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JP2009283943A - Organic semiconductor material, method of producing the same, and organic electronic device - Google Patents

Organic semiconductor material, method of producing the same, and organic electronic device Download PDF

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JP2009283943A
JP2009283943A JP2009124554A JP2009124554A JP2009283943A JP 2009283943 A JP2009283943 A JP 2009283943A JP 2009124554 A JP2009124554 A JP 2009124554A JP 2009124554 A JP2009124554 A JP 2009124554A JP 2009283943 A JP2009283943 A JP 2009283943A
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porphyrin
ring
organic
film
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Noboru Ono
昇 小野
Shinji Aramaki
晋司 荒牧
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic semiconductor material which has high carrier mobility and stability, and is produced with an easy process, and an organic device. <P>SOLUTION: The organic semiconductor material includes porphyrin dimer expressed by a formula (wherein, each pyrrole ring may have a substituent, and the porphyrin ring may have a coordinated metal atom). The method of producing the organic semiconductor material is such that a solution in which a solvent solves porphyrin dimer in a form of a precursor having a bicyclo structure is applied on a substrate, and heated thereof to convert the precursor to porphyrin dimer. The organic electronic device having a semiconductor layer and two or more electrodes includes the organic semiconductor material in the semiconductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体材料及び電界効果トランジスタ等の有機電子デバイスに関し、特には特定構造を有するポルフィリン類化合物を含む有機半導体材料及びそれを用いた有機電子デバイスに関する。   The present invention relates to organic semiconductor materials and organic electronic devices such as field effect transistors, and more particularly to an organic semiconductor material containing a porphyrin compound having a specific structure and an organic electronic device using the same.

従来、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor、以下、FETと称することがある。)素子は、半導体層としてシリコン(Si)やガリウム砒素単結晶など無機半導体材料を用いたものが広く利用されている。しかし無機材料の場合、製造時に300℃以上の高温で処理するため基板にプラスチック(樹脂)を用いるのが難しいこと、製造に多くのエネルギーを要すること、蒸着やスパッタリング、CVDなどの真空下での素子作製プロセスを経るため大面積の素子を製造するのが困難なこと、また製造ラインに高価な設備を必要とし高コストになること、などの課題がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a field effect transistor (hereinafter, sometimes referred to as an FET) element that uses an inorganic semiconductor material such as silicon (Si) or gallium arsenide single crystal as a semiconductor layer has been widely used. However, in the case of inorganic materials, it is difficult to use a plastic (resin) for the substrate because it is processed at a high temperature of 300 ° C. or higher at the time of manufacturing, requires a lot of energy for manufacturing, and is used under vacuum such as vapor deposition, sputtering, and CVD. There are problems such that it is difficult to manufacture a large-area element due to the element manufacturing process, and that expensive equipment is required on the production line, resulting in high costs.

そこで、有機半導体材料を、電界効果トランジスタをはじめとして発光ダイオード、非線形光デバイスなど電子デバイスの半導体層に使用した有機電子デバイスが提案されている。これによれば、比較的低温のプロセスで製造できるので基板にプラスチックフィルムが使用でき、軽量で柔軟性に優れた壊れにくいデバイスを作製できる利点がある。また塗布法や印刷法によって形成できるので大面積のデバイスが、高価な設備を必要とせず低コストで製造できる利点もある。更に、有機物は材料のバリエーションが豊富で分子構造を変化させて材料特性を根本的に変えることもできるので、無機物にはない機能を持つ素子が得られる可能性がある。   Thus, organic electronic devices using organic semiconductor materials for semiconductor layers of electronic devices such as light-emitting diodes, nonlinear optical devices, as well as field effect transistors, have been proposed. According to this, since it can be manufactured by a process at a relatively low temperature, a plastic film can be used for the substrate, and there is an advantage that a lightweight and flexible device that is hard to break can be manufactured. Further, since it can be formed by a coating method or a printing method, there is an advantage that a large-area device can be manufactured at low cost without requiring expensive equipment. Furthermore, since organic materials have a wide variety of materials and can change the molecular characteristics by changing the molecular structure, there is a possibility that an element having a function not found in inorganic materials may be obtained.

有機半導体材料は、高分子化合物材料(ポリマー材料)と低分子化合物材料の2種に大別され、それぞれ、導電性高分子化合物や共役高分子化合物を利用したデバイス(特許文献1)、低分子化合物を利用したデバイス(特許文献2)が報告されている。
高分子化合物材料としては導電性高分子や共役高分子などが代表的で、共役高分子化合物を半導体としてそのまま用いる方法、電場をかけて共役高分子化合物にイオン(ドーパント)を出し入れしてスイッチングを行う方法などが試みられている。しかし、高分子ゆえの問題点、すなわち溶媒溶解性が低く均一な塗布液が得られず膜の均一性や安定性が低いこと、成膜時に構造の不完全部分に由来する欠陥が生じてしまうこと、精製が困難なこと、酸化電位が下がり酸化されやすくなりやすいこと等の課題があり、高性能かつ安定性の高い材料はいまだ見出されていない。
Organic semiconductor materials are roughly classified into two types: polymer compound materials (polymer materials) and low-molecular compound materials. Devices using conductive polymer compounds and conjugated polymer compounds (Patent Document 1) and low-molecular compounds, respectively. A device using a compound (Patent Document 2) has been reported.
Typical polymer compound materials include conductive polymers and conjugated polymers. The method uses the conjugated polymer compound as a semiconductor as it is, and switches the ion (dopant) to and from the conjugated polymer compound by applying an electric field. Attempts have been made to do so. However, problems due to the polymer, that is, the solvent solubility is low and a uniform coating solution cannot be obtained, and the uniformity and stability of the film are low, and defects due to incomplete parts of the structure occur at the time of film formation. In addition, there are problems such as difficulty in purification, easy oxidation due to a decrease in oxidation potential, and no high-performance and high-stability material has yet been found.

一方、低分子化合物は、合成の結果得られる化合物の構造がほぼ定まっており、かつ昇華精製や再結晶、カラムクロマトグラフィー等のさまざまな精製法が利用できるため、純度が高く、高性能で安定性の高い材料が得られやすい点で優れている。
低分子化合物材料の例としては、ペンタセン等の芳香族縮合炭化水素化合物やチオフェン環が4個以上連結したオリゴチオフェン類で、蒸着成膜されたものながら、アモルファスシリコン(a−Si)並の高い移動度を示した報告がある。しかし、高分子化合物ほどではないものの酸化されやすい傾向があるため、安定性の面で課題がある。即ち、空気中の酸素が有機半導体膜にドーピングされ、キャリア密度が上がってしまい、漏れ電流が多くなったり移動度が変化して安定な特性が得られなくなったりする場合がある。
Low-molecular compounds, on the other hand, have a nearly fixed structure as a result of synthesis, and can be used with various purification methods such as sublimation purification, recrystallization, and column chromatography. It is excellent in that it is easy to obtain a high-performance material.
Examples of low-molecular-weight compound materials include condensed aromatic hydrocarbon compounds such as pentacene and oligothiophenes in which four or more thiophene rings are connected, which are vapor-deposited and are as high as amorphous silicon (a-Si). There is a report showing mobility. However, there is a problem in terms of stability because it tends to be oxidized although it is not as high as a polymer compound. In other words, oxygen in the air is doped into the organic semiconductor film, the carrier density is increased, and there are cases where the leakage current increases or the mobility changes and stable characteristics cannot be obtained.

ただし、低分子化合物は塗布プロセスが適用しにくく、製造コストが高い蒸着による製膜法を用いなければならないなど、有機物の特徴を十分に生かしたものになりにくい。また一般に低分子化合物を溶液からの塗布による製膜を行うと、結晶化による粒状の構造に
なるため、均一な膜が得られにくく、製膜性に問題がある場合も多い。
However, it is difficult to apply a coating process to low molecular weight compounds, and it is difficult to make full use of the characteristics of organic matter, such as the need to use a deposition method with high production costs. In general, when a film is formed by applying a low molecular weight compound from a solution, a granular structure is formed by crystallization, so that it is difficult to obtain a uniform film and there are many problems in film formation.

例えば、フタロシアニン類の電界効果トランジスタへの応用が報告されているが(特許文献3〜4,非特許文献1)、フタロシアニン類は一般に溶媒に不溶であり、これらの素子を作製するには真空蒸着法により製膜する必要がある。
そこで近年、溶媒溶解性の高い低分子化合物を前駆体とし、これを溶剤などに溶解し塗布プロセスで膜を形成し、そののち半導体に変換して有機半導体膜を得、電界効果トランジスタを作製する方法が報告されている。例えば、ペンタセンあるいは類似の芳香族炭化水素を用いた例がある(非特許文献2〜4)。
For example, although application of phthalocyanines to field effect transistors has been reported (Patent Documents 3 to 4, Non-Patent Document 1), phthalocyanines are generally insoluble in a solvent, and vacuum evaporation is required to produce these devices. It is necessary to form a film by the method.
Therefore, in recent years, a low-molecular compound with high solvent solubility is used as a precursor, and this is dissolved in a solvent and formed into a film by a coating process. After that, it is converted into a semiconductor to obtain an organic semiconductor film, thereby producing a field effect transistor. A method has been reported. For example, there are examples using pentacene or similar aromatic hydrocarbons (Non-Patent Documents 2 to 4).

ここで、電界効果トランジスタの動作特性は、主に半導体層のキャリア移動度μや電導度σ、絶縁層の静電容量Ci、素子の構成(ソース・ドレイン電極間距離L及び幅W、絶縁層の膜厚d等)により決まる。中でも、半導体層に用いる半導体材料のキャリア移動度μ(以下、単に移動度と称することがある。)が高いことが重要である。   Here, the operational characteristics of the field-effect transistor are mainly the carrier mobility μ and conductivity σ of the semiconductor layer, the capacitance Ci of the insulating layer, the element configuration (source-drain electrode distance L and width W, insulating layer) , Etc.). In particular, it is important that the semiconductor material used for the semiconductor layer has a high carrier mobility μ (hereinafter sometimes simply referred to as mobility).

ペンタセンにおいては、膜の状態では移動度が0.2cm/Vsの例が報告されているものの、実際に素子に応用してデモンストレーションされた移動度は10−2cm
/Vsに留まっており、実用的な移動度は未だ高くない。また、この例におけるペンタセン前駆体からはテトラクロロベンゼン分子が脱離するが、テトラクロロベンゼンは、沸点が高く反応系外に取り除くことが難しいことに加え、その毒性が懸念される。
In pentacene, an example in which the mobility is 0.2 cm 2 / Vs in the state of the film has been reported, but the mobility actually demonstrated by applying to the device is 10 −2 cm 2.
/ Vs, the practical mobility is not yet high. In addition, tetrachlorobenzene molecules are eliminated from the pentacene precursor in this example, but tetrachlorobenzene has a high boiling point and is difficult to remove out of the reaction system, and its toxicity is a concern.

ところで、光電流や光起電力を得るための光デバイスの材料として、ポルフィリン化合物が検討され、ベンゾポルフィリンの太陽電池への適用例が特許文献5に記載されている。しかし、キャリア移動度は低く、実施例のキャリア密度と抵抗率から移動度を計算すると最大でも1.3×10−6cm/Vs程度に留まっている。このように移動度が低いため、ポルフィリン化合物の適用検討は光デバイスに限られ、正孔輸送性や電子輸送性を積極的に利用した有機電子デバイスへの適用は見られなかった。 By the way, porphyrin compounds are studied as materials for optical devices for obtaining photocurrent and photovoltaic power, and an application example of benzoporphyrin to solar cells is described in Patent Document 5. However, the carrier mobility is low, and when the mobility is calculated from the carrier density and resistivity of the example, it remains at about 1.3 × 10 −6 cm 2 / Vs at the maximum. Because of such low mobility, application studies of porphyrin compounds are limited to optical devices, and application to organic electronic devices that positively utilize hole transportability and electron transportability has not been observed.

特開昭61−202467号公報JP-A 61-202467 特許2984370号Japanese Patent No. 2984370 特開平11−251601号公報JP-A-11-251601 特開2000−174277号公報JP 2000-174277 A 特開平9−18039号公報JP-A-9-18039

Appl.Phys.Lett.,69巻(1996),p3086Appl. Phys. Lett. 69 (1996), p3086 Science,270巻(1995),p972Science, 270, 1995 (1995), p972. Optical Materials,12巻(1999),p189Optical Materials, Volume 12 (1999), p189 J.Appl.Phys.,79巻(1996),p2136J. et al. Appl. Phys. 79 (1996), p2136

上述したように、有機半導体材料は無機半導体材料には無いさまざまな特長を有している。しかし、比較的高性能の有機半導体材料であるフタロシアニン類やペンタセン、オリゴチオフェン類等は、いずれもコストの高い蒸着プロセスにその製造法が限定されていた。それゆえ、より容易なプロセスで製造が可能で、且つ実用的な特性を有する有機電子デバイスを得たいとの要請がある。   As described above, the organic semiconductor material has various features not found in the inorganic semiconductor material. However, phthalocyanines, pentacene, oligothiophenes, and the like, which are relatively high-performance organic semiconductor materials, are all limited to costly vapor deposition processes. Therefore, there is a demand to obtain an organic electronic device that can be manufactured by an easier process and has practical characteristics.

このため、キャリア移動度と安定性が高く、かつ塗布プロセスなどの容易な製造プロセスで膜が作製できる有機半導体材料と、それを用いた有機電子デバイスが求められていた。   For this reason, there has been a demand for an organic semiconductor material having a high carrier mobility and stability and capable of forming a film by an easy manufacturing process such as a coating process, and an organic electronic device using the organic semiconductor material.

以上の事に鑑み、種々検討を行った結果、特定のポルフィリン骨格を有する化合物を半導体材料として用いた有機電子デバイスが有用であることを見出し、本発明に至った。ポルフィリンは太陽電池への応用例は知られているが、そこでは、ポルフィリン自体の精製が不十分であるためか、移動度が未だ不十分であった。このように、従来ポルフィリン化合物は、合成や精製が困難であり、有機電子デバイスの材料としては注目されていなかった。   In view of the above, as a result of various studies, it has been found that an organic electronic device using a compound having a specific porphyrin skeleton as a semiconductor material is useful, and has led to the present invention. Porphyrin is known to be applied to solar cells, but its mobility is still insufficient because of the insufficient purification of porphyrin itself. Thus, conventional porphyrin compounds are difficult to synthesize and purify, and have not received attention as materials for organic electronic devices.

しがしながら、本発明者がポルフィリン化合物の適用を検討した結果、驚くべきことに、特定のポルフィリン類骨格を有する化合物は、溶液プロセスでも製膜でき、かつ高い移動度を示し、他の有機半導体材料と比較して有利な性能を有することが判明した。
即ち、本発明の要旨は、下記一般式で表されるポルフィリン2量体を含むことを特徴とする有機半導体材料に存する。
However, as a result of studying the application of porphyrin compounds by the present inventors, surprisingly, compounds having a specific porphyrin skeleton can be formed into a film even in a solution process, exhibit high mobility, and other organic compounds. It has been found to have advantageous performance compared to semiconductor materials.
That is, the gist of the present invention resides in an organic semiconductor material comprising a porphyrin dimer represented by the following general formula.

Figure 2009283943
(各ピロール環は置換基を有していてもよく、ポルフィリン環は金属原子が配位していてもよい。)
Figure 2009283943
(Each pyrrole ring may have a substituent, and the porphyrin ring may be coordinated with a metal atom.)

本発明の別の要旨は、下記ビシクロ構造を有する前駆体としてのポルフィリン2量体を溶媒に溶解した溶液を基板上に塗布し、加熱することにより、上記ポルフィリン2量体に変換することを特徴とする有機半導体材料の製造方法に存する。   Another gist of the present invention is characterized in that a solution in which a porphyrin dimer as a precursor having the following bicyclo structure is dissolved in a solvent is applied on a substrate and heated to be converted into the porphyrin dimer. It exists in the manufacturing method of organic-semiconductor material made into.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

本発明の更に別の要旨は、半導体層と2以上の電極とを有する有機電子デバイスにおいて、該半導体層が上記有機半導体材料を含むことを特徴とする有機電子デバイスに存する。   Still another subject matter of the present invention lies in an organic electronic device having a semiconductor layer and two or more electrodes, wherein the semiconductor layer contains the organic semiconductor material.

本発明によれば、有機電子デバイスに有機半導体材料を用いるため、比較的低温のプロ
セスで製造できるので基板にプラスチックフィルムが使用でき、軽量で柔軟性に優れ壊れにくいデバイスを作製できる利点がある。従って、薄膜で可撓性のある電界効果トランジスタが製造できるので、これを各セルのスイッチング素子に利用することで、可撓性のあるアクティブマトリクス液晶ディスプレーが作製できるなど、広く応用できる。
According to the present invention, since an organic semiconductor material is used for an organic electronic device, it can be manufactured by a process at a relatively low temperature, so that a plastic film can be used for a substrate, and there is an advantage that a device that is lightweight and flexible and hardly breaks can be produced. Therefore, a thin field flexible field effect transistor can be manufactured. By using this as a switching element of each cell, a flexible active matrix liquid crystal display can be manufactured, and thus it can be widely applied.

また、本発明に係るポルフィリン類化合物を含む有機半導体材料及び有機電子デバイスは、高いキャリア移動度と安定性を有し、かつ容易な作製プロセスで得ることができる。また、本発明に係る電界効果トランジスタは漏れ電流(リーク電流)が小さくオンオフ比が大きく、膜及び特性の安定性が高く寿命が長いという利点がある。更には、使用可能温度幅が広く、成膜性が良く、大面積適用性があり、低コストで製造できる利点もある。   Moreover, the organic semiconductor material and organic electronic device containing the porphyrin compound according to the present invention have high carrier mobility and stability, and can be obtained by an easy manufacturing process. In addition, the field effect transistor according to the present invention has an advantage that the leakage current (leakage current) is small and the on / off ratio is large, the stability of the film and characteristics is high, and the lifetime is long. Furthermore, there is an advantage that the usable temperature range is wide, the film forming property is good, the large area is applicable, and it can be manufactured at low cost.

本発明の電界効果トランジスタ(FET)の模式図を示す。The schematic diagram of the field effect transistor (FET) of this invention is shown. 本発明の静電誘導トランジスタ(SIT)の模式図を示す。The schematic diagram of the electrostatic induction transistor (SIT) of this invention is shown. 本発明のダイオード素子の模式図を示す。The schematic diagram of the diode element of this invention is shown. 合成例1で得られたポルフィリン化合物の熱分析結果を示す図である。It is a figure which shows the thermal-analysis result of the porphyrin compound obtained by the synthesis example 1. 合成例1で得られたポルフィリン化合物(1)の溶液を乾燥した膜のIRスペクトルを示す図である。It is a figure which shows IR spectrum of the film | membrane which dried the solution of the porphyrin compound (1) obtained by the synthesis example 1. FIG. 合成例1で得られた図5の膜を更に加熱した膜のIRスペクトルを示す図である。6 is a diagram showing an IR spectrum of a film obtained by further heating the film of FIG. 5 obtained in Synthesis Example 1. FIG. 合成例1における加熱前後の薄膜吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the thin film absorption spectrum before and behind the heating in the synthesis example 1. 参考例1においてFET特性を観測した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the FET characteristic in the reference example 1. FIG. 参考例5における半導体膜のX線回折パターンを示す図である。10 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a semiconductor film in Reference Example 5. FIG. 参考例5及び6における半導体膜のX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of the semiconductor film in the reference examples 5 and 6. 参考例6及び7の素子の、ゲート電圧の走査によるドレイン電流のヒステリシスを示す図である。It is a figure which shows the hysteresis of the drain current by the scanning of gate voltage of the element of the reference examples 6 and 7. FIG.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明の有機半導体材料について説明する。本発明においては特定のポルフィリン類骨格を有する化合物を用いる。
(ポルフィリン類骨格を有する化合物)
本発明においてポルフィリン類骨格を有する化合物とは、ポルフィリン骨格を有する化合物と、ポルフィリン骨格を形成するピロール環の数を増やしたり、ピロール環をチオフェン環やフラン環などに置き換えた類縁体である拡張ポルフィリン(Expanded
porphyrin)骨格を有する化合物の総称であって、例えば、ポルフィリン系、チアポルフィリン系、ジチアポルフィリン系、オキサポルフィリン系、ジオキサポルフィリン系、チアオキサポルフィリン系化合物等を含む概念である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, the organic semiconductor material of the present invention will be described. In the present invention, a compound having a specific porphyrin skeleton is used.
(Compound having porphyrin skeleton)
In the present invention, the compound having a porphyrin skeleton refers to a compound having a porphyrin skeleton and an expanded porphyrin which is an analog obtained by increasing the number of pyrrole rings forming the porphyrin skeleton or replacing the pyrrole ring with a thiophene ring or a furan ring. (Expanded
porphyrin) is a generic name for compounds having a skeleton, and includes, for example, a porphyrin-based, thiaporphyrin-based, dithiaporphyrin-based, oxaporphyrin-based, dioxaporphyrin-based, thiaoxaporphyrin-based compound, and the like.

具体的には、本発明においてポルフィリン類骨格を有する化合物とは、下記一般式(A)で表される構造を含む化合物を言う。   Specifically, in the present invention, the compound having a porphyrin skeleton refers to a compound having a structure represented by the following general formula (A).

Figure 2009283943
Figure 2009283943

上記式中、Y〜Yは各々独立に、π共役した炭化水素環又は複素環からなる単環を表し、Y〜Yは置換されていてもよい。また、X〜Xは各々独立に、直接結合、又は直鎖の炭化水素基からなる連結基を表し、X〜Xは置換されていてもよい。ここで、下記記号は単結合又は二重結合を表す。 In the above formula, Y 1 to Y n each independently represents a monocyclic ring composed of a π-conjugated hydrocarbon ring or heterocyclic ring, and Y 1 to Y n may be substituted. X 1 to X n each independently represent a direct bond or a linking group consisting of a linear hydrocarbon group, and X 1 to X n may be substituted. Here, the following symbols represent single bonds or double bonds.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

また、nは4〜20の整数である。更に、上記一般式(A)で表される構造全体でπ電子系が環状に共役している。
即ち、上記式で表される構造は、Y〜Yで表されるπ共役した環が、X〜Xを介して全体としてπ共役した構造である。従ってY〜Yは各々が平面状のユニットであり、上記一般式(A)で表される構造全体としても非常に平面性の高い構造となっている。
Moreover, n is an integer of 4-20. Further, in the entire structure represented by the general formula (A), the π electron system is conjugated in a ring shape.
That is, the structure represented by the above formula is a structure in which a π-conjugated ring represented by Y 1 to Y n is π-conjugated as a whole via X 1 to X n . Accordingly, Y 1 to Y n are each a planar unit, and the entire structure represented by the general formula (A) has a very high planarity.

有機半導体材料が高いキャリア移動度を有するためには、固体状態で隣り合う分子間が良好に重なりあうことが望ましい。これは、キャリア、すなわち電子あるいは正孔が分子間を伝達して行く際に、π電子軌道間の相互作用が重要であるためである。有機半導体において、π電子が電荷輸送に重要な役割を果たすことは良く知られている。しかし、π電子がマクロなスケールまで共役して半導体特性を示す例はほとんど知られていない。   In order for the organic semiconductor material to have high carrier mobility, it is desirable that adjacent molecules in the solid state overlap well. This is because the interaction between π electron orbitals is important when carriers, that is, electrons or holes are transferred between molecules. It is well known that π electrons play an important role in charge transport in organic semiconductors. However, few examples are known in which π electrons are conjugated to a macro scale and exhibit semiconductor characteristics.

特に、分子性結晶ではπ電子の共役は分子内に限られており、電荷の輸送は分子間を電荷が移動することによりなされる。その場合、分子内で共役しているπ軌道の重なりが大きいほど、その電荷移動の効率が高くなる。それゆえ、分子性結晶の移動度にも方向依存性が生ずる。また、一般に非晶質の材料よりも結晶性の高い材料の方が高い移動度を示すことにも反映されている。   In particular, in molecular crystals, π-electron conjugation is limited within a molecule, and charge transport is performed by movement of charge between molecules. In that case, the greater the overlap of π orbitals conjugated within the molecule, the higher the efficiency of charge transfer. Therefore, the mobility of molecular crystals is also direction dependent. This is also reflected in the fact that materials with higher crystallinity generally exhibit higher mobility than amorphous materials.

分子間のπ軌道の重なりを大きくする為には、分子のπ共役系の平面性が高いことが望ましい。平面性の尺度としては、ポルフィリン類環平面からのポルフィリン類骨格を形成している原子のずれを用いることができる。
そこで、本発明においては、ポルフィリン類環平面からポルフィリン類骨格を形成する原子の中心までの距離が1Å以内に配置された分子構造を有することを特徴とする。この
距離が1Å以内であれば、高い平面性を有し、移動度が高くなる条件を満たすことができる。
In order to increase the overlap of π orbitals between molecules, it is desirable that the planarity of the π conjugated system of the molecules is high. As a measure of planarity, the deviation of atoms forming the porphyrin skeleton from the porphyrin ring plane can be used.
Therefore, the present invention is characterized in that it has a molecular structure in which the distance from the porphyrin ring plane to the center of the atoms forming the porphyrin skeleton is within 1 cm. If this distance is within 1 km, it has a high flatness and can satisfy the condition for increasing the mobility.

ここで、「ポルフィリン類環」とは、Y〜Yで表されるπ共役した環とX〜Xからなる一般式(A)で表される構造を言う。「ポルフィリン類環平面」とは、ポルフィリン類環を形成するすべての原子の中心からの距離の2乗の和が最小になるような平面を言う。また「ポルフィリン類骨格」とは、ポルフィリン類環を形成する原子に加え、該ポルフィリン類環に対して結合している、室温程度の熱エネルギーでは自由回転の制限された原子または原子団を総称して言う。 Here, the “porphyrin ring” refers to a structure represented by the general formula (A) including a π-conjugated ring represented by Y 1 to Y n and X 1 to X n . “Porphyrin ring plane” refers to a plane that minimizes the sum of the squares of the distances from the centers of all atoms forming the porphyrin ring. The “porphyrin skeleton” is a generic term for atoms or atomic groups that are bound to the porphyrin ring and that are restricted to free rotation with thermal energy at about room temperature, in addition to the atoms forming the porphyrin ring. Say.

なお、「該ポルフィリン類環に対して結合している、室温程度の熱エネルギーでは自由回転の制限された原子または原子団」とは、ポルフィリン類環の原子とそれに直接結合した原子との間の結合の、内部回転のエネルギー障壁が、室温(通常、25℃)における熱エネルギーよりも大であるものを言う。例えば、内部回転のエネルギー障壁が10kcal/mol以上の場合である。
一般に、結合の回転に要するエネルギーは、実測によっても求められるが、分子軌道法等による計算により求めることもできる。6−311G(dp)等の非経験的分子軌道法やMOPAC等の半経験的分子軌道法が用いうるが、それぞれ、非経験的分子軌道法は精度が良く、半経験的分子軌道法は比較的計算が簡便である利点がある。
なお、1分子中に2個以上の互いに自由に回転できるポルフィリン類環を含む場合には、それぞれのポルフィリン類環の上記平面性が良好であれば良く、それら複数のポルフィリン類骨格が同一の平面にある構造をとる必要はない。
In addition, “an atom or atomic group that is bonded to the porphyrin ring and limited in free rotation at a thermal energy of about room temperature” means between an atom of the porphyrin ring and an atom directly bonded thereto. The bond has an internal rotation energy barrier that is greater than the thermal energy at room temperature (usually 25 ° C.). For example, the energy barrier for internal rotation is 10 kcal / mol or more.
In general, the energy required for the rotation of the bond can be obtained by actual measurement, but can also be obtained by calculation by a molecular orbital method or the like. 6-311G (dp) and other non-empirical molecular orbital methods and MOPAC and other semi-empirical molecular orbital methods can be used. There is an advantage that the statistical calculation is simple.
When two or more porphyrin rings that can rotate freely in one molecule are included in the molecule, the above planarity of each porphyrin ring may be good, and the plurality of porphyrin skeletons are in the same plane. It is not necessary to take the structure in

次に、本発明のポルフィリン類骨格を有する化合物についてより詳細に説明する。本発明においてポルフィリン類骨格を有する化合物とは、下記一般式(A)で表される構造を含む化合物を言う。   Next, the compound having a porphyrin skeleton of the present invention will be described in more detail. In the present invention, the compound having a porphyrin skeleton refers to a compound having a structure represented by the following general formula (A).

Figure 2009283943
Figure 2009283943

上記式中、Y〜Yは各々独立に、π共役した炭化水素環又は複素環からなる単環を表し、Y〜Yは置換されていてもよい。また、X〜Xは各々独立に、直接結合、又は直鎖の炭化水素基からなる連結基を表し、X〜Xは置換されていてもよい。ここで、下記記号は単結合又は二重結合を表す。 In the above formula, Y 1 to Y n each independently represents a monocyclic ring composed of a π-conjugated hydrocarbon ring or heterocyclic ring, and Y 1 to Y n may be substituted. X 1 to X n each independently represent a direct bond or a linking group consisting of a linear hydrocarbon group, and X 1 to X n may be substituted. Here, the following symbols represent single bonds or double bonds.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

また、nは4〜20の整数である。更に、上記一般式(A)で表される構造全体でπ電子系が環状に共役している。
好ましくは、nは4〜10の整数であり、より好ましくはnは4〜6の整数であり、最も好ましくはnは4である。nは上記構造中でπ共役している環Yの数を表すが、nが大きすぎると、平面性が悪くなる傾向があり電気的な特性が悪くなる傾向が見られ、また合成が難しくなるためである。
Moreover, n is an integer of 4-20. Further, in the entire structure represented by the general formula (A), the π electron system is conjugated in a ring shape.
Preferably, n is an integer from 4 to 10, more preferably n is an integer from 4 to 6, and most preferably n is 4. n represents the number of π-conjugated rings Y in the above structure, but if n is too large, the flatness tends to be poor, the electrical characteristics tend to be bad, and the synthesis becomes difficult. Because.

一般式(A)において、Y〜Yは各々独立に、π共役した炭化水素環又は複素環からなる単環を表すが、芳香環であると、平面性が高く好ましい。また、好ましくは5〜8員環であり、より好ましくは5〜6員環であり、最も好ましくは5員環である。
〜Yの好ましい具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。5員環のものとしては、ピロール環、チオフェン環、フラン環、チアゾール環、ジチアゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、セレノフェン環、シクロペンタジエン環等を挙げることができる。また、6員環のものとしては、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環等が挙げられる。
In the general formula (A), Y 1 to Y n each independently represents a monocyclic ring composed of a π-conjugated hydrocarbon ring or heterocyclic ring, and an aromatic ring is preferable because of high planarity. Moreover, it is preferably a 5- to 8-membered ring, more preferably a 5- to 6-membered ring, and most preferably a 5-membered ring.
Y 1 shows a preferred embodiment of to Y n in the following, but is not limited thereto. Examples of the 5-membered ring include a pyrrole ring, a thiophene ring, a furan ring, a thiazole ring, a dithiazole ring, an oxazole ring, an oxadiazole ring, a selenophene ring, and a cyclopentadiene ring. Examples of the 6-membered ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, and a pyrene ring.

〜Yは置換基を有していても良い。例えば、Y〜Yは他の炭化水素環又は複素環と縮合して縮合環を形成していても良い。該他の環も芳香環であると、より平面性が高まり好ましい。また好ましくは5〜8員環であり、より好ましくは5〜6員環である。 以下、Y〜Yからなる単環またはY〜Yと他の環とからなる縮合環を、Y〜Yを含む環、と総称する。好ましくは、Y〜Yを含む環が、単環または2〜8縮合環であり、より好ましくは単環または2〜6縮合環であり、最も好ましくは単環または2〜4縮合環である。とりわけ、Y〜Yを含む環の全てが芳香環からなることが、平面性を高めるうえで望ましい。 Y 1 to Y n may have a substituent. For example, Y 1 to Y n may be condensed with other hydrocarbon rings or heterocyclic rings to form a condensed ring. It is preferable that the other ring is also an aromatic ring because the planarity is further improved. Moreover, it is preferably a 5- to 8-membered ring, more preferably a 5- to 6-membered ring. Hereinafter, a single ring composed of Y 1 to Y n or a condensed ring composed of Y 1 to Y n and another ring is collectively referred to as a ring including Y 1 to Y n . Preferably, the ring containing Y 1 to Y n is a monocyclic ring or a 2-8 condensed ring, more preferably a monocyclic ring or a 2-6 condensed ring, and most preferably a monocyclic ring or a 2-4 condensed ring. is there. In particular, it is desirable for enhancing the planarity that all of the rings including Y 1 to Y n are aromatic rings.

これら他の環の好ましい例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピリジン、キノリン等のπ共役環である。Y〜Yと他の環とからなる縮合環としては、具体的には、ベンゾピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環等が挙げられる。
逆に、他の環の好ましくない例としては、代表的にはビシクロ環である。
Preferable examples of these other rings are π-conjugated rings such as benzene, naphthalene, anthracene, pyridine and quinoline. Specific examples of the condensed ring composed of Y 1 to Y n and another ring include a benzopyrrole ring, a benzothiophene ring, and a benzofuran ring.
On the contrary, as an unpreferable example of another ring, it is typically a bicyclo ring.

〜Yを含む環は置換基を有していても良い。Y〜Yを含む環が有していてもよい置換基の例としては、次のようなものが挙げられる。メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−へプチル基等の置換されてもよい炭素数1〜18の直鎖又は分岐のアルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等の置換されてもよい炭素数3〜18の環状アルキル基;ビニル基、プロペニル基、ヘキセニル基等の置換されてもよい炭素数2〜18の直鎖又は分岐のアルケニル基;シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の置換されてもよい炭素数3〜18の環状アルケニル基;プロピニル基、ヘキシニル基等の置換されてもよい炭素数2〜18の直鎖又は分岐のアルキニル基;2−チエニル基、2−ピリジル基、4−ピペリジル基、モルホリノ基等の置換されてもよい複素環基;フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基等の置換されてもよい炭素数6〜18のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等の置換されてもよい炭素数7〜20のアラルキル基;メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等の置換されてもよい炭素数1〜18の直鎖または分岐のアルコキシ基;プロペニルオキシ基、ブテニルオキシ基、ペンテニルオキシ基等の置換されてもよい炭素数3〜18の直鎖または分岐のアルケニルオキ
シ基;メチルチオ基、エチルチオ基、n−プロピルチオ基、n−ブチルチオ基、sec−ブチルチオ基、tert−ブチルチオ基等の置換されてもよい炭素数1〜18の直鎖または分岐のアルキルチオ基が挙げられる。
The ring containing Y 1 to Y n may have a substituent. Examples of the substituent that the ring containing Y 1 to Y n may have include the following. A straight chain or branched chain having 1 to 18 carbon atoms which may be substituted such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-heptyl group, etc. An alkyl group; a C3-C18 cyclic alkyl group such as a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and an adamantyl group; an optionally substituted carbon number such as a vinyl group, a propenyl group, and a hexenyl group -18 linear or branched alkenyl groups; cyclopentenyl groups, cyclohexenyl groups, etc., optionally substituted C3-C18 cyclic alkenyl groups; propynyl groups, hexynyl groups, etc., optionally substituted carbon atoms To 18 linear or branched alkynyl group; a heterocyclic group which may be substituted such as 2-thienyl group, 2-pyridyl group, 4-piperidyl group, morpholino group, etc. A phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a mesityl group and the like, an optionally substituted aryl group having 6 to 18 carbon atoms; a benzyl group, a phenethyl group and the like, an optionally substituted aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms; A linear or branched alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms which may be substituted, such as a group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, a sec-butoxy group or a tert-butoxy group; A linear or branched alkenyloxy group having 3 to 18 carbon atoms which may be substituted, such as oxy group, butenyloxy group, pentenyloxy group; methylthio group, ethylthio group, n-propylthio group, n-butylthio group, sec-butylthio group And a linear or branched alkylthio group having 1 to 18 carbon atoms which may be substituted, such as a tert-butylthio group. .

他の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;ニトロ基;ニトロソ基;シアノ基;イソシアノ基;シアナト基;イソシアナト基;チオシアナト基;イソチオシアナト基;メルカプト基;ヒドロキシ基;ヒドロキシアミノ基;ホルミル基;スルホン酸基;カルボキシル基;−CORで表されるアシル基、−NRで表されるアミノ基、−NHCORで表されるアシルアミノ基、−NHCOOR10で表されるカーバメート基、−COOR11で表されるカルボン酸エステル基、−OCOR12で表されるアシルオキシ基、−CONR1314で表されるカルバモイル基、−SO15で表されるスルホニル基、−SONR1617で表されるスルファモイル基、−SO18で表されるスルホン酸エステル基、−NHSO19で表されるスルホンアミド基、−SOR20で表されるスルフィニル基が挙げられる。ここでR、R、R10、R11、R12、R15、R18、R19、R20は置換されてもよい炭化水素基、または置換されてもよい複素環基を表し、R、R,R13,R14,R16,R17は水素原子、置換されてもよい炭化水素基、置換されてもよい複素環基のいずれかを表す。 Other specific examples include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom; nitro group; nitroso group; cyano group; isocyano group; cyanato group; isocyanato group; thiocyanato group; isothiocyanato group; mercapto group; hydroxyamino group; a formyl group; a sulfonic group; a carboxyl group; an acyl group represented by -COR 6, amino group represented by -NR 7 R 8, an acylamino group represented by -NHCOR 9, in -NHCOOR 10 Carbamate group represented, Carboxylic ester group represented by -COOR 11 , Acyloxy group represented by -OCOR 12 , Carbamoyl group represented by -CONR 13 R 14 , Sulfonyl represented by -SO 2 R 15 group, Table with -SO 2 NR 16 sulfamoyl group represented by R 17, -SO 3 R 18 Is the sulfonic acid ester group, sulfonamide group represented by -NHSO 2 R 19, include sulfinyl group represented by -SOR 20. Here, R 6 , R 9 , R 10 , R 11 , R 12 , R 15 , R 18 , R 19 , R 20 each represents an optionally substituted hydrocarbon group or an optionally substituted heterocyclic group, R 7 , R 8 , R 13 , R 14 , R 16 , and R 17 represent any of a hydrogen atom, an optionally substituted hydrocarbon group, and an optionally substituted heterocyclic group.

このR〜R20で表される炭化水素基とは、直鎖または分岐のアルキル基、環状アルキル基、直鎖または分岐のアルケニル基、環状アルケニル基、アラルキル基、アリール基を表す。中でも好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、n−へプチル基等の炭素数1〜18の直鎖または分岐のアルキル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等の炭素数3〜18の環状アルキル基、ビニル基、プロペニル基、ヘキセニル基等の炭素数2〜18の直鎖または分岐のアルケニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の炭素数3〜18の環状アルケニル基、ベンジル基、フェネチル基等の炭素数7〜20のアラルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、メシチル基等の炭素数6〜18のアリール基が挙げられる。これらの基のアリール基部分は前述のY〜Yを含む環と同様の置換基で更に置換されていてもよい。 The hydrocarbon group represented by R 6 to R 20 represents a linear or branched alkyl group, a cyclic alkyl group, a linear or branched alkenyl group, a cyclic alkenyl group, an aralkyl group, or an aryl group. Among these, a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, and an n-heptyl group, a cyclopropyl group A cyclic alkyl group having 3 to 18 carbon atoms such as a cyclopentyl group, a cyclohexyl group and an adamantyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms such as a vinyl group, a propenyl group and a hexenyl group, a cyclopentenyl group, a cyclo A C3-C18 cyclic alkenyl group such as a hexenyl group, a C7-C20 aralkyl group such as a benzyl group or a phenethyl group, a C6-C18 aryl such as a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, or a mesityl group Groups. The aryl group portion of these groups may be further substituted with the same substituent as the ring containing Y 1 to Y n described above.

またR〜R20で表される複素環基は、4−ピペリジル基、モルホリノ基、2−モルホリニル基、ピペラジル基等の飽和複素環でも、2−フリル基、2−ピリジル基、2−チアゾリル基、2−キノリル基等の芳香族複素環でもよい。これらは複数のヘテロ原子を含んでいても、さらに置換基を有していてもよく、また結合位置も問わない。複素環として好ましい構造のものは、5〜6員環の飽和複素環、5〜6員環の単環およびその2縮合環の芳香族複素環である。 The heterocyclic group represented by R 6 to R 20 may be a saturated heterocyclic ring such as 4-piperidyl group, morpholino group, 2-morpholinyl group, piperazyl group, 2-furyl group, 2-pyridyl group, 2-thiazolyl. An aromatic heterocyclic ring such as a group or 2-quinolyl group may be used. These may contain a plurality of heteroatoms, may further have a substituent, and may have any bonding position. Preferred structures for the heterocyclic ring are a 5- or 6-membered saturated heterocyclic ring, a 5- or 6-membered monocyclic ring, and an aromatic heterocyclic ring thereof.

前記Y〜Yを含む環が有し得る直鎖または分岐のアルキル基、環状アルキル基、直鎖または分岐のアルケニル基、環状アルケニル基、直鎖または分岐のアルキニル基、直鎖または分岐のアルコキシ基、直鎖または分岐のアルキルチオ基、およびR〜R20が示すアルキル基のアルキル鎖部分は、更に置換基を有し得るが、その置換基としては、例えば以下のようなものが挙げられる。メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基等の炭素数1〜10のアルコキシ基;メトキシメトキシ基、エトキシメトキシ基、プロポキシメトキシ基、エトキシエトキシ基、プロポキシエトキシ基、メトキシブトキシ基等の炭素数2〜12のアルコキシアルコキシ基;メトキシメトキシメトキシ基、メトキシメトキシエトキシ基、メトキシエトキシメトキシ基、メトキシメトキシエトキシ基、エトキシエトキシメトキシ基等の炭素数3〜15のアルコキシアルコキシアルコキシ基;フェニル基、トリル基、キシリル基等の炭素数6〜12のアリール基(これらは任意の置換基でさらに置換されていてもよい。)
;フェノキシ基、トリルオキシ基、キシリルオキシ基、ナフチルオキシ基等の炭素数6〜12のアリールオキシ基;アリルオキシ基、ビニルオキシ基等の炭素数2〜12のアルケニルオキシ基等が例示される。
The ring containing Y 1 to Y n may have a linear or branched alkyl group, cyclic alkyl group, linear or branched alkenyl group, cyclic alkenyl group, linear or branched alkynyl group, linear or branched The alkoxy group, the linear or branched alkylthio group, and the alkyl chain portion of the alkyl group represented by R 6 to R 20 may further have a substituent. Examples of the substituent include the following. It is done. C1-C10 alkoxy groups such as methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, sec-butoxy group; methoxymethoxy group, ethoxymethoxy group, propoxymethoxy group, ethoxyethoxy group An alkoxyalkoxy group having 2 to 12 carbon atoms, such as a propoxyethoxy group and a methoxybutoxy group; a methoxymethoxymethoxy group, a methoxymethoxyethoxy group, a methoxyethoxymethoxy group, a methoxymethoxyethoxy group, an ethoxyethoxymethoxy group, etc. 15 alkoxyalkoxyalkoxy groups; aryl groups having 6 to 12 carbon atoms such as phenyl, tolyl, and xylyl groups (these may be further substituted with any substituent)
An aryloxy group having 6 to 12 carbon atoms such as a phenoxy group, a tolyloxy group, a xylyloxy group and a naphthyloxy group; an alkenyloxy group having 2 to 12 carbon atoms such as an allyloxy group and a vinyloxy group.

更に、他の置換基として、2−チエニル基、2−ピリジル基、4−ピペリジル基、モルホリノ基等の複素環基;シアノ基;ニトロ基;ヒドロキシル基;アミノ基;N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基等の炭素数1〜10のアルキルアミノ基;メチルスルホニルアミノ基、エチルスルホニルアミノ基、n−プロピルスルホニルアミノ基等の炭素数1〜6のアルキルスルホニルアミノ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;カルボキシル基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n−プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n−ブトキシカルボニル等の炭素数2〜7のアルコキシカルボニル基;メチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n−プロピルカルボニルオキシ基、イソプロピルカルボニルオキシ基、n−ブチルカルボニルオキシ基等の炭素数2〜7のアルキルカルボニルオキシ基;メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、n−プロポキシカルボニルオキシ基、イソプロポキシカルボニルオキシ基、n−ブトキシカルボニルオキシ基等の炭素数2〜7のアルコキシカルボニルオキシ基等が挙げられる。   Further, as other substituents, heterocyclic groups such as 2-thienyl group, 2-pyridyl group, 4-piperidyl group, morpholino group; cyano group; nitro group; hydroxyl group; amino group; N, N-dimethylamino group An alkylamino group having 1 to 10 carbon atoms such as N, N-diethylamino group; an alkylsulfonylamino group having 1 to 6 carbon atoms such as methylsulfonylamino group, ethylsulfonylamino group and n-propylsulfonylamino group; fluorine atom A halogen atom such as a chlorine atom or a bromine atom; an alkoxycarbonyl group having 2 to 7 carbon atoms such as a carboxyl group, a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group, an n-propoxycarbonyl group, an isopropoxycarbonyl group, or n-butoxycarbonyl; Carbonyloxy group, ethylcarbonyloxy group, n-propylcarbonyl group An alkylcarbonyloxy group having 2 to 7 carbon atoms such as a cis group, an isopropylcarbonyloxy group, an n-butylcarbonyloxy group; a methoxycarbonyloxy group, an ethoxycarbonyloxy group, an n-propoxycarbonyloxy group, an isopropoxycarbonyloxy group, Examples thereof include an alkoxycarbonyloxy group having 2 to 7 carbon atoms such as an n-butoxycarbonyloxy group.

〜Yを含む環が有していてもよい置換基として、中でも好ましいのは、水酸基、炭素数1〜10の置換されていても良いアルキル基、アルコキシ基、メルカプト基、アシル基、さらには、カルボキシル基とその炭素数1〜10のアルコールとのエステル、ホルミル基、カルバモイル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基で置換されていても良いアミノ基、ニトロ基が挙げられ、これらは更に置換基を有していてもよい。 As the substituent that the ring containing Y 1 to Y n may have, a hydroxyl group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, a mercapto group, an acyl group, Furthermore, it may be substituted with an ester of a carboxyl group and its alcohol having 1 to 10 carbon atoms, a formyl group, a carbamoyl group, a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine or iodine, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Examples thereof include a good amino group and nitro group, and these may further have a substituent.

最も好ましくは、Y〜Yを含む環が、無置換であるか、ハロゲン原子等の単原子からなる置換基を有する場合である。
〜Xは各々独立に、直接結合、又は、直鎖の炭化水素基からなる連結基を表し、X〜Xはそれぞれ置換されていてもよい。該直鎖の炭化水素基としては、好ましくは炭素数1〜10程度、より好ましくは炭素数1〜5であり、更に好ましくは炭素数1〜3の直鎖の不飽和炭化水素基が好ましく、特にはアルケニレン基、アルキニレン基、アルカンジイリデン基、アルケンジイリデン基が好ましい。
Most preferably, the ring containing Y 1 to Y n is unsubstituted or has a substituent composed of a single atom such as a halogen atom.
X 1 to X n each independently represent a direct bond or a linking group consisting of a linear hydrocarbon group, and X 1 to X n may each be substituted. The linear hydrocarbon group is preferably about 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms, still more preferably a linear unsaturated hydrocarbon group having 1 to 3 carbon atoms, In particular, an alkenylene group, an alkynylene group, an alkanediylidene group, and an alkenediylidene group are preferable.

〜Xの好ましい具体例としては、メチン基、ビニレン基(エテニレン基)、エチニレン基、(=C=C=)、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、X〜Xはいずれも置換基を有していても良い。
〜Xが有していてもよい置換基の例としては、Y〜Yを含む環が有していてもよい置換基とほぼ同様のものが挙げられるが、かさ高く、自由回転が制限されるような置換基は望ましくない。より好ましくは、置換されていても良い直鎖のアルキル基、直鎖のアルコキシ基、直鎖のアルキルチオ基、カルボキシル基と炭素数1〜10の直鎖のアルコールとのエステル、ハロゲン原子が挙げられる。X〜Xが有していてもよい置換基同士が結合して環を形成していてもよい。
Preferable specific examples of X 1 to X n include, but are not limited to, a methine group, a vinylene group (ethenylene group), an ethynylene group, (= C = C =), and the like. Moreover, all of X 1 to X n may have a substituent.
Examples of the substituent that X 1 to X n may have include substantially the same substituents that the ring containing Y 1 to Y n may have, but are bulky and free. Substituents that limit rotation are undesirable. More preferably, a linear alkyl group which may be substituted, a linear alkoxy group, a linear alkylthio group, an ester of a carboxyl group and a linear alcohol having 1 to 10 carbon atoms, or a halogen atom may be mentioned. . The substituents that X 1 to X n may have may be bonded to each other to form a ring.

なかでも好ましくは、無置換の直鎖のアルキル基、直鎖のアルコキシ基、直鎖のアルキルチオ基、カルボキシル基と炭素数1〜10の直鎖のアルコールとのエステル、ハロゲン原子が挙げられる。
最も好ましくは、X〜Xが、無置換であるか、ハロゲン原子等の単原子からなる置換基を有する場合である。
Of these, an unsubstituted linear alkyl group, a linear alkoxy group, a linear alkylthio group, an ester of a carboxyl group and a linear alcohol having 1 to 10 carbon atoms, and a halogen atom are preferable.
Most preferably, X 1 to X n are unsubstituted or have a substituent composed of a single atom such as a halogen atom.

逆に、好ましくない置換基の代表例はフェニル基である。
なお、上記一般式(A)で表される構造全体で、π電子系が環状に共役している必要がある。
また、本発明に係るポルフィリン類骨格を有する化合物は、上記構造のY〜Yの全部あるいは一部に、各種金属、陽イオン、陰イオン、塩などが配位していてもよい。例えば2価の金属原子であり、具体例としてはZn、Cu、Fe、Ni、Coである。また、3価以上の金属と他の原子の結合した原子団、具体的にはFe−B、Al−B
、Ti=O、Si−B、等が挙げられる。ここで、B、B、B、Bはハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基等の1価の基を表す。
Conversely, a representative example of an undesirable substituent is a phenyl group.
Note that in the entire structure represented by the general formula (A), the π-electron system needs to be conjugated in a ring shape.
Further, in the compound having a porphyrin skeleton according to the present invention, various metals, cations, anions, salts, and the like may be coordinated with all or part of Y 1 to Y n having the above structure. For example, it is a divalent metal atom, and specific examples are Zn, Cu, Fe, Ni, and Co. In addition, an atomic group in which a trivalent or higher-valent metal and other atoms are bonded, specifically Fe-B 1 , Al-B 2.
, Ti = O, Si—B 3 B 4 , and the like. Here, B 1 , B 2 , B 3 , and B 4 represent a monovalent group such as a halogen atom, an alkyl group, or an alkoxy group.

このようなポルフィリン系及び拡張ポルフィリン系化合物の例は、KARL M.KADISH KEVIN M.SMITH ROGER GUILARD著、THE PORPHYRIN HANDBOOK VOL.1〜10、ACADEMIC PRESS(2000)等に例を挙げることができる。
また、1個の原子を2つの同一又は異なるポルフィリン類環が共有して配位しているものや、同一又は異なる2個のポルフィリン類環が1個以上の原子あるいは原子団を共有して結合したもの、あるいは同一又は異なる2個のポルフィリン類環が3個以上結合して長鎖上につながったものも挙げることができる。
Examples of such porphyrin-based and extended porphyrin-based compounds are KARL M. et al. KADISH KEVIN M.K. By SMITH ROGER GUILARD, THE PORPHYRIN HANDBOOK VOL. Examples are 1 to 10, ACADEMIC PRESS (2000), and the like.
In addition, one atom is coordinated by two identical or different porphyrin rings, or two identical or different porphyrin rings share one or more atoms or atomic groups. And those in which three or more identical or different porphyrin rings are connected to each other on a long chain.

本発明に係るポルフィリン類骨格を有する化合物として最も好ましくは、具体的には、下記一般式(1)又は(2)で表される構造を含むものである。   Most preferably, the compound having a porphyrin skeleton according to the present invention specifically includes a structure represented by the following general formula (1) or (2).

Figure 2009283943
Figure 2009283943

上記式(1)及び(2)中、Zia及びZib(i=1〜4)は1価の有機基を表し、ZiaとZibが結合して環を形成していてもよい。1価の有機基の例としては、水素原子、水酸基、炭素数1〜10の置換されていても良いアルキル基、アルコキシ基、メルカプト基(アルキルチオ基)、アシル基、さらには、カルボキシル基とその炭素数1〜10
のアルコールとのエステル、ホルミル基、カルバモイル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基で置換されていても良いアミノ基、ニトロ基が挙げられ、これらは更に置換基を有していてもよい。また、ZiaとZibが結合して環を形成する有機基の例としては、Zia−CH=CH−Zibの構造して形成される環が、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭化水素、ピリジン環、キノリン環、フラン環、チオフェン環等の複素環、シクロヘキセン等の非芳香族環状炭化水素等が挙げられる。また、R1 〜R4 は水素原子又は1価の有機基を表す。この有機基としては、置換しても良いアルキル基、アリール基、アルコキシ基、メルカプト基、カルボキシル基と炭素数1〜10のアルコールとのエステル、ハロゲン原子が挙げられる。
In the above formulas (1) and (2), Z ia and Z ib (i = 1 to 4) represent a monovalent organic group, and Z ia and Z ib may be bonded to form a ring. Examples of the monovalent organic group include a hydrogen atom, a hydroxyl group, an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, a mercapto group (alkylthio group), an acyl group, and a carboxyl group. 1-10 carbon atoms
Examples include esters with alcohols, formyl groups, carbamoyl groups, halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine, amino groups optionally substituted with alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and nitro groups. Furthermore, you may have a substituent. Examples of an organic group in which Z ia and Z ib are combined to form a ring include a ring formed by the structure of Z ia —CH═CH—Z ib , such as a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, etc. Aromatic hydrocarbons such as pyridine ring, quinoline ring, furan ring, and thiophene ring, and non-aromatic cyclic hydrocarbons such as cyclohexene. R1 to R4 each represents a hydrogen atom or a monovalent organic group. Examples of the organic group include an optionally substituted alkyl group, aryl group, alkoxy group, mercapto group, ester of a carboxyl group and an alcohol having 1 to 10 carbon atoms, and a halogen atom.

また、Mは2価の金属原子であり、例えば、Zn、Cu、Fe、Ni、Co、さらには、3価以上の金属と他の原子の結合した原子団、例えばFe−B、Al−B、Ti=O、Si−B、等が挙げられる。ここで、B、B、B、B
はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基等の1価の基を表す。
さらに、1個の原子を2つポルフィリン環が共有して配位しているものや、2個のポルフィリン環が1個以上の原子あるいは原子団を共有して結合したもの、あるいはそれらが3個以上結合して長鎖上につながったものであってもよい。
M is a divalent metal atom, for example, Zn, Cu, Fe, Ni, Co, or an atomic group in which a trivalent or higher metal is bonded to another atom, for example, Fe-B 1 , Al— B 2, Ti = O, Si -B 3 B 4, and the like. Here, B 1 , B 2 , B 3 , B 4
Represents a monovalent group such as a halogen atom, an alkyl group or an alkoxy group.
In addition, two porphyrin rings are coordinated by sharing one atom, two porphyrin rings are bonded by sharing one or more atoms or atomic groups, or three of them. It may be bonded to the long chain.

前述の通り、本発明に係るポルフィリン化合物は分子間のπ軌道の重なりを大きくする為には、分子のπ共役系の平面性が高いものが望ましく、ポルフィリン環平面からポルフィリン骨格を形成する原子の中心までの距離が1Å以内に配置された分子構造を有することを特徴とする。ポルフィリン骨格を形成する原子とは、ポルフィリン環を形成する原子に加え、(1)あるいは(2)の置換基Zia、Zib、R〜Rに結合している室温程度の熱エネルギーでは自由回転の制限された原子または原子団を示す。 As described above, in order to increase the overlap of π orbitals between molecules, it is desirable that the porphyrin compound according to the present invention has high planarity of the π conjugated system of the molecule. It has a molecular structure in which the distance to the center is arranged within 1 km. The atoms forming the porphyrin skeleton are the atoms forming the porphyrin ring and the thermal energy at room temperature bonded to the substituents Z ia , Z ib and R 1 to R 4 in (1) or (2). Indicates an atom or atomic group with limited free rotation.

例えば、ポルフィリン環の4つのメソ位にベンゼン環の結合したテトラフェニルポルフィリンの4つのベンゼン環を形成する炭素原子は、ベンゼン環とポルフィリン環の立体障害から自由回転が阻害されており、ここでいうポルフィリン骨格に含まれる。このような基がポルフィリン環の平面から外れた位置に存在することは、その立体障害の為にポルフィリン環が重なり合うことを阻害するために好ましくない。一方、アルキル基やアルコキシ基、特に直鎖のアルキル基やアルコキシ基のような結合の回転が自由である場合には、ポルフィリン環が重なるようにその構造を自由に調整できるために障害になりにくく、ポルフィリン骨格に含めない。   For example, the carbon atoms forming the four benzene rings of tetraphenylporphyrin having a benzene ring bonded to the four meso positions of the porphyrin ring are inhibited from free rotation due to steric hindrance between the benzene ring and the porphyrin ring. Included in the porphyrin skeleton. The presence of such a group at a position deviated from the plane of the porphyrin ring is not preferable because the steric hindrance prevents the porphyrin rings from overlapping. On the other hand, when the rotation of the bond is free, such as an alkyl group or an alkoxy group, particularly a straight chain alkyl group or an alkoxy group, the structure can be freely adjusted so that the porphyrin rings overlap so that it does not become an obstacle. , Not included in the porphyrin skeleton.

ポルフィリン環平面は、ポルフィリン環を形成するすべての原子の中心からの距離の2乗の和が最小になるような平面として定義できる。この平面からのポルフィリン骨格を形成している原子の中心までの距離が1Å以内であれば、高い平面性を有し、移動度が高くなる条件を満たすことができる。
平面性の高くないポルフィリン類化合物の典型例は、ポルフィリンとしては最もよく知られた下記テトラフェニルポルフィリンや、ビシクロ構造を持つポルフィリンを挙げることができる。
The porphyrin ring plane can be defined as a plane that minimizes the sum of the squares of the distances from the centers of all atoms forming the porphyrin ring. If the distance from this plane to the center of the atom forming the porphyrin skeleton is within 1 km, the condition for high planarity and high mobility can be satisfied.
Typical examples of porphyrin compounds having high flatness include the following tetraphenylporphyrins, which are the most well-known porphyrins, and porphyrins having a bicyclo structure.

Figure 2009283943
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従って、上記一般式(1)又は(2)中のZia、Zibとしては、水素原子、ハロゲン原子等の単原子が好ましい。また、置換基を有しない平面性の高い環を形成する基、中でもZia−CH=CH−Zib(i=1〜4)の少なくとも一つがベンゼン、ナフタレン、アントラセン等の芳香環を形成する基であるもの、更には、Zia−CH=CH−Zib(i=1〜4)のすべてが芳香環であるものが好ましい。また、R〜Rも、水素原子やハロゲン原子等の単原子が好ましい。 Accordingly, Z ia and Z ib in the general formula (1) or (2) are preferably single atoms such as a hydrogen atom and a halogen atom. In addition, a group that forms a ring with high planarity that has no substituent, and at least one of Z ia —CH═CH—Z ib (i = 1 to 4) forms an aromatic ring such as benzene, naphthalene, and anthracene. What is a group and more preferably all Z ia —CH═CH—Z ib (i = 1 to 4) are aromatic rings are preferred. R 1 to R 4 are also preferably single atoms such as a hydrogen atom or a halogen atom.

本発明においてはまた、ポルフィリン類骨格を有する化合物であって、キャリア移動度(移動度:μ)が1×10−5cm/Vs以上であるものを含有することを特徴とする。 電子デバイスに応用するために必要なキャリア移動度は、制御する電流の大きさやスイッチング速度、素子の構造から決められるものである。本発明のポルフィリン類化合物を使用することで、キャリア移動度として1×10−5cm/Vs以上、好ましくは1×10−3cm/Vs以上の有機デバイスを提供することができる。これまでの分子結晶の有機半導体の移動度はペンタセン等の芳香族縮合炭化水素の単結晶で、〜1cm/Vs程度の値である。ポルフィリン分子はπ軌道が大きく広がっているため分子間相互作用が大きくなる可能性があり、さらには中心金属を有することから、金属を介した相互作用を利用できることも期待でき、移動度が10cm/Vsから100cm
/Vsまでも達成できると考えられる。
The present invention is also characterized by containing a compound having a porphyrin skeleton and having a carrier mobility (mobility: μ) of 1 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. The carrier mobility necessary for application to an electronic device is determined by the magnitude of the current to be controlled, the switching speed, and the element structure. By using the porphyrin compound of the present invention, an organic device having a carrier mobility of 1 × 10 −5 cm 2 / Vs or more, preferably 1 × 10 −3 cm 2 / Vs or more can be provided. Until now, the mobility of organic semiconductors of molecular crystals is a single crystal of condensed aromatic hydrocarbon such as pentacene, and has a value of about ˜1 cm 2 / Vs. Porphyrin molecules have a large π-orbital, which may increase the intermolecular interaction. Furthermore, since the porphyrin molecule has a central metal, it can be expected that the metal-mediated interaction can be used, and the mobility is 10 cm 2. / Vs to 100cm 2
It is considered that even / Vs can be achieved.

高い移動度を示す為のもう一つの条件として、半導体層を構成する半導体材料の純度が挙げられる。キャリアをトラップする不純物は微量でも大きな移動度の低下を引き起こす。このようなトラップになりやすい不純物は、キャリアを受け入れる準位が半導体のエネルギーギャップ中にあるものである。キャリアが正孔である場合には半導体よりも高い最高被占準位(HOMO)を有するもの、キャリアが電子の場合には半導体よりも低いLUMO準位を有するものである。   Another condition for exhibiting high mobility is the purity of the semiconductor material constituting the semiconductor layer. Impurities that trap carriers cause a large decrease in mobility even in trace amounts. Such impurities that easily become traps are those in which the level of accepting carriers is in the energy gap of the semiconductor. When the carrier is a hole, it has the highest occupied level (HOMO) higher than that of the semiconductor, and when the carrier is an electron, it has the LUMO level lower than that of the semiconductor.

そのようなエネルギー準位を与えない不純物も、濃度が高くなると半導体の結晶構造に欠陥をもたらすために移動度の低下を引き起こす。このため不純物の濃度は低いことが望ましく、好ましくは10%以下、より好ましくは1%以下である。後述する、溶解性の高い前駆体を用いた製造方法によれば、高純度の半導体層が形成できる利点がある。   Such an impurity that does not give an energy level also causes a decrease in mobility because the impurity has a defect in the semiconductor crystal structure when the concentration is high. Therefore, the impurity concentration is desirably low, preferably 10% or less, and more preferably 1% or less. According to the manufacturing method using a highly soluble precursor described later, there is an advantage that a high-purity semiconductor layer can be formed.

ポルフィリン類化合物では、通常は正孔がキャリアとなるが、置換基や中心金属により電子輸送性を示し、電子をキャリアとすることも可能である。
電界効果トランジスタのように電極からの電荷の注入がスムーズに起こる必要のある場合には、キャリアのエネルギー準位には好ましい位置が存在する。正孔の場合は、HOM
Oが低すぎると電荷注入の障壁が大きくなり好ましくない。但しHOMOがあまりに高いのは空気による酸化をうけやすく不安定になりやすい。従ってHOMOの準位に対応する固体状態でのイオン化ポテンシャルが5.6eV以下が好ましく、5.3eV以下がより好ましい。またイオン化ポテンシャルが4.5eV以上が好ましく、4.8eV以上がより好ましい。
In porphyrin compounds, holes are usually carriers, but they can exhibit electron transport properties by a substituent or a central metal, and can also use electrons as carriers.
When charge injection from the electrode needs to occur smoothly as in a field effect transistor, there is a preferred position in the energy level of carriers. In the case of holes, HOM
If O is too low, the barrier against charge injection becomes large, which is not preferable. However, if the HOMO is too high, it is easily oxidized by air and becomes unstable. Therefore, the ionization potential in the solid state corresponding to the HOMO level is preferably 5.6 eV or less, and more preferably 5.3 eV or less. The ionization potential is preferably 4.5 eV or more, and more preferably 4.8 eV or more.

本発明のポルフィリン類骨格を有する化合物としては、室温で固体状態のものがデバイスへの応用には都合がよく好ましい。一般式(1)又は(2)中の置換基によっては、液晶性を示す化合物が得られるが、液晶性状態でも有機半導体として用いることができる。特に本発明のポルフィリン類化合物は平面性の良好な構造をしているため、ディスコチック液晶が得られることが期待されるが、そのような構造はキャリアの輸送に都合がよい。動作する温度範囲で大きな特性の変化を生じるのは好ましくないので、融点や凝固点等の相転移温度が5℃〜40℃の範囲ではない化合物が好ましい。室温で固体状態をとる化合物は、融点やガラス転移温度が50℃以上であることが好ましく、100℃以上がより好ましい。   As the compound having a porphyrin skeleton of the present invention, a compound in a solid state at room temperature is preferable for application to a device. Depending on the substituent in general formula (1) or (2), a compound exhibiting liquid crystallinity can be obtained, but it can be used as an organic semiconductor even in a liquid crystalline state. In particular, since the porphyrin compounds of the present invention have a structure with good planarity, it is expected that a discotic liquid crystal is obtained. Such a structure is convenient for transporting carriers. Since it is not preferable to cause a large change in characteristics in the operating temperature range, a compound whose phase transition temperature such as melting point or freezing point is not in the range of 5 ° C. to 40 ° C. is preferable. The compound that takes a solid state at room temperature preferably has a melting point or glass transition temperature of 50 ° C. or higher, and more preferably 100 ° C. or higher.

また、本発明のポルフィリン類化合物を含む有機半導体材料のオンオフ比としては、高いほど望ましいが、好ましくは800以上であり、より好ましくは1000以上である。
以下に、本発明の好ましいポルフィリン類化合物の例を挙げる。ここでは、無金属体の構造を例示しているが、以下の例に対応する金属塩や、置換基を有する分子であっても同様に好ましい例として使用することができる。また、対称性の良い分子構造を主に例示しているが、部分的な構造の組み合わせによる非対称構造であっても使用できる。もちろん本発明のポルフィリン化合物はこれらの例示化合物に限定されるわけではない。なお、以下において、Meはメチル基を、Etはエチル基を指す。
Moreover, as an on-off ratio of the organic-semiconductor material containing the porphyrin compound of this invention, it is so desirable that it is high, However, Preferably it is 800 or more, More preferably, it is 1000 or more.
Examples of preferred porphyrin compounds of the present invention are given below. Here, the structure of a metal-free body is illustrated, but a metal salt corresponding to the following examples and a molecule having a substituent can be used as preferred examples as well. In addition, molecular structures with good symmetry are mainly exemplified, but an asymmetric structure based on a combination of partial structures can also be used. Of course, the porphyrin compound of the present invention is not limited to these exemplified compounds. In the following, Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group.

Figure 2009283943
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(ポルフィリン類化合物の合成方法)
本発明のポルフィリン類化合物は、対応するピロール化合物、チオフェン化合物、フラン化合物などを出発原料として合成することが出来る。ポルフィリン類化合物の合成法については、例えば、KARL M.KADIS H KEVIN M.SMITH RO
GER GUILARD著、THE PORPHYRIN HANDBOOK VOL.1、ACADEMIC PRESS(2000)に記述されている方法を用いることができる。
(Method for synthesizing porphyrin compounds)
The porphyrin compounds of the present invention can be synthesized using a corresponding pyrrole compound, thiophene compound, furan compound or the like as a starting material. For methods for synthesizing porphyrin compounds, see, for example, KARL M. et al. KADIS H KEVIN M. Smith RO
GER GUILARD, THE PORPHYRIN HANDBOOK VOL. 1. A method described in ACADEMIC PRESS (2000) can be used.

例えば、ピロールとアルデヒドの縮合は特にテトラフェニルポリフィリンの合成法としてよく利用されている。   For example, the condensation of pyrrole and aldehyde is often used particularly as a method for synthesizing tetraphenylporphyrin.

Figure 2009283943
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(上記式中、Q及びQは、一般式(1)又は(2)のZia及びZibに対応し、QはR〜Rに対応する。)
また、α位にカルボン酸エステルやメチル基を有するピロールの縮合反応でも得ることができる。
(In the above formula, Q 1 and Q 2 correspond to Z ia and Z ib of the general formula (1) or (2), and Q 3 corresponds to R 1 to R 4 ).
It can also be obtained by a condensation reaction of a carboxylic acid ester or a pyrrole having a methyl group at the α-position.

Figure 2009283943
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(上記式中、Q及びQは、一般式(1)又は(2)のZia及びZibに対応する。またRはアルキル基を表わす。)
本発明のポルフィリン類化合物中、ベンゼン環が1個以上のピロール環、チオフェン環、フラン環に縮合した、ベンゾポルフィリン類は、その前駆体として対応するビシクロ化合物を用いて誘導することが出来る。この前駆体は平面構造でないため、溶媒への溶解性が高くかつ結晶化もしにくいため、溶液から塗布することにより、アモルファスまたはアモルファスに近い良好な膜を与える。この膜を加熱処理して脱エチレン反応により、平面性の高いベンゾポルフィリン類膜を得ることが出来る。無置換、無金属体の構造では以下のような化学反応で表される。この反応は100℃以上、好ましくは150℃以上に加熱することにより定量的に進行する。また、脱離するものがエチレン分子であるため、系内に残りにくく、毒性、安全性の面でも問題ない。次に4個のベンゼン環が縮合したテトラベンゾポルフィリンの例を示す。
(In the above formula, Q 1 and Q 2 correspond to Z ia and Z ib in the general formula (1) or (2). R 5 represents an alkyl group.)
Among the porphyrin compounds of the present invention, benzoporphyrins in which a benzene ring is condensed with one or more pyrrole ring, thiophene ring, and furan ring can be derived using a corresponding bicyclo compound as a precursor. Since this precursor does not have a planar structure, it has high solubility in a solvent and is difficult to crystallize. Therefore, application from a solution gives an amorphous or a good film close to amorphous. A benzoporphyrin film having high planarity can be obtained by heat-treating this film and removing ethylene. The structure of the unsubstituted and metal-free body is represented by the following chemical reaction. This reaction proceeds quantitatively by heating to 100 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher. In addition, since it is an ethylene molecule that desorbs, it hardly remains in the system, and there is no problem in terms of toxicity and safety. Next, an example of tetrabenzoporphyrin in which four benzene rings are condensed is shown.

Figure 2009283943
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このビシクロ化合物の合成法としては、例えば次のようなルートが挙げられる。   Examples of the synthesis method of this bicyclo compound include the following route.

Figure 2009283943
また、途中のピロール中間体までの合成ルートは別のルートでも取ることができる。
Figure 2009283943
Moreover, the synthetic route to the intermediate pyrrole intermediate can be taken by another route.

Figure 2009283943
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この前駆体の金属錯体はこの化合物と金属塩を溶解する有機溶媒中で混合することにより得られる。金属塩は有機溶媒に溶解するものであれば用いることが出来るが、酢酸塩はその代表的な例である。溶媒は金属塩とビシクロ化合物を溶解するものであればよいが、好ましい例としては、クロロホルム、アルコール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、N−メチルピロリドン及びこれらの混合溶媒が挙げられる。
(デバイスの種類)
(1)電子デバイスの定義
本発明の電子デバイスとは、2個以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を光以外の、例えば電気、磁気、又は化学物質等により制御するデバイスである。例えば、電圧の印加により電流や電圧を制御する素子、磁場の印加による電圧や電流を制御する素子、化学物質を作用させて電圧や電流を制御する素子が挙げられる。この制御としては、整流、スイッチング、増幅、発振が挙げられる。現在シリコン等で実現されている対応するデバイスとしては、抵抗器、整流器(ダイオード)、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)、増幅素子(トランジスタ)、メモリー素子、化学センサー等、あるいはこれらの素子の組み合わせや集積化したデバイスが挙げられる。本発明に係るポルフィリン類化合物はキャリア移動度μが高いため、スイッチング素子(トランジスタ、サイリスタ)に適用すると効果が高い。
The precursor metal complex can be obtained by mixing the compound and the metal salt in an organic solvent. A metal salt can be used as long as it is soluble in an organic solvent, but acetate is a typical example. Any solvent may be used as long as it dissolves the metal salt and the bicyclo compound, and preferred examples include chloroform, alcohol, dimethylformamide, tetrahydrofuran, acetonitrile, N-methylpyrrolidone, and a mixed solvent thereof.
(Device type)
(1) Definition of electronic device The electronic device of the present invention has two or more electrodes, and the current flowing between the electrodes and the generated voltage are controlled by, for example, electricity, magnetism, or chemical substances other than light. It is a device. For example, an element that controls current and voltage by applying a voltage, an element that controls voltage and current by applying a magnetic field, and an element that controls voltage and current by applying a chemical substance. Examples of this control include rectification, switching, amplification, and oscillation. The corresponding devices currently implemented in silicon and the like include resistors, rectifiers (diodes), switching elements (transistors, thyristors), amplifier elements (transistors), memory elements, chemical sensors, etc., or combinations of these elements. Examples include integrated devices. Since the porphyrin compound according to the present invention has a high carrier mobility μ, it is highly effective when applied to a switching element (transistor, thyristor).

また光で制御される、あるいは発光を制御するデバイスでも、本ポルフィリン類材料が直接光を吸収したり発光したりして動作する以外の用途、例えば配線や上記の電圧、電流の制御に使われるデバイスも含まれる。
電子デバイスのより具体的な例は、S.M.Sze著、Physics of Semiconductor Devices、2nd Edition(Wiley−Interscience 1981)に記載されているものを挙げることができる。
(2)電界効果トランジスタ
本発明の有機デバイスの例としては、電界効果トランジスタ(FET)が挙げられる。これは、半導体に接して2つの電極間(ソース電極及びドレイン電極)があり、その電極間(チャネルと呼ばれる)に流れる電流を、もう一つのゲートと呼ばれる電極に印加する電圧で制御するものである。ゲート電極は半導体層に電界を印加するだけで電流は基本的には流れない構造になっており、電界効果トランジスタと呼ばれる。
Also for devices controlled by light or controlling light emission, the porphyrin materials are used for applications other than those that operate by directly absorbing light or emitting light, such as wiring, voltage and current control. Devices are also included.
More specific examples of electronic devices are described in S.A. M.M. Examples include those described in Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd Edition (Wiley-Interscience 1981).
(2) Field Effect Transistor An example of the organic device of the present invention is a field effect transistor (FET). This is because there are two electrodes (source electrode and drain electrode) in contact with the semiconductor, and the current flowing between the electrodes (called the channel) is controlled by the voltage applied to another electrode called the gate. is there. The gate electrode has a structure in which an electric field is basically applied only to the semiconductor layer and no current flows, and it is called a field effect transistor.

本発明によれば、有機半導体材料を用いるため、比較的低温のプロセスで製造できるので基板にプラスチックフィルムが使用でき、軽量で柔軟性に優れた壊れにくいデバイスを作製できる利点がある。従って、薄膜で可撓性のある電解効果トランジスタが製造できるので、これを各セルのスイッチング素子に利用することで、可撓性のあるアクティブマトリクス液晶ディスプレーが作製できるなど、広く応用できる。   According to the present invention, since an organic semiconductor material is used, it can be manufactured by a process at a relatively low temperature, so that a plastic film can be used for a substrate, and there is an advantage that a lightweight and flexible device that is hard to break can be manufactured. Therefore, a thin film flexible field effect transistor can be manufactured, and by using this as a switching element of each cell, a flexible active matrix liquid crystal display can be manufactured and widely applied.

さて、電界効果トランジスタの動作特性は、半導体層のキャリア移動度μ、電導度σ、絶縁層の静電容量Ci、素子の構成(ソース・ドレイン電極間距離L及び幅W、絶縁層の膜厚d等)などにより決まる。電界効果トランジスタに用いる半導体材料はキャリア移動度μが高いほど好ましいが、本発明に係るポルフィリン類化合物はキャリア移動度μが高い特徴があるため、電界効果トランジスタに用いると効果が高い。また、本発明に係る電界効果トランジスタは漏れ電流(リーク電流)が小さくオンオフ比が大きく、膜及び特性の安定性が高く寿命が長いという利点がある。更には、使用可能温度幅が広く、成膜性が良く、大面積適用性があり、低コストで製造できるという利点もある。   The operational characteristics of the field effect transistor are as follows: carrier mobility μ of semiconductor layer, conductivity σ, electrostatic capacity Ci of insulating layer, element configuration (distance L and width W between source and drain electrodes, film thickness of insulating layer) d) and the like. The higher the carrier mobility μ is, the better the semiconductor material used for the field effect transistor. However, since the porphyrin compounds according to the present invention have a high carrier mobility μ, the effect is high when used for the field effect transistor. In addition, the field effect transistor according to the present invention has an advantage that the leakage current (leakage current) is small and the on / off ratio is large, the stability of the film and characteristics is high, and the lifetime is long. Furthermore, there is an advantage that the usable temperature range is wide, the film formability is good, the large area is applicable, and it can be manufactured at low cost.

一般に、ゲート電極が絶縁膜で絶縁されている構造(Metal−Insulator−Semiconductor;MIS構造)がよく用いられる。他には、ショットキー障壁を介してゲート電極が形成されている構造のものもあるが、有機半導体材料を用いたFETの場合、MIS構造がよく用いられる。
以下、図を用いて本発明の電界効果トランジスタについてより詳細に説明するが、本発明はこれら構造には限られない。
In general, a structure in which a gate electrode is insulated by an insulating film (Metal-Insulator-Semiconductor: MIS structure) is often used. Others have a structure in which a gate electrode is formed through a Schottky barrier, but in the case of an FET using an organic semiconductor material, a MIS structure is often used.
Hereinafter, the field effect transistor of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these structures.

図1に、A〜Dとして、電界効果トランジスタ素子のいくつかの構造例を示す。1が半導体層、2が絶縁体層、3及び4がソース電極及びドレイン電極、5がゲート電極、6が基板である。なお、各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。基板と並行方向に電流が流れるので、横型FETと呼ばれる。
基板6は、上に形成される各層が剥離することなく保持できる必要がある。このような材料としては、例えば、樹脂からなる板やフィルム、紙、ガラス、セラミックなどの絶縁性材料、金属や合金などの導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成したも、樹脂と無機材料など各種組合せからなる複合材、等が挙げられる。樹脂フィルムや紙を用いると、素子に可撓性を持たせることができ、好ましい。
1A to 1D show some structural examples of field effect transistor elements. 1 is a semiconductor layer, 2 is an insulator layer, 3 and 4 are source and drain electrodes, 5 is a gate electrode, and 6 is a substrate. In addition, arrangement | positioning of each layer and an electrode can be suitably selected according to the use of an element. Since current flows in a direction parallel to the substrate, it is called a lateral FET.
The substrate 6 needs to be able to be held without peeling off each layer formed thereon. Such materials include, for example, insulating plates such as plates and films made of resin, paper, glass, ceramics, etc., and insulating layers formed by coating on conductive substrates such as metals and alloys. The composite material which consists of various combinations, such as material, etc. are mentioned. Use of a resin film or paper is preferable because the element can have flexibility.

電極3,4,5には導電性を有する材料を用いうる。例えば、白金、金、アルミニウム、クロム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金、InO、SnO、ITO等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、等の半導体、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料等が挙げられる。また、導電性高分子化合物や半導体にはドーピングが行われていても良い。ドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF、AsF、F
eCl等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等が挙げられる。また、上記材料にカーボンブラックや金属粒子などを分散した導電性の複合材料も用いうる。
A material having conductivity can be used for the electrodes 3, 4, and 5. For example, metals such as platinum, gold, aluminum, chromium, nickel, cobalt, copper, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium and alloys containing them, conductive oxides such as InO 2 , SnO 2 , ITO, polyaniline , Conductive polymer compounds such as polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polydiacetylene; semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; and carbon materials such as carbon black, fullerene, carbon nanotube, and graphite. Further, the conductive polymer compound or the semiconductor may be doped. Examples of the dopant include acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and sulfonic acid, PF 6 , AsF 5 , F
Examples include Lewis acids such as eCl 3 , halogen atoms such as iodine, and metal atoms such as sodium and potassium. Alternatively, a conductive composite material in which carbon black, metal particles, or the like is dispersed in the above material can be used.

また、電極3,4,5には図示しない配線が連結されているが、配線も電極とほぼ同様の材料により作製できる。
絶縁体層2は絶縁性を有する材料を用いうる。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン等の酸化物、SrTiO、BaTiO等の強誘電性酸化物、窒化珪素等の窒化物、硫化物、フッ化物などの誘電体、あるいは、これら誘電体の粒子を分散させたポリマー、等が挙げられる。
In addition, although wiring (not shown) is connected to the electrodes 3, 4, and 5, the wiring can be manufactured using substantially the same material as the electrodes.
The insulator layer 2 can be made of an insulating material. For example, polymers such as polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl phenol, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, epoxy resin, phenol resin, and copolymers of these, silicon dioxide, aluminum oxide , Oxides such as titanium oxide, ferroelectric oxides such as SrTiO 3 and BaTiO 3 , dielectrics such as nitrides such as silicon nitride, sulfides and fluorides, or polymers in which particles of these dielectrics are dispersed , Etc.

絶縁体層2の膜厚は、上記の通り、必要な機能を果たせる範囲で、薄いほど好ましい。通常、膜厚は1nm以上であり、好ましくは5nm以上であり、より好ましくは10nm以上である。但し、通常、膜厚は10μm以下であり、好ましくは1μm以下であり、より好ましくは500nm以下である。
半導体層1の材料としては、上述のポルフィリン類化合物を主成分として含む半導体層が好ましく用いられる。主成分とは50重量%以上含むことを言う。より好ましくは80重量%以上含む。特性を改善したり他の特性を付与するために、必要に応じて他の有機半導体材料と混合して用いたり、各種添加剤を添加しても良い。また、半導体層1は複数の層から成っても良い。
As described above, the thickness of the insulator layer 2 is preferably as thin as possible within a range in which a necessary function can be performed. Usually, the film thickness is 1 nm or more, preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more. However, the film thickness is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, and more preferably 500 nm or less.
As a material of the semiconductor layer 1, a semiconductor layer containing the above porphyrin compound as a main component is preferably used. A main component means containing 50 weight% or more. More preferably, it contains 80% by weight or more. In order to improve the characteristics or to impart other characteristics, it may be used by mixing with other organic semiconductor materials as necessary, or various additives may be added. The semiconductor layer 1 may be composed of a plurality of layers.

半導体層1の膜厚は、必要な機能を果たせる範囲で、薄いほど好ましい。図1に例示するような横型の電界効果トランジスタ素子(ソース電極とドレイン電極がほぼ水平に配置されている)においては、所定以上の膜厚があれば素子の特性は膜厚に依存しない一方、膜厚が厚くなると漏れ電流が増加してくることが多いためである。必要な機能を果たすために、通常、膜厚は1nm以上であり、好ましくは5nm以上であり、より好ましくは10nm以上である。但し、通常、膜厚は10μm以下であり、好ましくは1μm以下であり、より好ましくは500nm以下である。   The thickness of the semiconductor layer 1 is preferably as thin as possible within a range in which a necessary function can be performed. In the lateral field effect transistor element as illustrated in FIG. 1 (the source electrode and the drain electrode are arranged almost horizontally), the characteristics of the element do not depend on the film thickness if the film thickness exceeds a predetermined value. This is because the leakage current often increases as the film thickness increases. In order to perform a necessary function, the film thickness is usually 1 nm or more, preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more. However, the film thickness is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less, and more preferably 500 nm or less.

本発明の有機電子デバイスには各層のあいだや素子の外面に必要に応じて他の層を設けることができる。例えば、半導体層上に直接または他の層を介して、保護層を形成すると、湿度などの外気の影響を最小限にできる利点がある。また、デバイスのON/OFF比を上げるなど、電気的特性を安定化できる利点もある。   In the organic electronic device of the present invention, other layers can be provided between the layers or on the outer surface of the element as necessary. For example, when the protective layer is formed directly on the semiconductor layer or via another layer, there is an advantage that the influence of outside air such as humidity can be minimized. In addition, there is an advantage that the electrical characteristics can be stabilized, such as increasing the ON / OFF ratio of the device.

保護層の材料は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂からなる膜や、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等、無機酸化膜や窒化膜等の誘電体からなる膜が好ましく挙げられる。特に、酸素や水分の透過率や吸水率の小さな樹脂(ポリマー)が望ましい。   The material of the protective layer is not particularly limited. For example, films made of various resins such as acrylic resin such as epoxy resin and polymethyl methacrylate, polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, fluororesin, polyolefin, silicon oxide, aluminum oxide, and nitride A film made of a dielectric such as silicon or an inorganic oxide film or a nitride film is preferably used. In particular, a resin (polymer) having a low oxygen and moisture permeability and a low water absorption rate is desirable.

また、ポルフィリン類化合物は光を吸収して電荷を発生するものがあるため、必要であれば電子デバイス部分を遮光することができる。例えば、所望の領域に光の透過率の小さいパターン(いわゆるブラックマトリクス)を形成することで実現できる。このパターンには、クロムやアルミニウム、銀、金等の金属の膜、カーボンブラック等の顔料を分散した樹脂膜、有機色素の膜等を用いることができる。
(3)静電誘導トランジスタ(SIT)
電界効果トランジスタの一種として、他に静電誘導トランジスタ(SIT)がある。S
ITの構造を説明する。
Moreover, since some porphyrin compounds absorb light and generate charges, the electronic device portion can be shielded from light if necessary. For example, it can be realized by forming a pattern with a low light transmittance (a so-called black matrix) in a desired region. For this pattern, a metal film such as chromium, aluminum, silver, or gold, a resin film in which a pigment such as carbon black is dispersed, an organic dye film, or the like can be used.
(3) Static induction transistor (SIT)
Another type of field effect transistor is an electrostatic induction transistor (SIT). S
The structure of IT will be described.

横型FETはソース電極とドレイン電極が基板上に並べて配置され、電流の流れる方向が、ゲートにより誘起される電場に垂直方向であるのに対し、SITではソースとドレインの間の適当な位置に、ゲート電極がグリッド上に配置され、電流の方向が、ゲートにより誘起される電場に平行方向である点を特徴とする。
図2は静電誘導トランジスタ(SIT)の模式図である。7がソース電極、8がドレイン電極であり、9がゲート電極、10が半導体層である。これらは図示しない基板上に設けられる。SIT構造によれば、キャリアの流れが平面状に広がるので一度に大量のキャリアを移動できる。またソース電極とドレイン電極が縦に配されているので電極間距離を小さくできるため応答が高速である。従って、大電流を流したり、高速のスイッチングを行う用途に好ましく適用できる。
In the lateral FET, the source electrode and the drain electrode are arranged side by side on the substrate, and the direction of current flow is perpendicular to the electric field induced by the gate, whereas in the SIT, at an appropriate position between the source and drain, It is characterized in that the gate electrode is arranged on a grid and the direction of the current is parallel to the electric field induced by the gate.
FIG. 2 is a schematic diagram of an electrostatic induction transistor (SIT). 7 is a source electrode, 8 is a drain electrode, 9 is a gate electrode, and 10 is a semiconductor layer. These are provided on a substrate (not shown). According to the SIT structure, the flow of carriers spreads in a plane, so that a large amount of carriers can be moved at one time. Further, since the source electrode and the drain electrode are arranged vertically, the distance between the electrodes can be reduced, so that the response is fast. Therefore, it can be preferably applied to applications in which a large current flows or high-speed switching is performed.

半導体層10に関する説明は上記半導体層1と同様であり、電極7,8に関する説明は上記電極3,4,5と同様である。
9のゲート電極は、電極間をキャリアが通り抜けていく網目あるいはストライプ状の構造をしている。ゲート電極の網目の間隔は、ソースとドレインとの距離(素子の厚さに相当する。)よりも小さいことが望ましい。また、電極の厚みは、通常10nm以上であり、好ましくは20nm以上である。但し、通常10μm以下であり、好ましくは1μm以下である。
The description regarding the semiconductor layer 10 is the same as that of the semiconductor layer 1, and the description regarding the electrodes 7 and 8 is the same as that of the electrodes 3, 4 and 5.
The gate electrode 9 has a mesh or stripe structure in which carriers pass between the electrodes. The distance between the meshes of the gate electrode is preferably smaller than the distance between the source and the drain (corresponding to the thickness of the element). Moreover, the thickness of an electrode is 10 nm or more normally, Preferably it is 20 nm or more. However, it is usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less.

ゲート電極9の材料としては上述の電極3,4,5と同様のものが用いうるが、好ましくは金属、合金や導電性高分子等の導電性材料からなる島状構造薄膜を用いる。例えば、厚さ50nm以下の薄膜で半透明のアルミニウム電極などを用いうる。
ゲート電極9と半導体層10の間には、通常、絶縁層あるいはエネルギー障壁を設け、電極からのキャリアの出入りが抑えられるようにする。例えば電極の周りに絶縁層をパターニングして形成してもよい。また、電極材料として、半導体とエネルギー障壁を作りうる金属を選択し、半導体層とのあいだでキャリアの出入りを押さえても良い。例えばアルミニウムを選ぶことで、p型半導体とのあいだにいわゆるショットキー障壁を形成しうる。
The material of the gate electrode 9 can be the same as that of the above-described electrodes 3, 4, and 5. Preferably, an island-shaped thin film made of a conductive material such as a metal, an alloy, or a conductive polymer is used. For example, a semi-transparent aluminum electrode having a thickness of 50 nm or less can be used.
In general, an insulating layer or an energy barrier is provided between the gate electrode 9 and the semiconductor layer 10 so as to suppress the entry and exit of carriers from the electrode. For example, an insulating layer may be patterned around the electrode. Further, as the electrode material, a metal that can form an energy barrier with the semiconductor may be selected to suppress the entry and exit of carriers between the semiconductor layer. For example, by selecting aluminum, a so-called Schottky barrier can be formed with the p-type semiconductor.

また、各層の間や素子の外面には、必要に応じて他の層を設けてもよい。
本発明に係る静電誘導トランジスタは、キャリア移動度μが高く、漏れ電流が小さくオンオフ比が大きく、膜及び特性の安定性が高く寿命が長いという利点がある。更には、使用可能温度幅が広く、成膜性が良く、大面積適用性があり、低コストで製造できるという利点もある。
(4)ダイオード素子
そのほかの例として、ダイオード素子が挙げられる。これは、非対称な構造をした2端子素子である。図3のE,Fはダイオード素子の模式図である。これらは図示しない基板上に設けられる。
Moreover, you may provide another layer between each layer and the outer surface of an element as needed.
The electrostatic induction transistor according to the present invention has advantages in that the carrier mobility μ is high, the leakage current is small, the on / off ratio is large, the stability of the film and characteristics is high, and the life is long. Furthermore, there is an advantage that the usable temperature range is wide, the film formability is good, the large area is applicable, and it can be manufactured at low cost.
(4) Diode element Another example is a diode element. This is a two-terminal element having an asymmetric structure. E and F of FIG. 3 are schematic diagrams of diode elements. These are provided on a substrate (not shown).

構造例Eは、仕事関数の異なる2つの金属電極11及び12でポルフィリン類化合物を含む半導体層13を挟んだ構造のものである。半導体層13に関する説明は上記半導体層1と同様である。電極11及び12の少なくとも一方は、半導体材料との間でエネルギー障壁を形成している。エネルギー障壁を形成するためには、電極と半導体とで仕事関数が異なるものを選べばよいが、例えば、p型半導体との間でエネルギー障壁を形成する金属としては、アルミニウムがよく用いられる。他の電極の材料としては上述の電極3,4,5と同様のものが用いうるが、好ましくは金属、合金である。本素子に電圧を印加すると、電圧の極性によって流れる電流値が異なる、いわゆる整流作用が見られる。従ってこのようなダイオード素子の応用例としては、整流素子が挙げられる。   The structural example E has a structure in which a semiconductor layer 13 containing a porphyrin compound is sandwiched between two metal electrodes 11 and 12 having different work functions. The description regarding the semiconductor layer 13 is the same as that of the semiconductor layer 1. At least one of the electrodes 11 and 12 forms an energy barrier with the semiconductor material. In order to form an energy barrier, a material having a work function different between an electrode and a semiconductor may be selected. For example, aluminum is often used as a metal that forms an energy barrier with a p-type semiconductor. As other electrode materials, the same materials as those of the above-mentioned electrodes 3, 4 and 5 can be used, but metals and alloys are preferable. When a voltage is applied to this element, a so-called rectifying action is observed, in which the value of the flowing current varies depending on the polarity of the voltage. Therefore, an application example of such a diode element is a rectifier element.

また、構造例Fは仕事関数が互いに大きく異なる半導体層16及び17を、電極14及び15で挟んだ構造のものである。半導体層16に関する説明は上記半導体層1と同様である。半導体層17については、半導体層16と仕事関数が大きく異なればよいが、このような材料としては例えばペリレン顔料やフタロシアニン材料、フラーレン、共役高分子等が挙げられる。   Structure example F is a structure in which semiconductor layers 16 and 17 having work functions greatly different from each other are sandwiched between electrodes 14 and 15. The description regarding the semiconductor layer 16 is the same as that of the semiconductor layer 1. The semiconductor layer 17 may have a work function greatly different from that of the semiconductor layer 16, and examples of such a material include perylene pigments, phthalocyanine materials, fullerenes, and conjugated polymers.

電極14、15については、同じ材料でも異なる材料でも良く、上述の電極3,4,5と同様のものを用いうる。
また、各層の間や素子の外面には、必要に応じて他の層を設けてもよい。
(5)抵抗等
また、他の応用例として抵抗素子が挙げられる。これは、基板上に設けられた、半導体層を2つの電極で挟んだ、対称な構造をもつ2端子素子である。抵抗素子は、電極間の抵抗を調整するための抵抗器として用いたり、抵抗を大きくして電極間の電気容量を調整するためのコンデンサとして用いることができる。
The electrodes 14 and 15 may be the same material or different materials, and the same materials as the electrodes 3, 4 and 5 described above can be used.
Moreover, you may provide another layer between each layer and the outer surface of an element as needed.
(5) Resistor etc. Moreover, a resistive element is mentioned as another application example. This is a two-terminal element having a symmetric structure provided on a substrate with a semiconductor layer sandwiched between two electrodes. The resistance element can be used as a resistor for adjusting the resistance between the electrodes, or as a capacitor for adjusting the electric capacity between the electrodes by increasing the resistance.

半導体層に関する説明は上記半導体層1と同様であり、電極に関する説明は上記電極3,4,5と同様である。
また、各層の間や素子の外面には、必要に応じて他の層を設けてもよい。
このようなダイオード素子や抵抗素子は、高キャリア移動度を示す本発明の有機半導体材料を用いることにより、抵抗値等のデバイスパラメータを広く制御できるメリットがあり、集積化に都合がよい。
(6)本発明の有機電子デバイスの応用
[6−1]アクティブマトリクス
本発明の有機電子デバイスは、ディスプレーのアクティブマトリクスのスイッチング素子として利用することができる。これは、ゲートに印加される電圧でソースとドレイン間の電流をスイッチングできることを利用して、ある表示素子に電圧を印加あるいは電流を供給する時のみスイッチを入れ、その他の時間は回路を切断することにより、高速、高コントラストな表示を行うものである。
The explanation about the semiconductor layer is the same as that of the semiconductor layer 1, and the explanation about the electrode is the same as that of the electrodes 3, 4 and 5.
Moreover, you may provide another layer between each layer and the outer surface of an element as needed.
Such a diode element or resistance element has an advantage that device parameters such as a resistance value can be widely controlled by using the organic semiconductor material of the present invention exhibiting high carrier mobility, which is convenient for integration.
(6) Application of organic electronic device of the present invention [6-1] Active matrix The organic electronic device of the present invention can be used as a switching element of an active matrix of a display. This utilizes the fact that the current between the source and drain can be switched by the voltage applied to the gate, so that the switch is turned on only when the voltage is applied to the display element or the current is supplied, and the circuit is disconnected at other times. Thus, high-speed and high-contrast display is performed.

適用される表示素子としては、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子、電気泳動表示素子、エレクトロルミネッセント素子、エレクトロクロミック素子等が挙げられる。
特に、本発明の有機電子デバイスは、低温プロセスでの素子作製が可能であり、プラスチック板、プラスチックフィルムや紙等の、高温処理に耐えない基板を用いることができる。また、塗布あるいは印刷プロセスでの素子作製が可能であることから、大面積のディスプレーへの応用に適している。また、従来のアクティブマトリクスの代替としても、省エネルギープロセス、低コストプロセスの可能な素子として有利である。
Examples of the display element to be applied include a liquid crystal display element, a polymer dispersed liquid crystal display element, an electrophoretic display element, an electroluminescent element, and an electrochromic element.
In particular, the organic electronic device of the present invention can be manufactured by a low-temperature process, and a substrate that cannot withstand high-temperature processing, such as a plastic plate, a plastic film, or paper, can be used. In addition, since the device can be manufactured by a coating or printing process, it is suitable for application to a large area display. Further, as an alternative to the conventional active matrix, it is advantageous as an element capable of an energy saving process and a low cost process.

[6−2]IC
また、トランジスタを集積することにより、デジタル素子やアナログ素子が実現できる。これらの例としては、AND、OR、NAND、NOT等の論理回路、メモリー素子、発振素子、増幅素子、等が挙げられる。さらにこれらを組み合わせることにより、ICカードやICタグを作製することができる
[6−3]センサー
有機半導体は、ガスや化学物質、温度等の外部の刺激により、特性が大きく変化するので、それらのセンサーへの応用も考えられる。例えば本発明の有機電子デバイスの特性が、気体や液体との接触により変化する量を測定することにより、定性的あるいは定量的にそれに含まれている化学物質を検出することが可能である。
(本発明の有機電子デバイスの製造方法)
本発明に係る有機電子デバイスの好ましい製造方法について、図1の構造例Aに示す電
界効果トランジスタ(FET)を例として、以下に説明するが、これらは他の有機電子デバイスにも同様に適用しうる。
(1)基板及び基板処理
一般に、電界効果トランジスタなどの有機電子デバイスは、基板1上に必要な層や電極を設けることで作製される。基板としては上記で説明したものを用いうる。
[6-2] IC
Further, by integrating transistors, a digital element or an analog element can be realized. Examples of these include logic circuits such as AND, OR, NAND, NOT, memory elements, oscillation elements, amplification elements, and the like. Furthermore, by combining these, IC cards and IC tags can be produced. [6-3] Sensors Organic semiconductors change their characteristics greatly due to external stimuli such as gases, chemical substances, and temperatures. Application to sensors is also conceivable. For example, by measuring the amount by which the characteristics of the organic electronic device of the present invention change due to contact with gas or liquid, it is possible to detect the chemical substances contained in it qualitatively or quantitatively.
(Method for producing organic electronic device of the present invention)
A preferred method for manufacturing an organic electronic device according to the present invention will be described below by taking the field effect transistor (FET) shown in Structural Example A in FIG. 1 as an example, but these are also applied to other organic electronic devices in the same manner. sell.
(1) Substrate and Substrate Processing Generally, an organic electronic device such as a field effect transistor is manufactured by providing necessary layers and electrodes on the substrate 1. As the substrate, those described above can be used.

基板に所定の表面処理を行うことで、デバイスの特性を向上できる場合がある。例えば基板表面の親水性/疎水性の度合いを調整することで、その上に成膜される膜の膜質を改良しうる。特に、有機半導体材料は分子の配向など膜の状態によって特性が大きく変わるが、基板表面処理によって、基板とその後に成膜される半導体膜との界面部分の分子配向を制御し、特性を改良できると推定される。   By performing a predetermined surface treatment on the substrate, device characteristics may be improved. For example, by adjusting the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the substrate surface, the film quality of the film formed thereon can be improved. In particular, the characteristics of organic semiconductor materials vary greatly depending on the state of the film, such as the orientation of the molecules. However, the substrate surface treatment can control the molecular orientation at the interface between the substrate and the semiconductor film that is subsequently formed, thereby improving the characteristics. It is estimated to be.

このような基板処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、シクロヘキセン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理、塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理、オゾン処理、フッ素化処理、酸素やアルゴン等のプラズマ処理、ラングミュアブロジェット膜の形成処理、その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理、機械的処理、コロナ放電などの電気的処理、などが挙げられる。
(2)電極形成
次に、ゲート電極5を形成する。電極材料としては上記で説明したものを用いうる。
Examples of such substrate treatment include hydrophobization treatment with hexamethyldisilazane, cyclohexene, octadecyltrichlorosilane, acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc. Alkali treatment with ozone, ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment with oxygen, argon, etc., Langmuir Blodget film formation treatment, other insulator and semiconductor thin film formation treatment, mechanical treatment, electrical treatment such as corona discharge , Etc.
(2) Electrode formation Next, the gate electrode 5 is formed. As the electrode material, those described above can be used.

電極膜を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等を用いうる。
成膜後、所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行う。パターニング方法も公知の各種方法を用いうるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチング(エッチング液によるウエットエッチングや反応性のプラズマによるドライエッチング)を組み合わせたフォトリソグラフィー法、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法を利用できる。また、レーザーや電子線等のエネルギー線を照射して材料を除去したり材料の導電性を変化させることにより、直接パターンを作製してもよい。
(3)絶縁層
次に、絶縁体層2を形成する。絶縁体材料としては上記[3]で説明したものを用いうる。
Various known methods can be used for forming the electrode film, and for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method, or the like can be used.
After film formation, patterning is performed as necessary to obtain a desired shape. As the patterning method, various known methods can be used. For example, a photolithographic method combining photoresist patterning and etching (wet etching with an etchant or dry etching with reactive plasma), inkjet printing, screen printing, offset printing, A printing method such as letterpress printing, a soft lithography method such as a microcontact printing method, and a method combining a plurality of these methods can be used. Alternatively, the pattern may be directly formed by irradiating an energy beam such as a laser or an electron beam to remove the material or change the conductivity of the material.
(3) Insulating layer Next, the insulating layer 2 is formed. The insulator material described in [3] above can be used.

絶縁体層2を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、例えばスピンコーティングやブレードコーティングなどの塗布法、スクリーン印刷やインクジェット等の印刷法、真空蒸着法、スパッタリング法、そのほか、アルミニウム上のアルマイトのように金属上に酸化物膜を形成する方法等を用いうる。
なお、絶縁体層上に半導体層を形成する態様においては、両層の界面で半導体分子を良好に配向させるために、絶縁体層に所定の表面処理を行うことができる。表面処理の手法は、基板の表面処理と同様のものが用いうる。
Various methods known in the art can be used to form the insulator layer 2. For example, a coating method such as spin coating or blade coating, a printing method such as screen printing or ink jet, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. For example, a method of forming an oxide film on a metal such as alumite can be used.
In the embodiment in which the semiconductor layer is formed on the insulator layer, a predetermined surface treatment can be performed on the insulator layer in order to favorably align the semiconductor molecules at the interface between the two layers. As the surface treatment method, the same surface treatment as that of the substrate can be used.

さらにソース電極3及びドレイン電極4を形成するが、形成方法等はゲート電極5に準ずる。
(4)半導体層
続いて、有機半導体層1を形成する。有機半導体材料としては上記で説明したものを用いうる。半導体層を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、例えばスパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法と、塗布法、印刷法などの溶液プロセスでの形成方法に大別される。
(5)真空プロセス
有機半導体材料を真空プロセスによって成膜し有機半導体層を得る方法について詳しく説明する。例えば、材料をルツボや金属のボートに入れて真空中で加熱し、蒸発させ基板に付着させる真空蒸着法を用いることができる。この際、真空度としては、通常1×10−3Torr(1.3×10−1Pa)以下、好ましくは1×10−6Torr(1.3×10−4Pa)以下とする。また、基板温度によって半導体膜、ひいてはデバイスの特性が変化するので、最適な基板温度を選択する。通常、0℃から200℃の範囲が好ましい。また、蒸着速度は、通常0.001nm/秒以上であり、好ましくは0.01nm/秒以上である。但し、通常10nm/秒以下であり、好ましくは1nm/秒以下である。材料を加熱により蒸発させる方法に代えて、加速したアルゴン等のイオンを材料ターゲットに衝突させて材料原子を叩きだし基板に付着させるスパッタリング法を用いてもよい。
Further, the source electrode 3 and the drain electrode 4 are formed. The forming method and the like are the same as those for the gate electrode 5.
(4) Semiconductor layer Subsequently, the organic semiconductor layer 1 is formed. As the organic semiconductor material, those described above can be used. Various methods known in the art can be used for forming the semiconductor layer. For example, the semiconductor layer is roughly divided into a formation method in a vacuum process such as a sputtering method and a vapor deposition method and a formation method in a solution process such as a coating method and a printing method. The
(5) Vacuum process A method for obtaining an organic semiconductor layer by forming an organic semiconductor material by a vacuum process will be described in detail. For example, it is possible to use a vacuum deposition method in which a material is put in a crucible or a metal boat, heated in a vacuum, evaporated and attached to a substrate. At this time, the degree of vacuum is usually 1 × 10 −3 Torr (1.3 × 10 −1 Pa) or less, preferably 1 × 10 −6 Torr (1.3 × 10 −4 Pa) or less. In addition, since the characteristics of the semiconductor film and thus the device change depending on the substrate temperature, an optimum substrate temperature is selected. Usually, the range of 0 ° C to 200 ° C is preferable. The deposition rate is usually 0.001 nm / second or more, preferably 0.01 nm / second or more. However, it is usually 10 nm / second or less, preferably 1 nm / second or less. Instead of the method of evaporating the material by heating, a sputtering method in which accelerated ions such as argon collide with the material target to knock out material atoms and adhere to the substrate may be used.

本発明の有機半導体材料は比較的低分子化合物であるため、このような真空プロセスが用いうる。真空プロセスには、高価な設備が必要であるものの、成膜性が良く均一な膜が得られやすいという利点がある。
(6)溶液プロセス
有機半導体材料を溶液プロセスによって成膜し有機半導体層を得る方法について詳しく説明する。まず、有機半導体材料を溶媒に溶かして基板上に塗布する。
塗布の方法としては、溶液をたらすだけのキャスティング、スピンコーティング、ディップティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を用いうる。さらに、塗布に類似の技術として、水面上に形成した単分子膜を基板に移し積層するラングミュア・ブロジェット法、液晶や融液状態を2枚の基板で挟んだり毛管現象で基板間に導入する方法等も挙げられる。
Since the organic semiconductor material of the present invention is a relatively low molecular weight compound, such a vacuum process can be used. Although the vacuum process requires expensive equipment, there is an advantage that a uniform film can be easily obtained with good film formability.
(6) Solution process A method for obtaining an organic semiconductor layer by forming a film of an organic semiconductor material by a solution process will be described in detail. First, an organic semiconductor material is dissolved in a solvent and applied onto a substrate.
As a method of application, casting methods such as dripping a solution, spin coating, dipping, blade coating, wire bar coating, spray coating, etc., and printing methods such as inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, A soft lithography technique such as a micro contact printing method, or a combination of these techniques can be used. Furthermore, as a technique similar to coating, a Langmuir-Blodgett method in which a monomolecular film formed on a water surface is transferred to a substrate and laminated, a liquid crystal or a melt state is sandwiched between two substrates, or introduced between substrates by capillary action A method etc. are also mentioned.

溶液プロセスを用いると、比較的安価な設備で、大面積の有機電子デバイスを作製しやすいという利点がある。
本発明のポルフィリン類化合物は、溶媒に溶解して塗布することによっても素子を作製することが出来る。この際、最終的に素子中で用いるポルフィリン類化合物を直接塗布することも可能であるが、溶解性の高い化合物(以下前駆体と呼ぶ)を塗布しておき、それの化学構造の変化により、最終的なポルフィリン類化合物に変換することも可能である。特に溶媒に難溶な材料を塗布法で膜形成するのに有用である。
When the solution process is used, there is an advantage that a large-area organic electronic device can be easily manufactured with relatively inexpensive equipment.
The porphyrin compound of the present invention can also be produced by dissolving and applying in a solvent. At this time, it is possible to directly apply the porphyrin compound used finally in the device, but by applying a highly soluble compound (hereinafter referred to as a precursor) and changing its chemical structure, It is also possible to convert to a final porphyrin compound. In particular, it is useful for forming a film of a material hardly soluble in a solvent by a coating method.

この前駆体としては、次に示すビシクロ構造を有するものが、好ましい例として挙げられる。   As this precursor, those having a bicyclo structure shown below are preferred examples.

Figure 2009283943
このビシクロ構造は、加熱によりエチレン分子が解離してベンゼン環に変化する。
Figure 2009283943
This bicyclo structure is transformed into a benzene ring by dissociation of ethylene molecules by heating.

Figure 2009283943
ビシクロ構造は立体的にかさ高いため、結晶性が悪く、この構造を有する分子は溶解性が良好でかつ溶液から塗布した際に、結晶性の低い、あるいは無定型の膜が得やすい性質を有することが多い。加熱工程によりベンゼン環に変化すると、平面性の良好な分子構造になるために、結晶性の良好な分子に変化する。従って、この前駆体からの化学変化を利用することにより、結晶性の良好な膜を塗布により得ることが出来る。この加熱工程は、塗布溶媒を留去するなど他の目的を兼ねても良い。
Figure 2009283943
Since the bicyclo structure is three-dimensionally bulky, the crystallinity is poor, and molecules having this structure have good solubility and have the property of being easy to obtain an amorphous film with low crystallinity when applied from a solution. There are many cases. When it is changed to a benzene ring by the heating process, it has a molecular structure with good planarity, so that it changes into a molecule with good crystallinity. Therefore, a film having good crystallinity can be obtained by coating by utilizing the chemical change from this precursor. This heating step may also serve other purposes such as distilling off the coating solvent.

特に、本発明のポルフィリン類化合物中、ベンゾポルフィリン類と呼ばれるピロール環、チオフェン環、フラン環にベンゼン環が縮合している化合物は、前駆体としてビシクロ構造のものから得ることができるので、塗布による素子を得るのに有利である。
また、溶液プロセスでは、塗布−乾燥工程を必要なだけ繰り返して半導体層を厚膜にすることができる。前駆体からの変換により半導体膜が形成されるときには、塗布−半導体変換工程を繰り返せば、前駆体と半導体の溶解性が異なることを利用して積層し厚膜にすることができる。
In particular, among the porphyrin compounds of the present invention, a compound in which a benzene ring is condensed with a pyrrole ring, a thiophene ring, or a furan ring, called benzoporphyrins, can be obtained from a bicyclo structure as a precursor. It is advantageous to obtain an element.
Further, in the solution process, the semiconductor layer can be made thick by repeating the coating-drying step as necessary. When the semiconductor film is formed by conversion from the precursor, by repeating the coating-semiconductor conversion step, the thick film can be formed by utilizing the difference in solubility between the precursor and the semiconductor.

さらに、塗布と蒸着等の異なる製膜方法を組み合わせたり、異なる材料を同一のあるいは異なる製膜方法で積層することもできる。
一般に溶液プロセスは成膜性が高くなく、結晶性の高い有機半導体膜が得られにくいとされているが、本方法によれば、簡便な溶液プロセスで、結晶性の高い特性の良い有機半導体膜が得られ、非常に好ましい。このように形成した膜は、キャリア移動度が高く、かつ漏れ電流が小さくオンオフ比が高いという望ましい特性を持つ。本製造法は、本発明に係る有機半導体材料に限られず、広く有機半導体材料一般に適用しうる優れた方法である。
(7)半導体層の後処理
このように作製された有機半導体層は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、加熱処理により、成膜時に生じた膜中の歪みを緩和することができ、特性の向上や安定化を図ることができる。さらに、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や液体にさらすことにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは例えば膜中のキャリア密度の増加あるいは減少の目的で利用することができる。
(8)ドーピング処理
また、ドーピングと呼ばれる微量の元素や原子団、分子、高分子を加えることにより、特性を変化させて望ましいものにすることができる。例えば、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF、AsF、FeCl等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等をドーピングする事が挙げられる。これは、これらのガスに接触させたり、溶液に浸したり、電気化学的なドーピング処理をすることにより達成できる。これらのドーピングは膜の形成後でなくても、材料合成時に添加したり、溶液からの作製プロセスでは、その溶液に添加したり、前駆体膜の段階で添加することができる。また蒸着時に添加する材料を共蒸着したり、膜形成時の雰囲気に混合したり、さらにはイオンを真空中で加速して膜に衝突させてドーピングすることも可能である。
Further, different film forming methods such as coating and vapor deposition can be combined, or different materials can be laminated by the same or different film forming methods.
In general, solution processes do not have high film formability and it is difficult to obtain organic semiconductor films with high crystallinity. However, according to this method, organic semiconductor films with high crystallinity and good characteristics can be obtained by simple solution processes. Is obtained and is very preferable. The film thus formed has desirable characteristics such as high carrier mobility, low leakage current, and high on / off ratio. This production method is not limited to the organic semiconductor material according to the present invention, and is an excellent method that can be widely applied to general organic semiconductor materials.
(7) Post-treatment of the semiconductor layer The organic semiconductor layer thus produced can be further improved in characteristics by post-treatment. For example, the heat treatment can relieve distortion in the film generated during film formation, and can improve and stabilize characteristics. Furthermore, a change in characteristics due to oxidation or reduction can be induced by exposure to an oxidizing or reducing gas or liquid such as oxygen or hydrogen. This can be used for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film, for example.
(8) Doping treatment Further, by adding a trace amount of element, atomic group, molecule, or polymer called doping, the characteristics can be changed to be desirable. For example, doping with an acid such as oxygen, hydrogen, hydrochloric acid, sulfuric acid, or sulfonic acid, a Lewis acid such as PF 6 , AsF 5 , or FeCl 3 , a halogen atom such as iodine, a metal atom such as sodium potassium, or the like can be mentioned. This can be achieved by contact with these gases, immersion in a solution, or electrochemical doping treatment. These dopings can be added at the time of synthesizing the material, after the formation of the film, or can be added to the solution in the production process from the solution, or added at the stage of the precursor film. It is also possible to co-deposit materials to be added at the time of vapor deposition, to mix them in the atmosphere at the time of film formation, or to perform doping by accelerating ions in a vacuum and colliding with the film.

これらのドーピングの効果は、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変
化、キャリアの極性の変化(p型、n型)、フェルミ準位の変化等が挙げられ、半導体デバイスでは良く利用されているものである。ドーピング処理は同様に本発明の有機電子デバイスでも利用することができる。
(9)保護層
本発明の有機電子デバイスには各層のあいだや素子の外面に必要に応じて他の層を設けることが出来る。例えば、半導体層上に直接または他の層を介して、保護層を形成すると、外気の影響を最小限にできる利点がある。また、デバイスの電気的特性を安定化できる利点もある。保護層材料としては前述のものを用いうる。
These doping effects include a change in electrical conductivity due to an increase or decrease in carrier density, a change in carrier polarity (p-type, n-type), a change in Fermi level, etc., which are often used in semiconductor devices. It is what. The doping process can also be used in the organic electronic device of the present invention.
(9) Protective layer In the organic electronic device of the present invention, other layers can be provided between the layers or on the outer surface of the element as necessary. For example, when the protective layer is formed directly on the semiconductor layer or via another layer, there is an advantage that the influence of outside air can be minimized. There is also an advantage that the electrical characteristics of the device can be stabilized. The above-mentioned materials can be used as the protective layer material.

保護層を成膜するにあたっては公知の各種方法を用いうるが、保護層が樹脂からなる場合は、例えば、樹脂溶液を塗布後、乾燥させて樹脂膜とする方法、樹脂モノマーを塗布あるいは蒸着したのち重合する方法などが挙げられる。成膜後に架橋処理を行ってもよい。保護層が無機物からなる場合は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法に代表される溶液プロセスでの形成方法を用いることができる。   In forming the protective layer, various known methods can be used. When the protective layer is made of a resin, for example, a method of applying a resin solution followed by drying to form a resin film, or applying or depositing a resin monomer The method of polymerizing after that is mentioned. Cross-linking treatment may be performed after film formation. When the protective layer is made of an inorganic material, for example, a formation method in a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a formation method in a solution process typified by a sol-gel method can be used.

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、チア/オキサポルフィリン化合物の合成法は、特願2003−049561に記載の方法を用いうる。
合成例1
次のような合成ルートでビシクロ化合物(1)を合成した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
As a method for synthesizing the thia / oxaporphyrin compound, the method described in Japanese Patent Application No. 2003-049561 can be used.
Synthesis example 1
The bicyclo compound (1) was synthesized by the following synthesis route.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

チオフェノール53.5mlと水酸化カリウム51.25gをエタノール600mlに溶解させた。この溶液に、シス−1,2−ジクロロエチレン19.4mlをゆっくりと滴下した。その後室温で30分撹拌し、さらに80−90℃で23時間加熱撹拌した。溶媒を減圧下濃縮し、これに水を加えて、クロロホルムで抽出した。有機層を水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮することにより、シス−1,2−フェニルチオエチレンが得られた。   53.5 ml of thiophenol and 51.25 g of potassium hydroxide were dissolved in 600 ml of ethanol. To this solution, 19.4 ml of cis-1,2-dichloroethylene was slowly added dropwise. Thereafter, the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes, and further heated and stirred at 80 to 90 ° C. for 23 hours. The solvent was concentrated under reduced pressure, water was added thereto, and the mixture was extracted with chloroform. The organic layer was washed with water and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure to obtain cis-1,2-phenylthioethylene.

このシス−1,2−フェニルチオエチレンとジフェニルジセレニド750mgを塩化メチレン100mlに溶解した。その溶液を氷浴で冷却し、30%過酸化水素水175mlをゆっくり加えた。室温で一晩激しく撹拌して析出する結晶をろ別し、クロロホルムに溶解した後、水、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥して、減圧下、濃縮した。さらにこれをクロロホルム500mlに溶解し、氷浴で冷却しながらm−クロロ過安息香酸84gをゆっくり加え、室温で一晩撹拌した。析出した固体をセライト
ろ過し、有機層を水、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下濃縮した。この固体を、エーテルでリンスして、シス−1,2−ジフェニルスルフォニルエチレン67.06gが得られた(収率87%)。無色結晶、mp100−101℃。
This cis-1,2-phenylthioethylene and 750 mg of diphenyl diselenide were dissolved in 100 ml of methylene chloride. The solution was cooled in an ice bath and 175 ml of 30% aqueous hydrogen peroxide was slowly added. The crystals precipitated by vigorous stirring overnight at room temperature were filtered off, dissolved in chloroform, washed with water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure. Further, this was dissolved in 500 ml of chloroform, and 84 g of m-chloroperbenzoic acid was slowly added while cooling in an ice bath and stirred overnight at room temperature. The precipitated solid was filtered through Celite, and the organic layer was washed with water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, and concentrated under reduced pressure. This solid was rinsed with ether to obtain 67.06 g of cis-1,2-diphenylsulfonylethylene (yield 87%). Colorless crystals, mp 100-101 ° C.

このシス体と触媒量のヨウ素を塩化メチレンに溶解し、太陽光を照射することにより固体として析出するものをろ過してトランス−1,2−ジフェニルスルフォニルエチレンを得た。無色結晶、mp219.5℃。
トランス−1,2−ジフェニルスルフォニルエチレン29.33gをトルエン200mlに溶解し、ついで1,3−シクロヘキサジエン11.4mlを加え、21時間乾留した後、再結晶することにより、5,6−ジフェニルスルホニル−ビシクロ−[2,2,2]オクタ−2−エン35.66g(収率96.5%)が得られた。
This cis isomer and a catalytic amount of iodine were dissolved in methylene chloride, and those that precipitated as a solid by irradiation with sunlight were filtered to obtain trans-1,2-diphenylsulfonylethylene. Colorless crystals, mp 219.5 ° C.
By dissolving 29.33 g of trans-1,2-diphenylsulfonylethylene in 200 ml of toluene and then adding 11.4 ml of 1,3-cyclohexadiene, followed by dry distillation for 21 hours and then recrystallization, 5,6-diphenylsulfonyl 35.66 g (yield 96.5%) of -bicyclo- [2,2,2] oct-2-ene were obtained.

この7.76gを反応容器に入れ、窒素置換し、無水テトラヒドロフラン(THF)50mlを加えて溶解させた。そこにイソシアノ酢酸エチル2.43mlを加え、反応溶液を氷浴で冷却し、t−BuOK/THFの1M溶液50mlをゆっくりと滴下した。その後反応溶液を室温に戻し、一晩撹拌した。1N塩酸でクエンチし、クロロホルムで抽出し、水、飽和食塩水で洗浄後、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧下濃縮し、シリカゲルクロマトグラフィーで精製することにより、4,7−ジヒドロ−4,7−エタノ−2H−イソインドール−1−カルボン酸エチル3.49g(収率80.4%)が得られた。無色結晶、mp129−130℃。   7.76 g of this was placed in a reaction vessel, purged with nitrogen, and 50 ml of anhydrous tetrahydrofuran (THF) was added and dissolved. Thereto was added 2.43 ml of ethyl isocyanoacetate, the reaction solution was cooled in an ice bath, and 50 ml of a 1M solution of t-BuOK / THF was slowly added dropwise. Thereafter, the reaction solution was returned to room temperature and stirred overnight. Quenched with 1N hydrochloric acid, extracted with chloroform, washed with water and saturated brine, dried over anhydrous sodium sulfate, concentrated under reduced pressure, and purified by silica gel chromatography to obtain 4,7-dihydro-4. , 7-ethano-2H-isoindole-1-carboxylate 3.49 g (yield 80.4%). Colorless crystals, mp 129-130 ° C.

得られた結晶0.109gをTHF15mlに溶解したものを、0.144gのLiAlHを0℃で撹拌しながら滴下し、0℃で2時間撹拌した。反応液を飽水25mLに注入し、クロロホルム50mLで3回抽出した。抽出液を合わせたものにp−トルエンスルホン酸0.010gを添加し、12時間室温で撹拌した。p−クロラニル0.150gを添加し、室温で12時間撹拌後反応液を水に注入した。有機相を分離し、炭酸水素ナトリウム水溶液250mLで5回、水250mLで1回、飽和食塩水100mLで洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を蒸留して除いた残渣をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム、アルミナ)で精製し、0.094gの目的ビシクロ構造を含むポルフィリン化合物(1)を得た。 A solution obtained by dissolving 0.109 g of the obtained crystal in 15 ml of THF was added dropwise with stirring at 0.14 g of LiAlH 4 at 0 ° C, and the mixture was stirred at 0 ° C for 2 hours. The reaction solution was poured into 25 mL of saturated water and extracted three times with 50 mL of chloroform. To the combined extracts, 0.010 g of p-toluenesulfonic acid was added and stirred at room temperature for 12 hours. After adding 0.150 g of p-chloranil and stirring at room temperature for 12 hours, the reaction solution was poured into water. The organic phase was separated, washed 5 times with 250 mL of aqueous sodium bicarbonate, once with 250 mL of water, and 100 mL of saturated brine, and then dried over magnesium sulfate. The residue obtained by distilling off the solvent was purified by column chromatography (chloroform, alumina) to obtain 0.094 g of a porphyrin compound (1) containing the target bicyclo structure.

MALDI−TOFマススペクトルの負イオンモードでm/Z=622(M)の主ピークを観測した。
この化合物の熱分析結果(DTA−TG)を図4に示す。
146℃から198℃の温度範囲で重量の減少および発熱が見られる。この重量減(約18%)はビシクロ化合物からエチレン分子が4個脱離し、テトラベンゾポルフィリンに変化することに対応している。
A main peak of m / Z = 622 (M ) was observed in the negative ion mode of the MALDI-TOF mass spectrum.
The thermal analysis result (DTA-TG) of this compound is shown in FIG.
Weight loss and exotherm are seen in the temperature range of 146 ° C to 198 ° C. This weight loss (about 18%) corresponds to the elimination of four ethylene molecules from the bicyclo compound and conversion to tetrabenzoporphyrin.

ポルフィリン化合物(1)のクロロホルム溶液を金蒸着膜の上にたらして溶媒を乾燥した膜のIRスペクトルを図5に示す。この膜を210℃で2分間加熱した膜のIRスペクトルを図6に示す。エチレン分子の脱離に伴う分子構造変化を反映したIRスペクトルの変化が見られ、膜の加熱によりテトラベンゾポルフィリンが生成していることが分かる。   FIG. 5 shows an IR spectrum of a film obtained by dropping a chloroform solution of the porphyrin compound (1) on the gold vapor-deposited film and drying the solvent. FIG. 6 shows the IR spectrum of the film heated at 210 ° C. for 2 minutes. A change in the IR spectrum reflecting the change in the molecular structure accompanying the elimination of the ethylene molecule is observed, and it can be seen that tetrabenzoporphyrin is generated by heating the film.

ビシクロ化合物(1)を210℃で10分加熱したものを、MALDI−TOF法でビシクロ化合物と同様に負イオンモードでマススペクトルを測定した。すると、m/z=510(M)のテトラベンゾポルフィリンの分子イオンピークが観測され、加熱によるテトラベンゾポルフィリンへの変換が確認された。またこの加熱したもののIRスペクトルは、上記基板上で測定した加熱後のIRスペクトルにほぼ一致した事から、加熱により精製しているものがテトラベンゾポルフィリンであることが確認された。 A mass obtained by heating the bicyclo compound (1) at 210 ° C. for 10 minutes was measured by the MALDI-TOF method in the negative ion mode similarly to the bicyclo compound. Then, a molecular ion peak of tetrabenzoporphyrin of m / z = 510 (M ) was observed, and conversion to tetrabenzoporphyrin by heating was confirmed. Further, since the IR spectrum of the heated product almost coincided with the IR spectrum after heating measured on the substrate, it was confirmed that what was purified by heating was tetrabenzoporphyrin.

ビシクロ化合物(1)のクロロホルム溶液を石英ガラス基板の上にスピンコートして溶媒を乾燥した膜と、この膜を210℃で10分間加熱した膜の紫外−可視吸収スペクトルを比較したものを図7に示す。これは、ビシクロ化合物からテトラベンゾポルフィリン(690nm)への変化が、ポルフィリンの吸収スペクトルのQバンドの強度増大及び長波長シフトとして観測されている。   FIG. 7 shows a comparison of UV-visible absorption spectra of a film obtained by spin-coating a chloroform solution of the bicyclo compound (1) on a quartz glass substrate and drying the solvent, and a film obtained by heating the film at 210 ° C. for 10 minutes. Shown in It is observed that a change from a bicyclo compound to tetrabenzoporphyrin (690 nm) is observed as an increase in the intensity of the Q band and a long wavelength shift of the porphyrin absorption spectrum.

合成例2
合成例1のビシクロ化合物(1)0.02gと酢酸亜鉛2水和物0.1gをクロロホルム30mLとメタノール3mLの混合溶媒中3時間室温で撹拌した。反応液を水100mLで2回、飽和食塩水40mLで1回洗浄し、有機相を硫酸ナトリウムで乾燥した。溶媒を濃縮して得られる固体をクロロホルム−メタノールの混合溶媒で再結晶して、0.022gのビシクロ化合物(1)の亜鉛錯体が得られた。さらに、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(日本分析工業JAIGEL−1H、2H、クロロホルム)により、単一ピークのみ分取して精製した。
Synthesis example 2
0.02 g of the bicyclo compound (1) of Synthesis Example 1 and 0.1 g of zinc acetate dihydrate were stirred in a mixed solvent of 30 mL of chloroform and 3 mL of methanol for 3 hours at room temperature. The reaction solution was washed twice with 100 mL of water and once with 40 mL of saturated brine, and the organic phase was dried over sodium sulfate. The solid obtained by concentrating the solvent was recrystallized with a mixed solvent of chloroform / methanol to obtain 0.022 g of a zinc complex of the bicyclo compound (1). Furthermore, only a single peak was fractionated and purified by gel permeation chromatography (Nippon Analytical Industry JAIGEL-1H, 2H, chloroform).

マススペクトルを測定し、分子ピークを確認した。
合成例3:21,23−ジチアポルフィリン5の合成
次に示す合成ルートで下記ビシクロ環構造を有するジチアポルフィリン化合物を合成した。
Mass spectra were measured and molecular peaks were confirmed.
Synthesis Example 3: Synthesis of 21,23-dithiaporphyrin 5 A dithiaporphyrin compound having the following bicyclo ring structure was synthesized by the following synthesis route.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

なお、出発原料のジホルミルチオフェン1 は、Tetrahedron Letters,vol.43,8485(2002)で既に報告されている方法で合成した。
(1)1,3−ビス−(ジヒドロキシメチル)−4,7−ジヒドロ−4,7−エタノ−2−ベンゾ[c]チオフェン2の合成
The starting material diformylthiophene 1 was prepared according to Tetrahedron Letters, vol. 43, 8485 (2002).
(1) Synthesis of 1,3-bis- (dihydroxymethyl) -4,7-dihydro-4,7-ethano-2-benzo [c] thiophene 2

Figure 2009283943
Figure 2009283943

50mlのナス型フラスコにジホルミルチオフェン1(0.437g,2.0mmol)を入れ、ジクロロメタン10mlとメタノール10mlに溶かした。この容器を0℃に冷却した後NaBH(0.277g,6.0mmol)を加え30分攪拌した。反応溶液を水でクエンチした後、有機層をジクロロメタンで抽出した。有機層は水、飽和食塩水で洗浄した後、芒硝で乾燥させ濃縮した。得られたオイルを冷凍庫内で結晶化させた後、再結晶(CHCl/ヘキサン)により精製することにより、目的物であるジヒドロキシメチルチオフェン2を78%の収率で得た。 Diformylthiophene 1 (0.437 g, 2.0 mmol) was placed in a 50 ml eggplant-shaped flask and dissolved in 10 ml of dichloromethane and 10 ml of methanol. NaBH 4 After cooling the vessel to 0 ℃ (0.277g, 6.0mmol) was stirred for 30 minutes added. After the reaction solution was quenched with water, the organic layer was extracted with dichloromethane. The organic layer was washed with water and saturated brine, dried over sodium sulfate and concentrated. The obtained oil was crystallized in a freezer and then purified by recrystallization (CHCl 3 / hexane) to obtain the target product, dihydroxymethylthiophene 2 in a yield of 78%.

外観:無色結晶
mp:143−145℃
H NMR(400MHz, CDCl):1.51-1.60(m,4H), 3.90(m,2H), 4.69-4.75(m,4H), 6.46-6.52(m,2H)
13C NMR(100MHz, CDCl):26.0, 34.8, 57.5, 129.4, 135.3, 144.5
m/z(EI):222(87), 194(100), 177(100)
IR(KBr):3130-3380 cm−1(OH)
C12H14OS 元素分析
計算値:C=64.83%, H=6.35%
実測値:C=64.73%, H=6.37%
(2)チアトリピランジエチルエステル3の合成
Appearance: colorless crystals mp: 143-145 ° C
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 1.51-1.60 (m, 4H), 3.90 (m, 2H), 4.69-4.75 (m, 4H), 6.46-6.52 (m, 2H)
13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ): 26.0, 34.8, 57.5, 129.4, 135.3, 144.5
m / z (EI): 222 (87), 194 (100), 177 (100)
IR (KBr): 3130-3380 cm -1 (OH)
C 12 H 14 O 2 S Elemental analysis Calculated values: C = 64.83%, H = 6.35%
Actual value: C = 64.73%, H = 6.37%
(2) Synthesis of thiatripyran diethyl ester 3

Figure 2009283943
Figure 2009283943

200mlのナス型フラスコにジヒドロキシメチルチオフェン2(0.888g,4.0mmol)とビシクロピロールエチルエステル(1.737g,8.0mmol)とを入れ、容器内をアルゴン置換し、クロロホルム60mlに溶解させた。この容器を0℃に冷却し、TFA1mlを加え、1時間攪拌した後、5時間還流した。反応溶液を水の中に注ぎクエンチした後、有機層をクロロホルムで抽出した。有機層は水、重曹水、飽和食塩水で洗浄した後、芒硝で乾燥させ濃縮した。得られた粗生成物をエーテルとヘキサンの混合溶媒で洗浄した後、再結晶(CHCl/ヘキサン) により精製することにより、目的物であるチアトリピランジエチルエステル3を90%の収率で得た。 Dihydroxymethylthiophene 2 (0.888 g, 4.0 mmol) and bicyclopyrrole ethyl ester (1.737 g, 8.0 mmol) were placed in a 200 ml eggplant-shaped flask, the inside of the container was purged with argon, and dissolved in 60 ml of chloroform. . The vessel was cooled to 0 ° C., 1 ml of TFA was added, and the mixture was stirred for 1 hour and then refluxed for 5 hours. The reaction solution was poured into water and quenched, and then the organic layer was extracted with chloroform. The organic layer was washed with water, aqueous sodium bicarbonate and saturated brine, dried over sodium sulfate and concentrated. The obtained crude product was washed with a mixed solvent of ether and hexane, and then purified by recrystallization (CHCl 3 / hexane) to obtain thiatripyran diethyl ester 3 as a target product in a yield of 90%. It was.

外観:薄茶色粉末(立体異性体を含む)
mp:>180℃(分解)
H NMR(400MHz, CDCl):1.34(t,J7.3,6H), 1.39-1.61(m,12H), 3.62(m,2H), 3.68(m,2H), 3.95-4.01(m,4H), 4.26(q,J7.3,4H), 4.31(m,2H), 6.40-6.51(m,6H), 8.09(brs,2H)
m/z(EI):620(24), 592(100), 564(49), 546(8), 518(18)
IR(KBr):3180-3310 cm−1(NH), 1666 cm −1(CO)
C38H40OS 元素分析
計算値:C=73.52%, H=6.49%, N=4.51%
実測値:C=73.31%, H=6.52%, N=4.43%
(3)チアトリピランジカルボン酸4の合成
Appearance: Light brown powder (including stereoisomers)
mp:> 180 ° C. (decomposition)
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 1.34 (t, J7.3, 6H), 1.39-1.61 (m, 12H), 3.62 (m, 2H), 3.68 (m, 2H), 3.95-4.01 (m, 4H), 4.26 (q, J7.3,4H), 4.31 (m, 2H), 6.40-6.51 (m, 6H), 8.09 (brs, 2H)
m / z (EI): 620 (24), 592 (100), 564 (49), 546 (8), 518 (18)
IR (KBr): 3180-3310 cm -1 (NH), 1666 cm -1 (CO)
C 38 H 40 O 4 S Elemental analysis Calculated values: C = 73.52%, H = 6.49%, N = 4.51%
Actual value: C = 73.31%, H = 6.52%, N = 4.43%
(3) Synthesis of thiatripyrandicarboxylic acid 4

Figure 2009283943
Figure 2009283943

100mlのナス型フラスコにチアトリピランジエチルエステル3(0.620g,1.0mmol)を入れ、テトラヒドロフラン(THF)10ml、エタノール8ml、水12mlに溶解させた。LiOH・HO(0.840g,20mmol)を加え20時間還流した。反応溶液を室温まで冷却し、1N HCl水溶液をゆっくり加え、溶液のpHを1にした後、有機層を酢酸エチルで抽出した。有機層は水、飽和食塩水で洗浄した後、芒硝で乾燥させ濃縮した。得られた粗生成物をエーテルとヘキサンの混合溶媒で洗浄することにより、目的物であるチアトリピランジカルボン酸4を98%の収率で得た。なお、この生成物は精製を行わずに次の反応へと用いた。 Thiatripyran diethyl ester 3 (0.620 g, 1.0 mmol) was placed in a 100 ml eggplant-shaped flask and dissolved in 10 ml of tetrahydrofuran (THF), 8 ml of ethanol, and 12 ml of water. LiOH.H 2 O (0.840 g, 20 mmol) was added and refluxed for 20 hours. The reaction solution was cooled to room temperature, 1N HCl aqueous solution was slowly added to bring the pH of the solution to 1, and the organic layer was extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with water and saturated brine, dried over sodium sulfate and concentrated. The obtained crude product was washed with a mixed solvent of ether and hexane to obtain the target product thiatripyrandicarboxylic acid 4 in a yield of 98%. This product was used for the next reaction without purification.

外観:薄茶色粉末(立体異性体を含む)
H NMR(400MHz, Acetone-d):1.30-1.58(m,12H), 3.64-3.70(m,2H), 3.80-3.85(m,2H), 3.99-4.08(m,4H), 4.30(m,2H), 6.32-6.49(m,6H), 9.68(brs,2H)
IR(KBr):2820-3460 cm−1(OH), 1670 cm −1(CO)
(4)21,23−ジチアポルフィリン5の合成
Appearance: Light brown powder (including stereoisomers)
1 H NMR (400 MHz, Acetone-d 6 ): 1.30-1.58 (m, 12H), 3.64-3.70 (m, 2H), 3.80-3.85 (m, 2H), 3.99-4.08 (m, 4H), 4.30 ( m, 2H), 6.32-6.49 (m, 6H), 9.68 (brs, 2H)
IR (KBr): 2820-3460 cm -1 (OH), 1670 cm -1 (CO)
(4) Synthesis of 21,23-dithiaporphyrin 5

Figure 2009283943
Figure 2009283943

遮光した500mlのナス型フラスコにチアトリピランジカルボン酸4(0.508g,0.9mmol)を入れ、容器内をアルゴン置換し、室温下でTFA2.5mlを入れ5分間攪拌した。乾燥CHCl200mlを加えた後、ジホルミルチオフェン(0.196g,0.9mmol)を素早く加え、室温下で16時間攪した。その後、トリエチルアミンをゆっくり加え溶液を中和した後、DDQ(0.227g,1.0mmol)を加え、更に2時間攪拌した。得られた溶液を水、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した後、芒硝で乾燥させ濃縮した。得られた粗結晶をカラムクロマトグラフィー( アルミナ,50%酢酸エチル/ヘキサン) で処理した後、再結晶(CHCl/MeOH)して精製することにより、目的物であるジチアポルフィリン5を37%の収率で得た。 Thiatripyrandicarboxylic acid 4 (0.508 g, 0.9 mmol) was placed in a 500 ml eggplant-shaped flask protected from light, and the inside of the container was purged with argon, and 2.5 ml of TFA was added at room temperature and stirred for 5 minutes. After adding 200 ml of dry CH 2 Cl 2 , diformylthiophene (0.196 g, 0.9 mmol) was quickly added and stirred at room temperature for 16 hours. Thereafter, triethylamine was slowly added to neutralize the solution, DDQ (0.227 g, 1.0 mmol) was added, and the mixture was further stirred for 2 hours. The resulting solution was washed with water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, and saturated brine, dried over sodium sulfate, and concentrated. The obtained crude crystals were treated with column chromatography (alumina, 50% ethyl acetate / hexane) and then purified by recrystallization (CH 2 Cl 2 / MeOH) to obtain dithiaporphyrin 5 as the target product. Obtained in 37% yield.

外観:緑茶色固体(立体異性体を含む)
mp:>130℃(分解)
H NMR(400MHz, CDCl):1.83-2.02(m,8H), 2.13(m,4H), 2.29(m,4H), 5.55(m,4H), 6.04(m,4H), 7.03-7.06(m,4H), 7.26(m,4H), 10.94(m,meso-H,4H)
m/z(FAB):657(M+1, 35), 629(11), 601(9), 573(29), 545(100)
C44H36NS元素分析(0.25CHCl+ 0.25MeOH)
計算値:C=77.64%, H=5.80%, N=4.08%
実測値:C=77.90%, H=5.51%, N=4.01%
以上のように、元素分析、NMR、マススペクトルにより、目的物であることを確認した。
Appearance: Green-brown solid (including stereoisomers)
mp:> 130 ° C. (decomposition)
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 1.83 to 2.02 (m, 8H), 2.13 (m, 4H), 2.29 (m, 4H), 5.55 (m, 4H), 6.04 (m, 4H), 7.03-7.06 (m, 4H), 7.26 (m, 4H), 10.94 (m, meso-H, 4H)
m / z (FAB): 657 (M + 1 , 35), 629 (11), 601 (9), 573 (29), 545 (100)
C 44 H 36 N 2 S 2 elemental analysis (0.25CH 2 Cl 2 +0.25 MeOH)
Calculated values: C = 77.64%, H = 5.80%, N = 4.08%
Actual value: C = 77.90%, H = 5.51%, N = 4.01%
As described above, it was confirmed to be the target product by elemental analysis, NMR, and mass spectrum.

合成例4:21−チアポルフィリン6の合成
合成例3と同様にしてチアトリピランジカルボン酸4を合成し、このチアトリピランジカルボン酸4にチオフェンの代わりにピロール誘導体を用いたこと以外は合成例3と同様にして、次に示す合成ルートで、下記ビシクロ構造を有するチアポルフィリン化合物を合成した。
Synthesis Example 4: Synthesis of 21-thiaporphyrin 6 Synthesis example except that thiatripyrandicarboxylic acid 4 was synthesized in the same manner as synthesis example 3, and a pyrrole derivative was used instead of thiophene for this thiatripyrandicarboxylic acid 4. In the same manner as in 3, a thiaporphyrin compound having the following bicyclo structure was synthesized by the following synthesis route.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

Figure 2009283943
Figure 2009283943

遮光した500mlのナス型フラスコにチアトリピランジカルボン酸4(0. 508g,0.9mmol)を入れ、容器内をアルゴン置換し、室温下でTFA2.5mlを入れ5分間攪拌した。乾燥CHCl200mlを加えた後、ジホルミルピロール(0.181g,0.9mmol)を素早く加え、室温下で16時間攪拌した。その後、トリエチルアミンをゆっくり加え溶液を中和した後DDQ(0.227g,1.0mmol)を加え、更に2時間攪拌した。得られた溶液を水、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄した後、芒硝で乾燥させ濃縮した。粗結晶をカラムクロマトグラフィー(アルミナ,50%酢酸エチル/ヘキサン) で処理した後、再結晶(CHCl/MeOH)して精製することにより、目的物であるチアポルフィリン6を42%の収率で得た。 Thiatripyrandicarboxylic acid 4 (0.508 g, 0.9 mmol) was placed in a 500 ml eggplant type flask protected from light, and the inside of the container was purged with argon, and 2.5 ml of TFA was added at room temperature and stirred for 5 minutes. After adding 200 ml of dry CH 2 Cl 2 , diformylpyrrole (0.181 g, 0.9 mmol) was quickly added and stirred at room temperature for 16 hours. Thereafter, triethylamine was slowly added to neutralize the solution, DDQ (0.227 g, 1.0 mmol) was added, and the mixture was further stirred for 2 hours. The resulting solution was washed with water, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, and saturated brine, dried over sodium sulfate, and concentrated. The crude crystals were treated with column chromatography (alumina, 50% ethyl acetate / hexane) and then purified by recrystallization (CH 2 Cl 2 / MeOH) to obtain 42% yield of thiaporphyrin 6 as the target product. Obtained at a rate.

外観:緑紫色固体(立体異性体を含む)
mp:>130℃(分解)
H NMR(400MHz, CDCl):1.82-2.00(m,8H), 2.13(m,4H), 2.28(m,4H), 5.57(m,4H), 5.87(m,2H), 6.04(m,2H), 7.06(m,4H), 7.21-7.25(m,4H), 10.39(m,meso-H,2H), 10.90(m,meso-H,2H)
m/z(FAB):640(M+1, 44), 612(10), 584(9), 556(32), 528(100)
C44H37NS(0.25CHCl) 元素分析
計算値:C=80.39%, H=5.72%, N=6.36%
実測値:C=80.30%, H=6.00%, N=6.17%
以上のように、元素分析、NMR、マススペクトルにより、目的物であることを確認した。
Appearance: Green-purple solid (including stereoisomers)
mp:> 130 ° C. (decomposition)
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 1.82-2.00 (m, 8H), 2.13 (m, 4H), 2.28 (m, 4H), 5.57 (m, 4H), 5.87 (m, 2H), 6.04 (m , 2H), 7.06 (m, 4H), 7.21-7.25 (m, 4H), 10.39 (m, meso-H, 2H), 10.90 (m, meso-H, 2H)
m / z (FAB): 640 (M + 1 , 44), 612 (10), 584 (9), 556 (32), 528 (100)
C 44 H 37 N 3 S (0.25CH 2 Cl 2 ) Elemental analysis Calculated values: C = 80.39%, H = 5.72%, N = 6.36%
Actual value: C = 80.30%, H = 6.00%, N = 6.17%
As described above, it was confirmed to be the target product by elemental analysis, NMR, and mass spectrum.

参考例1
300nmの酸化膜を形成したN型のシリコン基板(Sbドープ、抵抗率0.02Ωcm以下、住友金属工業社製)上に、フォトリソグラフィーで長さ(L)2.5〜50μm、幅(W)250μmまたは1000μmのギャップを有する金電極(ソース、ドレイン電極)を形成した。また、この電極と異なる位置の酸化膜をフッ酸/フッ化アンムニウム液でエッチングし、むき出しになったSi部分に金を蒸着し、これをシリコン基板(ゲート電極)に電圧を印加するための電極とした。
Reference example 1
On an N-type silicon substrate (Sb-doped, resistivity 0.02 Ωcm or less, manufactured by Sumitomo Metal Industries, Ltd.) on which an oxide film of 300 nm is formed, length (L) 2.5-50 μm, width (W) by photolithography Gold electrodes (source and drain electrodes) having a gap of 250 μm or 1000 μm were formed. In addition, an oxide film at a position different from this electrode is etched with a hydrofluoric acid / ammonium fluoride solution, gold is deposited on the exposed Si portion, and an electrode for applying a voltage to the silicon substrate (gate electrode) It was.

合成例1で得られたビシクロ化合物(1)2mgをクロロホルム1mLに溶解し、これをソースおよびドレイン電極間にたらして溶媒を蒸発させる事を数回繰り返し、良好な膜を得た。この膜のX線回折を観測すると、鋭いピークは全く観測されなかった。また、クロスニコルの顕微鏡下で膜を観測すると、一面が暗い像が得られ、等方的な膜であった。従って、得られた膜は、非晶質であることが分かる。   Dissolving 2 mg of the bicyclo compound (1) obtained in Synthesis Example 1 in 1 mL of chloroform and evaporating the solvent between the source and drain electrodes was repeated several times to obtain a good film. When X-ray diffraction of this film was observed, no sharp peak was observed. When the film was observed under a crossed Nicol microscope, an image with a dark surface was obtained, and the film was isotropic. Therefore, it can be seen that the obtained film is amorphous.

この基板を、210℃で10分間加熱した。得られた膜のX線回折を観測すると、鋭いピークが見られた。また、クロスニコルの顕微鏡下で膜を観測すると、色のついたドメイン構造が見られた。従って、得られた膜は、結晶質であることが分かる。これは、ビシクロ化合物がテトラベンゾポルフィリンに変化して結晶質になった為である。また、得られた膜は溶媒への溶解度が低くなっており、有機溶媒に難溶であった。   The substrate was heated at 210 ° C. for 10 minutes. When X-ray diffraction of the obtained film was observed, a sharp peak was observed. In addition, when the film was observed under a crossed Nicol microscope, a colored domain structure was observed. Therefore, it can be seen that the obtained film is crystalline. This is because the bicyclo compound changed to tetrabenzoporphyrin and became crystalline. Further, the obtained film had low solubility in a solvent and was hardly soluble in an organic solvent.

こうして得られた電界効果トランジスタの特性を、アジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー4155Cを用いて測定した。その測定結果を図8に示す。
ソースとドレイン間に印加された電圧Vdに対して流れる電流をId、ソースとゲートに印加される電圧をVg、閾値電圧をVt、絶縁膜の単位面積当たりの静電容量をCi、ソース電極とドレイン電極の間隔をL、幅をW、半導体層の移動度をμとすると、その動作は、次のように表すことができる。
The characteristics of the field effect transistor thus obtained were measured using a semiconductor parameter analyzer 4155C manufactured by Agilent Technologies. The measurement results are shown in FIG.
The current flowing with respect to the voltage Vd applied between the source and the drain is Id, the voltage applied to the source and the gate is Vg, the threshold voltage is Vt, the capacitance per unit area of the insulating film is Ci, and the source electrode When the interval between the drain electrodes is L, the width is W, and the mobility of the semiconductor layer is μ, the operation can be expressed as follows.

Vd<Vg−Vtの時、   When Vd <Vg−Vt,

Figure 2009283943
Figure 2009283943

Vd>Vgの時、   When Vd> Vg,

Figure 2009283943
Figure 2009283943

従って、移動度μは素子(トランジスタ)の特性を支配する重要な材料パラメータであり、高特性の素子を得るためには高いμの材料が必要になる。
また逆に、μは素子の電流電圧特性から求めることができる。μを求めるには式(1)或いは(2)を用いるが、移動度μにはいくつかの定義が存在し、あるVgに対してId−Vdの傾きから求める有効移動度μeff、あるVdに対してId−Vgの傾きから求める電界効果移動度μFE、(2)式の飽和電流部分のId1/2 −Vgの傾きから求める飽和移動度μsatがある。有効移動度μeff、電界効果移動度μFE、飽和移動度μsatは上記式を求めたモデルでは同じ値になるはずであり、実際にも理想的なFET特性が得られるような半導体材料に関しては、同じ程度の値となる。但し、現実の半導体材料の特性とモデルの差から、これらは異なる値となることもある。
Therefore, the mobility μ is an important material parameter that governs the characteristics of the element (transistor), and a high μ material is required to obtain a high-performance element.
Conversely, μ can be obtained from the current-voltage characteristics of the element. Equation (1) or (2) is used to determine μ, but there are several definitions of mobility μ, and the effective mobility μeff calculated from the slope of Id−Vd for a certain Vg, to a certain Vd On the other hand, there is a field effect mobility μFE obtained from the slope of Id−Vg, and a saturation mobility μsat obtained from the slope of Id 1/2 −Vg in the saturation current portion of the equation (2). The effective mobility μeff, the field effect mobility μFE, and the saturation mobility μsat should be the same values in the model for obtaining the above formula, and the same is true for semiconductor materials that can actually obtain ideal FET characteristics. It becomes a value of the degree. However, these values may be different due to the difference between the characteristics of the actual semiconductor material and the model.

図8から各移動度を求めると、有効移動度μeffは1×10−3cm/Vs、電界効果移動度μFEは1.6×10−3cm/Vs、飽和移動度μsatは0.7×10−3cm/Vsであった。
参考例2
溶媒としてクロロベンゼンを用いて、参考例1と同様にビシクロ化合物の膜を作製し、加熱によりベンゾポルフィリンに変換した。
When each mobility is obtained from FIG. 8, the effective mobility μeff is 1 × 10 −3 cm 2 / Vs, the field effect mobility μFE is 1.6 × 10 −3 cm 2 / Vs, and the saturation mobility μsat is 0. It was 7 × 10 −3 cm 2 / Vs.
Reference example 2
Using chlorobenzene as a solvent, a bicyclo compound film was prepared in the same manner as in Reference Example 1, and converted to benzoporphyrin by heating.

こうして得られた電界効果トランジスタの特性を、アジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー4155Cを用いて測定した。有効移動度μeffは1.6×10−2cm/Vs、飽和移動度μsatは1.3×10−2cm/Vsであった。
参考例3
アルミニウムを蒸着したスライドグラス上に、オキシジアニリンとベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物をジメチルホルムアミドにモル比1:1で溶解した液をスピンコートし、250℃で加熱処理して、500nmのポリイミド膜を作製した。この膜の上に参考例1と同様にビシクロ化合物の膜を作製し、加熱によりベンゾポルフィリンに変換した。
The characteristics of the field effect transistor thus obtained were measured using a semiconductor parameter analyzer 4155C manufactured by Agilent Technologies. The effective mobility μeff was 1.6 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the saturation mobility μsat was 1.3 × 10 −2 cm 2 / Vs.
Reference example 3
A solution obtained by dissolving oxydianiline and benzophenonetetracarboxylic anhydride in dimethylformamide at a molar ratio of 1: 1 is spin-coated on a slide glass on which aluminum is vapor-deposited, and heated at 250 ° C. to form a 500 nm polyimide film. Produced. A bicyclo compound film was prepared on this film in the same manner as in Reference Example 1, and converted to benzoporphyrin by heating.

この上に、25μmの径のタングステンワイヤーをギャップ部分に用いて作製したシャドーマスクを通して金を蒸着し、幅(W)250μm、長さ(L)25μmのギャップを有するソース及びドレイン電極を作製した。こうして得られた電界効果トランジスタの特性を、アジレントテクノロジー社製半導体パラメータアナライザー4155Cを用いて測定した。有効移動度μeffは3.7×10−2cm/Vs、飽和移動度μsatは1.4×10−2cm/Vsであった。 On top of this, gold was vapor-deposited through a shadow mask prepared using a tungsten wire with a diameter of 25 μm as a gap portion, and source and drain electrodes having a gap with a width (W) of 250 μm and a length (L) of 25 μm were prepared. The characteristics of the field effect transistor thus obtained were measured using a semiconductor parameter analyzer 4155C manufactured by Agilent Technologies. The effective mobility μeff was 3.7 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the saturation mobility μsat was 1.4 × 10 −2 cm 2 / Vs.

参考例4
合成例2で合成した亜鉛錯体を用いて参考例1と同様にしてFETを作製した。このFET特性を測定したところ、有効移動度μeffは1.9×10−4cm/Vs、飽和移動度μsatは1.3×10−4cm/Vsであった。
参考例5
合成例1で得られたビシクロ化合物(1)を210℃で30分間加熱してテトラベンゾポルフィリンに変換した。これを2×10−6Torr(2.6×10−3Pa)の真空度で、参考例1と同様の電極基板上に真空蒸着して電界効果トランジスタを作製した。真空蒸着時の基板温度とトランジスタの移動度(飽和移動度)との関係を次表に示す。これより、基板温度によって移動度が異なることがわかる。
Reference example 4
An FET was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the zinc complex synthesized in Synthesis Example 2. When the FET characteristics were measured, the effective mobility μeff was 1.9 × 10 −4 cm 2 / Vs, and the saturation mobility μsat was 1.3 × 10 −4 cm 2 / Vs.
Reference Example 5
The bicyclo compound (1) obtained in Synthesis Example 1 was converted to tetrabenzoporphyrin by heating at 210 ° C. for 30 minutes. This was vacuum-deposited on the same electrode substrate as in Reference Example 1 at a vacuum degree of 2 × 10 −6 Torr (2.6 × 10 −3 Pa) to produce a field effect transistor. The relationship between the substrate temperature and the transistor mobility (saturation mobility) during vacuum deposition is shown in the following table. This shows that the mobility varies depending on the substrate temperature.

基板温度 飽和移動度μsat
室温 2.9×10−4cm/Vs
80℃ 2.3×10−6cm/Vs
150℃ 5.6×10−7cm/Vs
200℃ 2.8×10−8cm/Vs
Substrate temperature Saturation mobility μsat
Room temperature 2.9 × 10 −4 cm 2 / Vs
80 ° C. 2.3 × 10 −6 cm 2 / Vs
150 ° C. 5.6 × 10 −7 cm 2 / Vs
200 ° C. 2.8 × 10 −8 cm 2 / Vs

また図9に、80℃〜200℃で蒸着したものについてのX線回折パターンを示す。これらを比較すると、150℃以上と80℃以下とでは異なる結晶形を示しており、かついずれもピークが少ないことから基板に対して強く配向した膜になっていることが推察される。このため、観測される移動度に大きな差が現れたものと考えられる。   Moreover, the X-ray-diffraction pattern about what was vapor-deposited at 80 to 200 degreeC in FIG. 9 is shown. Comparing these, it can be inferred that the films are strongly oriented with respect to the substrate because they show different crystal forms at 150 ° C. or higher and 80 ° C. or lower and both have few peaks. For this reason, it is considered that a large difference appears in the observed mobility.

参考例6
合成例1で得られたビシクロ化合物(1)を、クロロホルム−シリカゲルのカラムクロマトグラフィーとクロロホルム−メタノールでの再沈殿を繰り返し、純度を高めたものを準備した。合成例1では、液体クロマトグラフィーによる254nmでの吸光度での純度が99.0%であるのに対し、本高純度品は99.7%であった。
Reference Example 6
The bicyclo compound (1) obtained in Synthesis Example 1 was prepared by repeating column chromatography of chloroform-silica gel and reprecipitation with chloroform-methanol to improve the purity. In Synthesis Example 1, the purity at an absorbance at 254 nm by liquid chromatography was 99.0%, whereas this high-purity product was 99.7%.

これを用いて、乾燥窒素中でスピンコートして前駆体の膜を作製し、ホットプレート上で窒素中、210℃で5分間加熱したこと以外は参考例1と同様の方法で電界効果トランジスタを作製した。
評価として、飽和領域の電流とゲート電圧の関係から、ドレイン電流Idの平方根とゲート電圧のプロットの傾きから計算される飽和移動度μsatを求めたところ、飽和移動度μsatは0.016cm/Vs以上が観察された。また、ドレイン電圧−30Vにおける、ゲート電圧が0Vの場合と−30Vの場合でのドレイン電流の比からオンオフ比を求めたところ、オンオフ比は少なくとも10以上、最も良いもので10が観
測された。
Using this, a field effect transistor was fabricated in the same manner as in Reference Example 1 except that a precursor film was prepared by spin coating in dry nitrogen and heated at 210 ° C. for 5 minutes in nitrogen on a hot plate. Produced.
As an evaluation, when the saturation mobility μsat calculated from the slope of the plot of the square root of the drain current Id and the gate voltage is obtained from the relationship between the current in the saturation region and the gate voltage, the saturation mobility μsat is 0.016 cm 2 / Vs. The above was observed. Further, when the on / off ratio was obtained from the ratio of the drain current when the gate voltage was 0V and −30V at the drain voltage of −30V, the on / off ratio was at least 10 3 or more, and the best value of 10 5 was observed. It was.

図10に、参考例6で得られた半導体層と、参考例5の基板温度150℃で蒸着して作製した半導体層の、X線回折パターンを示す。低角のピークが一致することから両者は同様の結晶と考えられるが、回折パターンは大きく異なり、配向や結晶性等の膜の状態が異なることが推察される。このため、塗布−加熱により得られた半導体層が良好な特性を示すものと考えられる。   FIG. 10 shows an X-ray diffraction pattern of the semiconductor layer obtained in Reference Example 6 and the semiconductor layer produced by vapor deposition at a substrate temperature of 150 ° C. in Reference Example 5. Since the low-angle peaks coincide with each other, they are considered to be similar crystals, but the diffraction patterns are greatly different, and it is presumed that the film states such as orientation and crystallinity are different. For this reason, it is thought that the semiconductor layer obtained by application | coating-heating shows a favorable characteristic.

参考例7
参考例6で作製した素子の上に、ポリメチルメタクリレート(PMMA)のトルエン溶液をスピンコートして120℃で乾燥し、2μmの膜を形成した。
この素子と、参考例6で作製した素子に対して、ドレイン電圧を−30Vに固定し、ゲート電圧を50V→−50V→50Vと変化させながらドレイン電流を測定した。結果を図11に示す。PMMA膜が無くてもオンオフ比は10以上あり良好な特性を示すが、PMMA膜を設けるとゲート電圧の走査によるドレイン電流のヒステリシスが小さく、かつオンオフ比も向上していることが分かる。
Reference Example 7
A toluene solution of polymethyl methacrylate (PMMA) was spin-coated on the element produced in Reference Example 6 and dried at 120 ° C. to form a 2 μm film.
With respect to this element and the element manufactured in Reference Example 6, the drain voltage was measured while the drain voltage was fixed at −30 V and the gate voltage was changed from 50 V → −50 V → 50 V. The results are shown in FIG. Off ratio even without the PMMA film shows good properties have 10 3 or more, small hysteresis of a drain current by the scanning of the gate voltage when providing a PMMA film, and it is understood that the improved on-off ratio.

参考例8
合成例3で合成したジチアポルフィリンを用いて参考例1と同様にしてFETを作製した。すなわち、参考例1と同様に電極が形成された基板上に、下記のビシクロ構造を有する前駆体を塗布した後に加熱処理してテトラベンゾジチアポルフィリンの膜を作製した。こうして得られたFET素子の電気特性を測定したところ、FET特性を示し、飽和移動度1.1×10−4cm/Vs、オンオフ比1000を示した。
Reference Example 8
Using the dithiaporphyrin synthesized in Synthesis Example 3, a FET was produced in the same manner as in Reference Example 1. That is, a tetrabenzodithiaporphyrin film was prepared by applying a precursor having the following bicyclo structure to a substrate on which an electrode was formed in the same manner as in Reference Example 1 and then performing heat treatment. When the electrical characteristics of the FET element thus obtained were measured, it showed FET characteristics, a saturation mobility of 1.1 × 10 −4 cm 2 / Vs, and an on / off ratio of 1000.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

参考例9
合成例4で合成したチアポルフィリンを用いて参考例1と同様にしてFETを作製した。すなわち、参考例1と同様に電極が形成された基板上に、下記のビシクロ構造を有する前駆体を塗布した後に加熱処理してテトラベンゾチアポルフィリンの膜を作製した。こうして得られたFET素子の電気特性を測定したところ、FET特性を示し、飽和移動度2.5×10−5cm/Vs、オンオフ比38を示した。
Reference Example 9
An FET was produced in the same manner as in Reference Example 1 using thiaporphyrin synthesized in Synthesis Example 4. That is, a tetrabenzothiaporphyrin film was prepared by applying a precursor having the following bicyclo structure on a substrate on which an electrode was formed in the same manner as in Reference Example 1 and then performing heat treatment. When the electrical characteristics of the FET element thus obtained were measured, it showed FET characteristics, a saturation mobility of 2.5 × 10 −5 cm 2 / Vs, and an on / off ratio of 38.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

実施例1
下記亜鉛錯体を用いて参考例1と同様にしてFETを作製した。すなわち、参考例1と同様に電極が形成された基板上に、ビシクロ構造を有する前駆体を塗布した後に加熱処理して半導体膜を作製し、電界効果トランジスタを得た。こうして得られたFET素子の電気特性を測定したところ、飽和移動度μsatは0.7×10−4cm/Vs、有効移動度μeffは1×10−4cm/Vsであった。
Example 1
An FET was produced in the same manner as in Reference Example 1 using the following zinc complex. That is, as in Reference Example 1, a precursor having a bicyclo structure was applied on a substrate on which an electrode was formed, followed by heat treatment to produce a semiconductor film, thereby obtaining a field effect transistor. When the electrical characteristics of the FET element thus obtained were measured, the saturation mobility μsat was 0.7 × 10 −4 cm 2 / Vs, and the effective mobility μeff was 1 × 10 −4 cm 2 / Vs.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

比較例1
以下の各構造式に示されたポルフィリン類化合物を用いて電界効果トランジスタを作製し電気特性を評価したが、いずれもFET特性は現れなかった。
Comparative Example 1
A field effect transistor was prepared using the porphyrin compounds shown in the following structural formulas and the electrical characteristics were evaluated, but none of the FET characteristics appeared.

これらのポルフィリン類化合物の分子構造を、分子軌道法(MOPAC等)及び分子動力学法(MM2)等により求めたところ、ポルフィリン類環平面より1Å以上離れた位置に、ポルフィリン骨格を構成する原子が存在することを確認した。   When the molecular structures of these porphyrin compounds were determined by the molecular orbital method (MOPAC, etc.) and the molecular dynamics method (MM2), etc., the atoms constituting the porphyrin skeleton were located at a position 1 mm or more away from the porphyrin ring plane. Confirmed that it exists.

Figure 2009283943
Figure 2009283943

Figure 2009283943
Figure 2009283943

1 半導体層
2 絶縁体層
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 基板
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9 ゲート電極
10 半導体層
11 金属電極
12 金属電極
13 半導体層
14 電極
15 電極
16 半導体層
17 半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor layer 2 Insulator layer 3 Source electrode 4 Drain electrode 5 Gate electrode 6 Substrate 7 Source electrode 8 Drain electrode 9 Gate electrode 10 Semiconductor layer 11 Metal electrode 12 Metal electrode 13 Semiconductor layer 14 Electrode 15 Electrode 16 Semiconductor layer 17 Semiconductor layer

Claims (7)

下記一般式で表されるポルフィリン2量体を含むことを特徴とする有機半導体材料。
Figure 2009283943
(各ピロール環は置換基を有していてもよく、ポルフィリン環は金属原子が配位していてもよい。)
An organic semiconductor material comprising a porphyrin dimer represented by the following general formula.
Figure 2009283943
(Each pyrrole ring may have a substituent, and the porphyrin ring may be coordinated with a metal atom.)
ポルフィリン2量体が、移動度が1×10−5cm/Vs以上のものである請求項1に記載の有機半導体材料。 The organic semiconductor material according to claim 1, wherein the porphyrin dimer has a mobility of 1 × 10 −5 cm 2 / Vs or more. ポルフィリン2量体が、下記式で表されるものである請求項1又は2に記載の有機半導体材料。
Figure 2009283943
The organic semiconductor material according to claim 1 or 2, wherein the porphyrin dimer is represented by the following formula.
Figure 2009283943
下記ビシクロ構造を有する前駆体としてのポルフィリン2量体を溶媒に溶解した溶液を基板上に塗布し、加熱することにより、請求項1乃至3のいずれかに記載のポルフィリン2量体に変換することを特徴とする有機半導体材料の製造方法。
Figure 2009283943
A porphyrin dimer as a precursor having the following bicyclo structure is applied on a substrate and heated to convert it into a porphyrin dimer according to any one of claims 1 to 3. The manufacturing method of the organic-semiconductor material characterized by these.
Figure 2009283943
半導体層と2以上の電極とを有する有機電子デバイスにおいて、該半導体層が請求項1乃至3のいずれかに記載の有機半導体材料を含むことを特徴とする有機電子デバイス。   An organic electronic device having a semiconductor layer and two or more electrodes, wherein the semiconductor layer includes the organic semiconductor material according to any one of claims 1 to 3. 有機電子デバイスがスイッチング素子である請求項5に記載の有機電子デバイス。   The organic electronic device according to claim 5, wherein the organic electronic device is a switching element. 有機電子デバイスが電界効果トランジスタである請求項5又は6に記載の有機電子デバイス。   The organic electronic device according to claim 5 or 6, wherein the organic electronic device is a field effect transistor.
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