上等進行薄膜形成，因此難以對 組入有半導體元件的制品賦予撓性、或進行輕量化。另外，由于需要高真空工藝，故而難以 將組入有半導體元件的制品進行大面積化及低成本化。 因此，近年來，正在對利用有機半導體材料作為有機電子零件的有機半導體元件 (例如有機電致發光（electroluminescence，EL)元件、有機場效晶體管元件或者有機薄膜 光電轉換元件等）進行研究。與無機半導體材料相比，這些有機半導體材料可顯著降低制 作工藝溫度，因此可形成于塑料基板上等。進而，通過使用在溶劑中的溶解性大且具有良好 成膜性的有機半導體，可利用不需要真空工藝的涂布法，例如噴墨裝置等來進行薄膜形成， 結果可期待實現使用無機半導體材料即硅的半導體元件中所難以實現的大面積化與低成 本化。如上所述，與無機半導體材料相比，有機半導體材料在大面積化、撓性、輕量化、低成 本化等方面有利，因此可期待應用于有效利用這些特性的有機半導體制品，例如應用于：信 息標簽、電子人工皮膚片（electronic artificial skin sheet)或片型掃描器等大面積傳 感器、液晶顯示器、電子紙以及有機EL面板等顯示器等。 如上所述，對期待廣泛用途的有期半導體元件中所使用的有期半導體材料要求高 的電荷迀移率。例如，有機場效晶體管（field-effect transistor，FET)元件中，由于直接 影響交換速度（switching speed)或所驅動的裝置的性能，故而為了實用化，電荷迀移率的 提高為必需的課題。進而如上所述，為了可利用涂布法來制成半導體元件，故而要求溶劑可 溶性、氧化穩定性、良好的制膜性。 尤其可列舉電荷迀移率大來作為對有機半導體的要求特性。就所述觀點而言，近 年來，報告有具有與非晶硅相當的電荷傳輸性的有機半導體材料。例如，將5個苯環以直線 狀進行縮合而成的經系并苯（acene)型多環芳香族分子即并五苯（pentacene)用作有機半 導體材料的有機場效型晶體管元件（organic field-effect transistor，OFET)中，報告有 與非晶硅相當的電荷迀移率（非專利文獻1)。然而，在將并五苯用作0FET的有機半導體材 料的情況下，有機半導體薄膜層由于是利用超高真空下的蒸鍍法來形成，故而就大面積化、 撓性、輕量化以及低成本化的觀點而言不利。另外，還提出有不使用真空蒸鍍法，而是在三 氯苯的稀薄溶液中形成并五苯結晶的方法，但制造方法困難，尚無法獲得穩定的元件（專 利文獻1)。如并五苯之類的烴系并苯型多環芳香族分子中也可列舉氧化穩定性低來作為課 題。 另外，聚（3-己基噻吩）等具有長鏈烷基的聚噻吩衍生物可溶于溶劑中，報告有利 用涂布法來制作有機半導體元件（非專利文獻2)，但由于電荷迀移率低于結晶性化合物， 故而存在所得有機半導體元件的特性低的問題。 另外，與并五苯相比，噻吩環進行縮環而成的并五噻吩（pentathienoacene)的耐 氧化性提高，但由于載流子迀移率低以及其合成需要多步驟，故而在實用上并非優選的材 料（非專利文獻3)。 另外，最近，報告有由于溶解性高的并苯類即紅熒烯（rubrene)的單晶而為非常 高的迀移率（非專利文獻4)，但通過溶液澆鑄而成膜的紅熒烯的膜并未取得此種單晶結 構，未獲得充分的迀移率。 作為溶劑溶解性高且對于氧化比較穩定的烴系并苯型化合物的例子，經報告有， 將并五苯的6位、13位以硅烷基乙炔基進行取代而成的一部分化合物的涂布膜的穩定性良 好（非專利文獻5)。然而，這些報告中，文章中僅將定性的性狀表述為對于氧化的穩定性提 高，尚未獲得能夠耐受實用的程度的穩定性。 根據上述背景，作為具有穩定性且顯示出高的載流子迀移率的材料，近年來報告 有在烴系并苯型多環芳香族骨架上導入有如氮或硫之類的雜原子的雜并苯系骨架。 例如，雖提出有將在萘（naphthalene)環上縮合有2個苯并咲喃（benzofuran)骨 架、 11引噪（indole)骨架或苯并噻吩（benzothiophene)骨架的多環縮環化合物作為有機薄 膜晶體管（thin film transistor，TFT)的有機半導體層的材料，但并無導入有2種以上雜 原子的具體例示等記載（專利文獻2、專利文獻3)。 TO2003/01659AW〇2〇ll/〇74232AW〇2〇l2/〇9〇462A《應用物理學雜志（Journal of Applied Physics)》第92卷第 5259 頁（2002)《科學（Science)》第280卷（5370)第1741頁（1998) 《美國化學學會志（Journal Of American Chemical Society)》 第 127 卷第 13281 頁（2005)《科學（Science)》第303卷（5664)第1644頁（2004) 《有機快報（Organic Letters，0rg. Lett.)》第4卷第15頁（2002)
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有高的電荷迀移性、氧化穩定性、溶劑可溶性的有 機半導體材料以及使用所述有機半導體材料的有機半導體元件、以及其中使用的新穎的芳 香族雜環化合物及其制造方法。 本專利技術人等人進行了積極研究，結果發現適合作為具有高的電荷迀移性、氧化穩 定性、溶劑可溶性的有機半導體材料的芳香族雜環化合物，且發現通過將所述芳香族雜環 化合物用于有機半導體材料、有機半導體元件而獲得高特性的有機半導體元件，從而完成 本專利技術。 本專利技術為下述通式（1)所表示的芳香族雜環化合物。 此處，X表示氧原子或N_R，R分別獨立地表示氫原子或一價取代基。a、c為1~4 的整數，b、d為1~2的整數。 上述通式（1)所表示的芳香族雜環化合物的優選實施方式如下所述。 1)R的至少一個為氫原子以外的一價取代基。 2)R的至少一個為選自由鹵素原子、羥基、經取代或未經取代的碳數1~30的脂 肪族烴基、經取代或未經取代的碳數1~30的烷氧基、氨基、碳數1~30的經取代的氨基、 硫醇基、碳數1~30的經取代的磺酰基、氰基、經取代或未經取代的碳數6~48的芳香族 烴基、經取代或未經取代的碳數2~48的芳香族雜環基、由經取代或未經取代的碳數8~ 50的芳香族烴所取代的炔基、由經取代或未經取代的碳數4~50的芳香族雜環所取代的炔 基、由經取代或未經取代的碳數8~50的芳香族烴所取代的烯基、由經取代或未經取代的 碳數4~50的芳香族雜環所取代的烯基、經取代或未經取代的碳數5~30的烷基硅烷基 炔基、經取代或未經取代的碳數3~30的烷基硅烷基、經取代或未經取代的硅數1~30的 硅氧烷基、經取代或未經取代的硅數1~30的硅氧烷烷基、以及經取代或未經取代的硅數 1~30的聚硅烷基所組成的組群中的一價基。 3) -種芳香族雜環化合物，其是由下述通式（2)所表示。 此處，X及R與通式（1)的X及本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種芳香族雜環化合物，其是由下述通式(1)所表示：[化1]此處，X表示氧原子或N?R，R分別獨立地為氫原子或一價取代基，a、c為1～4的整數，b、d為1～2的整數。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：川田敦志，長浜拓男，林田広幸，桝谷浩太，
申請(專利權)人：新日鐵住金化學株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP