JP2010087029A - Surface-modifying method, and organic thin film forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無機化合物の表面を特定の有機化合物で修飾する方法、及び無機化合物上に有機薄膜を形成する方法に関する。 The present invention relates to a method for modifying the surface of an inorganic compound with a specific organic compound, and a method for forming an organic thin film on the inorganic compound.
近年、有機分子の化学吸着によって形成される単層膜(Self-Assembled Monolayer;以下「SAM」と略する)、及びSAMを積層して作製する多層膜(Self-Assembled Multilayer)に関する研究が大きく進展し、基礎・応用の両面から注目されるようになってきている。SAMは、いわゆる自己集積化/自己組織化によって形成される単分子膜であり、有機分子の化学吸着過程で固体表面上に形成される分子会合体である。吸着分子同士の相互作用によって会合体の構成分子が密に集合し、分子配向および配列が高度に規則的な構造が自発的に形成されている。 In recent years, research on single-layer films (Self-Assembled Monolayer; hereinafter referred to as “SAM”) formed by chemisorption of organic molecules and multilayer films (Self-Assembled Multilayer) formed by stacking SAMs has made significant progress. However, it has been attracting attention from both basic and applied aspects. The SAM is a monomolecular film formed by so-called self-assembly / self-assembly, and is a molecular aggregate formed on a solid surface in the process of chemical adsorption of organic molecules. Due to the interaction between the adsorbed molecules, the constituent molecules of the aggregate are densely assembled, and a highly regular structure of molecular orientation and arrangement is spontaneously formed.
このSAMを用いたマイクロパターニングの工学的応用が検討されており、金属や半導体、無機酸化物のエッチングマスクに用いることが可能である。このような特徴を活かして、有機電子デバイス構築、DNAやタンパク質を選択配置した生体機能分子アレイの作製や、構造規制された成長空間で行う細胞培養実験にも、マイクロパターン化SAMが使用されており、バイオチップなどの生体機能マイクロデバイスへの応用展開が期待されている(例えば、非特許文献1及び2を参照。)。 Engineering applications of micropatterning using SAM are being studied, and can be used for etching masks of metals, semiconductors, and inorganic oxides. Taking advantage of these features, micropatterned SAMs are also used in the construction of organic electronic devices, the production of biofunctional molecular arrays with selective placement of DNA and proteins, and in cell culture experiments conducted in structurally regulated growth spaces. Therefore, application development to biofunctional microdevices such as biochips is expected (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
SAMを形成する有機分子の官能基と基板との組み合わせとして、下記表1に示すものが従来知られている(例えば、非特許文献3を参照。)。 Conventionally known combinations of functional groups of organic molecules that form SAMs and substrates are shown in Table 1 below (for example, see Non-Patent Document 3).
基板の中でも有機エレクトロニクスにおいて特に重要なものは、シリコン基板およびその熱酸化膜とのSAMである。上記表1の中でも、表面酸化膜と有機シラン分子による表面処理は広範囲にわたって研究が行われている(例えば、非特許文献4を参照。)。
さらに近年、有機ホスホン酸と酸化膜(二酸化ケイ素SiO2)とのSAMが数多く報告されている(例えば、非特許文献5を参照。)。図1に、有機ホスホン酸と酸化膜(二酸化ケイ素SiO2)とのSAMの模式図を示す。
Among the substrates, particularly important in organic electronics is SAM with a silicon substrate and its thermal oxide film. Among Table 1 above, surface treatment with surface oxide films and organosilane molecules has been extensively studied (see, for example, Non-Patent Document 4).
In recent years, many SAMs of organic phosphonic acids and oxide films (silicon dioxide SiO 2 ) have been reported (see, for example, Non-Patent Document 5). Figure 1 shows a schematic diagram of the SAM with the organic phosphonic acid oxide film (silicon dioxide SiO 2).
一方、スルホン酸およびその誘導体と酸化膜(二酸化チタンTiO2)とがSAMを形成することが報告された文献はほとんどなく、非特許文献6にのみ下記構造のSAMについて記載されているにすぎない。
また、スルホン酸およびその誘導体と二酸化ケイ素とがSAMを形成することが報告された文献は見いだせないが、下記スキームに示すようにシラノールがパラトルエンスルホン酸と高い収率で脱水縮合を起こすことは古くから知られている(例えば、非特許文献7を参照。)。
さらに、軸配位子としてヒドロキシ基を有するシリコンフタロシアニンがパラトルエンスルホン酸と高い収率で脱水縮合を起こすことも報告されている(例えば、非特許文献8を参照。)。 Furthermore, it has been reported that silicon phthalocyanine having a hydroxy group as an axial ligand causes dehydration condensation with paratoluenesulfonic acid in a high yield (see, for example, Non-Patent Document 8).
ところで、ユビキタスな情報社会を迎え、いつでもどこでも使用できる情報端末が求められている。そのため、フレキシブルかつ軽量で安価な電子デバイスが望まれているが、従来のシリコンのような無機半導体材料を用いた電子デバイスでは、これらの要望に十分に対応できていない。そこで、近年、これらの要望に対応可能な有機半導体材料を用いた電子デバイスの研究が活発になされている(例えば、非特許文献9及び10を参照。)。 By the way, an information terminal that can be used anytime and anywhere is demanded in the ubiquitous information society. For this reason, flexible, lightweight, and inexpensive electronic devices are desired, but conventional electronic devices using inorganic semiconductor materials such as silicon cannot sufficiently meet these demands. Therefore, in recent years, research on electronic devices using organic semiconductor materials that can meet these demands has been actively conducted (see, for example, Non-Patent Documents 9 and 10).
有機半導体材料を光電変換材料として用いることにより、光センサ(例えば、特許文献1〜3を参照。)や有機薄膜太陽電池(例えば、非特許文献11及び12を参照。)などの有機光電変換素子が得られる。これらは、シリコンなどの無機半導体材料を用いた素子と比べて製造工程が容易であり、特に湿式プロセスによる成膜が可能な有機半導体材料を用いれば、低温、低コストで大面積の素子を作製できる可能性を秘めている。
現在までに報告されている有機薄膜光電変換素子で最も高い効率を示すものは、P3HT(ポリ(3−ヘキシルチオフェン))とPCBM([6,6]−フェニル−C61−酪酸メチルエステル)のブレンド膜を光電変換層として用いた素子である(例えば、非特許文献11及び12を参照。)。このブレンド膜においては、p型材料であるP3HTとn型材料であるPCBMの接触界面が多いため電荷分離が高効率に起こる。また、両者が相分離して微小なドメインを形成しており、発生した電荷は数珠つなぎになった各ドメインを通ってそれぞれの電極から取り出される。しかし、電荷輸送は偶然形成される電荷輸送経路に依存しており、その再現性や耐久性には問題があった。したがって、電荷分離と電荷輸送を高いレベルで両立できるp型材料とn型材料の複合構造の形成方法が求められている。
By using an organic semiconductor material as a photoelectric conversion material, an organic photoelectric conversion element such as an optical sensor (for example, see Patent Documents 1 to 3) or an organic thin film solar cell (for example, see Non-Patent Documents 11 and 12). Is obtained. These devices are easier to manufacture than devices using inorganic semiconductor materials such as silicon. Especially when organic semiconductor materials that can be deposited by wet processes are used, large-area devices can be fabricated at low temperature and low cost. I have the potential to do it.
The organic thin film photoelectric conversion element reported to date has the highest efficiency, and is a blend of P3HT (poly (3-hexylthiophene)) and PCBM ([6,6] -phenyl-C61-butyric acid methyl ester). It is an element using a film as a photoelectric conversion layer (see, for example, Non-Patent Documents 11 and 12). In this blend film, there are many contact interfaces between P3HT, which is a p-type material, and PCBM, which is an n-type material, so that charge separation occurs with high efficiency. In addition, they are phase-separated to form minute domains, and the generated charges are taken out from the respective electrodes through the domains connected in a daisy chain. However, charge transport depends on the charge transport path formed by chance, and there is a problem in reproducibility and durability. Therefore, there is a need for a method for forming a composite structure of a p-type material and an n-type material that can achieve both charge separation and charge transport at a high level.
また、P3HT(ポリ(3−ヘキシルチオフェン))に代表される高分子有機半導体材料は、低分子有機半導体材料と比べ、昇華精製や再結晶ができず高純度化が困難である、分子量に分布があるため再現性の高い材料を得ることが難しい、などの問題があるが、一方で、低分子有機半導体材料で高い電荷輸送能を示すペンタセン、フタロシアニンなどの材料は一般に溶解性が低く結晶性が高いため、塗布成膜適性が低いという問題があった。適切な置換基の導入により、低分子有機半導体材料を塗布して素子を作製した例も報告されているが、低分子からなるp型材料とn型材料の混合溶液を塗布することにより光電変換層を作製すると、一般にp型材料とn型材料が分子レベルで混合された膜となってしまい、電荷輸送経路がうまく形成されないため、高い性能の素子を得ることは難しかった(例えば、非特許文献13を参照。)。一方で、pn積層型の光電変換層を塗布成膜により作製することも、下層にダメージを与えずに上層を塗布することが難しく、上層か下層のどちらかを真空蒸着法により作製する必要があった(例えば、非特許文献14を参照。)。したがって、低分子化合物を用いて溶液塗布法により作製可能で高効率を示す有機薄膜光電変換素子の開発が求められている。 In addition, high molecular organic semiconductor materials typified by P3HT (poly (3-hexylthiophene)) are distributed in molecular weight, which cannot be purified by sublimation or recrystallization and are difficult to purify, compared to low molecular organic semiconductor materials. However, materials such as pentacene and phthalocyanine, which exhibit high charge transportability in low-molecular organic semiconductor materials, generally have low solubility and crystallinity. Therefore, there is a problem that the suitability for coating film formation is low. There have been reports of examples of devices fabricated by applying low molecular weight organic semiconductor materials by introducing appropriate substituents, but photoelectric conversion can be achieved by applying a mixed solution of p-type materials and n-type materials consisting of low molecules. When a layer is produced, a p-type material and an n-type material are generally mixed at a molecular level, and a charge transport path is not formed well. Therefore, it is difficult to obtain a high-performance element (for example, non-patent See reference 13.). On the other hand, it is difficult to apply the upper layer without damaging the lower layer, and it is necessary to prepare either the upper layer or the lower layer by a vacuum deposition method. (For example, see Non-Patent Document 14.) Therefore, development of an organic thin film photoelectric conversion element that can be produced by a solution coating method using a low molecular weight compound and exhibits high efficiency is demanded.
有機半導体などは基板最表層および分子数層の分子配列が移動度に重要な影響を与えることが一般に知られている。すなわち有機分子のSiO2上への配列が重要になる。 For organic semiconductors and the like, it is generally known that the molecular arrangement of the outermost layer of the substrate and the molecular number layer has an important influence on the mobility. That is, the arrangement of organic molecules on SiO 2 is important.
さらに近年、有機薄膜太陽電池として有機無機ハイブリッドとも呼ぶべき材料構成に注目が集まっている。これはp型材料とn型材料のいずれかを有機材料、もう一方を無機材料とする方法である。特によく知られているのがn型材料としてTiO2やZnOなどの金属酸化物を用い、p型材料として有機材料を用いる組み合わせである(例えば、非特許文献15を参照。)。 Furthermore, in recent years, attention has been focused on a material structure that should be called an organic-inorganic hybrid as an organic thin film solar cell. This is a method in which either a p-type material or an n-type material is an organic material, and the other is an inorganic material. Particularly well known is a combination in which a metal oxide such as TiO 2 or ZnO is used as the n-type material and an organic material is used as the p-type material (see, for example, Non-Patent Document 15).
しかし、いわゆる有機−無機ハイブリッド材料では有機材料と無機材料との相溶性が悪く、そのため薄膜太陽電池の系でも有機−無機ハイブリッド材料を用いた場合には、相互の距離が遠く、電荷分離能が低下することが問題とされてきた。電荷分離能を向上させるためには界面が多ければ多いほどよいが、p型材料とn型材料とが分子レベルで混合された膜を作製すると、電荷の再結合が起こるために電荷輸送能が低下する。すなわち電荷分離と電荷輸送とはトレードオフの関係にあり、ある程度のドメインサイズを保ちながらも相互の距離が近いことが求められていた。 However, the so-called organic-inorganic hybrid material has poor compatibility between the organic material and the inorganic material. Therefore, when the organic-inorganic hybrid material is used even in the thin film solar cell system, the mutual distance is long and the charge separation performance is low. Decreasing has been a problem. In order to improve the charge separation performance, it is better that the number of interfaces is larger. However, when a film in which a p-type material and an n-type material are mixed at the molecular level is manufactured, charge recombination occurs, so that charge transport ability is increased. descend. That is, charge separation and charge transport are in a trade-off relationship, and it is required that the distance between them is close while maintaining a certain domain size.
本発明は、上記の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、無機化合物の表面を溶液プロセスによって効率的に特定の有機化合物で修飾し、有機薄膜を形成する方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above technical background, and an object of the present invention is to provide a method for forming an organic thin film by efficiently modifying the surface of an inorganic compound with a specific organic compound by a solution process. There is.
そこで本発明者は鋭意検討を重ねた結果、溶液プロセスに適した溶解性を有する特定の有機化合物を用いて無機化合物の表面にSAMを形成し、かつこれに熱などの外部刺激を加えることにより置換基の脱離反応を速やかに進行させ、無機化合物の表面を効率的に修飾し、有機薄膜を形成しうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の課題は、下記の手段によって解決された。
Therefore, as a result of intensive studies, the inventor formed a SAM on the surface of an inorganic compound using a specific organic compound having solubility suitable for a solution process, and applied an external stimulus such as heat to the surface. The inventors have found that the elimination reaction of substituents can proceed rapidly, the surface of the inorganic compound can be efficiently modified to form an organic thin film, and the present invention has been completed.
The problems of the present invention have been solved by the following means.
[1]無機化合物の最表層に、下記一般式(1)で表される官能基を2つ以上有する化合物の単分子膜を形成し、次いで前記化合物において前記無機化合物に結合していない下記一般式(1)で表される官能基の一部もしくは全部を水素原子に変換することを特徴とする無機化合物の表面修飾方法。
[2]前記無機化合物が金属酸化物であることを特徴とする[1]項に記載の方法。
[3]前記一般式(1)で表される官能基を有する化合物を、水または有機溶媒に溶解させて前記無機化合物上に塗布し、前記無機化合物と共有結合を形成させることを特徴とする[1]又は[2]項に記載の方法。
[4]前記一般式(1)で表される官能基を有する化合物が、前記一般式(1)で表される官能基が、連結基を介してもしくは直接、π共役系化合物残基に連結してなることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の方法。
[1] A monomolecular film of a compound having two or more functional groups represented by the following general formula (1) is formed on the outermost surface layer of the inorganic compound, and then the compound is bonded to the inorganic compound in the following general formula A method for surface modification of an inorganic compound, wherein a part or all of the functional group represented by the formula (1) is converted to a hydrogen atom.
[2] The method according to item [1], wherein the inorganic compound is a metal oxide.
[3] The compound having the functional group represented by the general formula (1) is dissolved in water or an organic solvent and coated on the inorganic compound to form a covalent bond with the inorganic compound. The method according to item [1] or [2].
[4] In the compound having the functional group represented by the general formula (1), the functional group represented by the general formula (1) is linked to a π-conjugated compound residue via a linking group or directly. The method according to any one of [1] to [3], wherein
[5]無機化合物の最表層に、下記一般式(1)で表される官能基を2つ以上有する化合物の単分子膜を形成し、次いで前記化合物において前記無機化合物に結合していない下記一般式(1)で表される官能基の一部もしくは全部を水素原子に変換することを特徴とする有機薄膜の製造方法。
[6]前記無機化合物が金属酸化物であることを特徴とする[5]項に記載の方法。
[7]前記一般式(1)で表される官能基を有する化合物を、水または有機溶媒に溶解させて前記無機化合物上に塗布し、前記無機化合物と共有結合を形成させることを特徴とする[5]又は[6]項に記載の方法。
[8]前記一般式(1)で表される官能基を有する化合物が、前記一般式(1)で表される官能基が、連結基を介してもしくは直接、π共役系化合物残基に連結してなることを特徴とする[5]〜[7]のいずれか1項に記載の方法。
[9][5]〜[8]のいずれか1項に記載の方法により得られた有機薄膜を含む有機電子デバイス。
[5] A monomolecular film of a compound having two or more functional groups represented by the following general formula (1) is formed on the outermost surface layer of the inorganic compound, and then the following general compound not bonded to the inorganic compound in the compound A method for producing an organic thin film, wherein a part or all of the functional group represented by the formula (1) is converted into a hydrogen atom.
[6] The method according to item [5], wherein the inorganic compound is a metal oxide.
[7] The compound having the functional group represented by the general formula (1) is dissolved in water or an organic solvent and coated on the inorganic compound to form a covalent bond with the inorganic compound. The method according to item [5] or [6].
[8] In the compound having the functional group represented by the general formula (1), the functional group represented by the general formula (1) is linked to a π-conjugated compound residue via a linking group or directly. The method according to any one of [5] to [7], wherein
[9] An organic electronic device comprising an organic thin film obtained by the method according to any one of [5] to [8].
本発明により、特定の置換基を有する有機化合物を前駆体として用いることにより、溶液プロセスにより無機化合物の基板上への成膜が容易に行うことができ、かつ、得られる膜に熱などの外部刺激を加えることにより置換基の脱離反応が効率的に進行し、無機化合物の表面を効率的に修飾し、有機薄膜を形成することができる。得られた有機半導体膜は、化学的安定性および半導体動作安定性が高く、良好な半導体特性を示し、有機電子デバイスに利用することができる。 According to the present invention, by using an organic compound having a specific substituent as a precursor, an inorganic compound can be easily formed on a substrate by a solution process, and the obtained film can be externally exposed to heat or the like. By applying a stimulus, the elimination reaction of the substituent efficiently proceeds, the surface of the inorganic compound is efficiently modified, and an organic thin film can be formed. The obtained organic semiconductor film has high chemical stability and semiconductor operation stability, exhibits good semiconductor characteristics, and can be used for organic electronic devices.
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の無機化合物の表面修飾方法および有機薄膜の製造方法は、下記一般式(1)で表される官能基を2つ以上有する染料化合物(以下、「本発明に用いられる有機化合物」という)を用いて、無機化合物の最表層に単分子膜を形成し、次いで該化合物において無機化合物に結合していない一般式(1)で表される官能基の一部または全部を脱離させて水素原子に変換することを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The inorganic compound surface modification method and the organic thin film production method of the present invention are dye compounds having two or more functional groups represented by the following general formula (1) (hereinafter referred to as “organic compounds used in the present invention”). Is used to form a monomolecular film on the outermost layer of the inorganic compound, and then the hydrogen is removed by removing part or all of the functional group represented by the general formula (1) that is not bonded to the inorganic compound in the compound. It is converted into atoms.
[本発明に用いられる有機化合物]
(一般式(1)で表される官能基)
まず、下記一般式(1)で表される官能基について説明する。
(Functional group represented by general formula (1))
First, the functional group represented by the following general formula (1) will be described.
前記一般式(1)中、Rは置換基を表し、nは1又は2の整数を表す。 In the general formula (1), R represents a substituent, and n represents an integer of 1 or 2.
Rで表される置換基の例としては、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基等の環状構造を含む。)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基等の環状構造を含む。)、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む。)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル又はアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル又はアリールスルフィニル基、アルキル又はアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール又はヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基が挙げられる。 Examples of the substituent represented by R include halogen atoms, alkyl groups (including cyclic structures such as cycloalkyl groups and bicycloalkyl groups), and alkenyl groups (including cyclic structures such as cycloalkenyl groups and bicycloalkenyl groups). .), Alkynyl group, aryl group, heterocyclic group, cyano group, hydroxy group, nitro group, carboxy group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyloxy Group, aryloxycarbonyloxy group, amino group (including anilino group), acylamino group, aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfamoylamino group, alkyl or arylsulfonylamino group, Mercapto group, Alkylthio group, arylthio group, heterocyclic thio group, sulfamoyl group, sulfo group, alkyl or arylsulfinyl group, alkyl or arylsulfonyl group, acyl group, aryloxycarbonyl group, alkoxycarbonyl group, carbamoyl group, aryl or heterocyclic azo group , Imide group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, and silyl group.
さらに詳しくは、Rで表される置換基の例としては、ハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アルキル基[直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を表す。これらは、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2−エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5〜30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)、さらに環構造が多いトリシクロ構造なども包含するものである。以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)もこのような概念のアルキル基を表す。]、 More specifically, examples of the substituent represented by R include a halogen atom (for example, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), an alkyl group [representing a linear, branched, cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. . These are alkyl groups (preferably alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl). A cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), a bicycloalkyl group (preferably having 5 to 30 carbon atoms). A substituted or unsubstituted bicycloalkyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a C 5-30 bicycloalkane, for example, bicyclo [1,2,2] heptan-2-yl, bicyclo [2,2,2] octane-3-yl), and tricyclo structures with more ring structures It is intended to free. An alkyl group (for example, an alkyl group of an alkylthio group) in the substituents described below also represents such an alkyl group. ],
アルケニル基[直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30の置換または無置換のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、つまり、炭素数3〜30のシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル)、ビシクロアルケニル基(置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5〜30の置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基、つまり二重結合を一個持つビシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)を包含するものである。]、 Alkenyl group [represents a linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl group. They are alkenyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkenyl groups having 2 to 30 carbon atoms, such as vinyl, allyl, prenyl, geranyl, oleyl), cycloalkenyl groups (preferably substituted or unsubstituted 3 to 30 carbon atoms). An unsubstituted cycloalkenyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom of a cycloalkene having 3 to 30 carbon atoms (for example, 2-cyclopenten-1-yl, 2-cyclohexen-1-yl), Bicycloalkenyl group (Substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group, preferably a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group having 5 to 30 carbon atoms, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom of a bicycloalkene having one double bond. For example, bicyclo [2,2,1] hept-2-en-1-yl, bicyclo [2,2 2] is intended to encompass oct-2-en-4-yl). ],
アルキニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキニル基、例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基、アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリール基、例えばフェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル)、ヘテロ環基(好ましくは5又は6員の置換もしくは無置換の、芳香族性もしくは非芳香族性のヘテロ環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数3〜30の5もしくは6員の芳香族のヘテロ環基である。例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、 Alkynyl group (preferably a substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 30 carbon atoms, such as ethynyl, propargyl, trimethylsilylethynyl group, aryl group (preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms such as Phenyl, p-tolyl, naphthyl, m-chlorophenyl, o-hexadecanoylaminophenyl), a heterocyclic group (preferably a 5- or 6-membered substituted or unsubstituted aromatic or non-aromatic heterocyclic compound A monovalent group in which one hydrogen atom is removed from, and more preferably a 5- or 6-membered aromatic heterocyclic group having 3 to 30 carbon atoms, such as 2-furyl, 2-thienyl, 2 -Pyrimidinyl, 2-benzothiazolyl), cyano group, hydroxy group, nitro group, carboxy group,
アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ)、アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、4−t−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ)、シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3〜20のシリルオキシ基、例えば、トリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルシリルオキシ)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のヘテロ環オキシ基、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ)、アシルオキシ基(好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルオキシ基、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ)、 An alkoxy group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms, for example, methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy), an aryloxy group (preferably A substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, such as phenoxy, 2-methylphenoxy, 4-t-butylphenoxy, 3-nitrophenoxy, 2-tetradecanoylaminophenoxy), silyloxy group (preferably Is a silyloxy group having 3 to 20 carbon atoms, such as trimethylsilyloxy, t-butyldimethylsilyloxy, a heterocyclic oxy group (preferably a substituted or unsubstituted heterocyclic oxy group having 2 to 30 carbon atoms, 1- Phenyltetrazol-5-oxy, 2-tetrahydropyranyl Ii) acyloxy group (preferably formyloxy group, substituted or unsubstituted alkylcarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylcarbonyloxy group having 6 to 30 carbon atoms, such as formyloxy, acetyl Oxy, pivaloyloxy, stearoyloxy, benzoyloxy, p-methoxyphenylcarbonyloxy),
カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のカルバモイルオキシ基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基、例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ)、アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基、例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)、 A carbamoyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted carbamoyloxy group having 1 to 30 carbon atoms such as N, N-dimethylcarbamoyloxy, N, N-diethylcarbamoyloxy, morpholinocarbonyloxy, N, N-di- n-octylaminocarbonyloxy, Nn-octylcarbamoyloxy), alkoxycarbonyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, such as methoxycarbonyloxy, ethoxycarbonyloxy, t- Butoxycarbonyloxy, n-octylcarbonyloxy), aryloxycarbonyloxy group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyloxy group having 7 to 30 carbon atoms, such as phenoxycarbonyloxy, p Methoxyphenoxy carbonyloxy, p-n-hexadecyloxycarbonyl phenoxycarbonyloxy),
アミノ基(好ましくは、アミノ基、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアニリノ基、例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N−メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ)、アシルアミノ基(好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基、例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)、アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ、例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)、 An amino group (preferably an amino group, a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted anilino group having 6 to 30 carbon atoms, such as amino, methylamino, dimethylamino, anilino, N-methyl-anilino, diphenylamino), acylamino group (preferably formylamino group, substituted or unsubstituted alkylcarbonylamino group having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylcarbonylamino group having 6 to 30 carbon atoms) Groups such as formylamino, acetylamino, pivaloylamino, lauroylamino, benzoylamino, 3,4,5-tri-n-octyloxyphenylcarbonylamino), aminocarbonylamino groups (preferably substituted with 1 to 30 carbon atoms) Or unsubstituted aminocarbonylamino, eg , Carbamoylamino, N, N-dimethylaminocarbonyl amino, N, N-diethylamino carbonylamino, morpholinocarbonylamino),
アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基、例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチル−メトキシカルボニルアミノ)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基、例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ、m−(n−オクチルオキシ)フェノキシカルボニルアミノ)、スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0〜30の置換もしくは無置換のスルファモイルアミノ基、例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ)、 An alkoxycarbonylamino group (preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonylamino group having 2 to 30 carbon atoms such as methoxycarbonylamino, ethoxycarbonylamino, t-butoxycarbonylamino, n-octadecyloxycarbonylamino, N-methyl-methoxy; Carbonylamino), aryloxycarbonylamino group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms, such as phenoxycarbonylamino, p-chlorophenoxycarbonylamino, m- (n-octyloxy) ) Phenoxycarbonylamino), a sulfamoylamino group (preferably a substituted or unsubstituted sulfamoylamino group having 0 to 30 carbon atoms such as sulfamoylamino, N, N-dimethylamino) Sulfonylamino, N-n-octylaminosulfonylamino),
アルキル又はアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニルアミノ、炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールスルホニルアミノ、例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p−メチルフェニルスルホニルアミノ)、メルカプト基、アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のアルキルチオ基、例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールチオ、例えば、フェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、m−メトキシフェニルチオ)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数2〜30の置換または無置換のヘテロ環チオ基、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ)、 Alkyl or arylsulfonylamino group (preferably substituted or unsubstituted alkylsulfonylamino having 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylsulfonylamino having 6 to 30 carbon atoms, such as methylsulfonylamino, butylsulfonylamino, phenyl Sulfonylamino, 2,3,5-trichlorophenylsulfonylamino, p-methylphenylsulfonylamino), mercapto group, alkylthio group (preferably a substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms such as methylthio, ethylthio, n-hexadecylthio), an arylthio group (preferably a substituted or unsubstituted arylthio having 6 to 30 carbon atoms, such as phenylthio, p-chlorophenylthio, m-methoxyphenylthio), a heterocyclic thio group (preferably Substituted or unsubstituted heterocyclic thio group prime 2-30, for example, 2-benzothiazolylthio, 1-phenyl-5-ylthio),
スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30の置換もしくは無置換のスルファモイル基、例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル)、スルホ基、アルキル又はアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、6〜30の置換または無置換のアリールスルフィニル基、例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p−メチルフェニルスルフィニル)、アルキル又はアリールスルホニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルホニル基、6〜30の置換または無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p−メチルフェニルスルホニル)、 Sulfamoyl group (preferably a substituted or unsubstituted sulfamoyl group having 0 to 30 carbon atoms such as N-ethylsulfamoyl, N- (3-dodecyloxypropyl) sulfamoyl, N, N-dimethylsulfamoyl, N- Acetylsulfamoyl, N-benzoylsulfamoyl, N- (N′-phenylcarbamoyl) sulfamoyl), sulfo group, alkyl or arylsulfinyl group (preferably a substituted or unsubstituted alkylsulfinyl group having 1 to 30 carbon atoms) 6-30 substituted or unsubstituted arylsulfinyl groups such as methylsulfinyl, ethylsulfinyl, phenylsulfinyl, p-methylphenylsulfinyl), alkyl or arylsulfonyl groups (preferably substituted or unsubstituted having 1 to 30 carbon atoms) Substitutional alk Sulfonyl groups, 6-30 substituted or unsubstituted arylsulfonyl group, e.g., methylsulfonyl, ethylsulfonyl, phenylsulfonyl, p- methylphenyl sulfonyl),
アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4〜30の置換もしくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基、例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル、2−ピリジルカルボニル、2−フリルカルボニル)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7〜30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル、o−クロロフェノキシカルボニル、m−ニトロフェノキシカルボニル、p−t−ブチルフェノキシカルボニル)、アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル)、カルバモイル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換もしくは無置換のカルバモイル、例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)、 Acyl group (preferably formyl group, substituted or unsubstituted alkylcarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylcarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted carbon group having 4 to 30 carbon atoms Heterocyclic carbonyl groups bonded to the carbonyl group by atoms, for example, acetyl, pivaloyl, 2-chloroacetyl, stearoyl, benzoyl, pn-octyloxyphenylcarbonyl, 2-pyridylcarbonyl, 2-furylcarbonyl), aryl An oxycarbonyl group (preferably a substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms such as phenoxycarbonyl, o-chlorophenoxycarbonyl, m-nitrophenoxycarbonyl, pt-butylphenoxycarbonyl), alkoxy Carbonyl group ( Preferably, it is a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms such as methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl, n-octadecyloxycarbonyl), carbamoyl group (preferably having 1 to 30 carbon atoms). Substituted or unsubstituted carbamoyl, such as carbamoyl, N-methylcarbamoyl, N, N-dimethylcarbamoyl, N, N-di-n-octylcarbamoyl, N- (methylsulfonyl) carbamoyl),
アリール又はヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6〜30の置換もしくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のヘテロ環アゾ基、例えば、フェニルアゾ、p−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ)、イミド基(好ましくは、N−スクシンイミド、N−フタルイミド)、ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)、ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニル基、例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)、ホスフィニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニルオキシ基、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)、ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換もしくは無置換のホスフィニルアミノ基、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換もしくは無置換のシリル基、例えば、トリメチルシリル、t−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)が挙げられる。 An aryl or heterocyclic azo group (preferably a substituted or unsubstituted arylazo group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heterocyclic azo group having 3 to 30 carbon atoms, such as phenylazo, p-chlorophenylazo, 5- Ethylthio-1,3,4-thiadiazol-2-ylazo), an imide group (preferably N-succinimide, N-phthalimide), a phosphino group (preferably a substituted or unsubstituted phosphino group having 2 to 30 carbon atoms, For example, dimethylphosphino, diphenylphosphino, methylphenoxyphosphino), phosphinyl group (preferably a substituted or unsubstituted phosphinyl group having 2 to 30 carbon atoms, such as phosphinyl, dioctyloxyphosphinyl, diethoxyphosphini ), A phosphinyloxy group (preferably having 2 carbon atoms) 30 substituted or unsubstituted phosphinyloxy groups, for example, diphenoxyphosphinyloxy, dioctyloxyphosphinyloxy), phosphinylamino groups (preferably substituted or unsubstituted having 2 to 30 carbon atoms) Phosphinylamino group such as dimethoxyphosphinylamino, dimethylaminophosphinylamino), silyl group (preferably a substituted or unsubstituted silyl group having 3 to 30 carbon atoms such as trimethylsilyl, t-butyldimethyl Silyl, phenyldimethylsilyl).
上記の置換基の中で、水素原子を有するものは、これを取り去りさらに上記の基で置換されていても良い。そのような置換基の例としては、アルキルカルボニルアミノスルホニル基、アリールカルボニルアミノスルホニル基、アルキルスルホニルアミノカルボニル基、アリールスルホニルアミノカルボニル基が挙げられる。より具体的には、メチルスルホニルアミノカルボニル、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル、アセチルアミノスルホニル、ベンゾイルアミノスルホニル基が挙げられる。また、Rはさらに置換基によって置換されていても良い。 Among the above-mentioned substituents, those having a hydrogen atom may be substituted with the above-mentioned group after removing this. Examples of such a substituent include an alkylcarbonylaminosulfonyl group, an arylcarbonylaminosulfonyl group, an alkylsulfonylaminocarbonyl group, and an arylsulfonylaminocarbonyl group. More specific examples include methylsulfonylaminocarbonyl, p-methylphenylsulfonylaminocarbonyl, acetylaminosulfonyl, and benzoylaminosulfonyl groups. R may be further substituted with a substituent.
ここでRとしては、ヒドロキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、カルボキシル基、シリル基が挙げられる。好ましくは、ヒドロキシ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基であり、特に好ましくはヒドロキシ基、炭素数1〜30の直鎖又は分枝のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基である。 Here, examples of R include a hydroxy group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a carboxyl group, and a silyl group. Preferred are a hydroxy group, an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, and a heterocyclic group, and particularly preferred are a hydroxy group, a linear or branched alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, and 6 to 18 carbon atoms. Of the aryl group.
前記一般式(1)中、nは1又は2の整数を表し、最も好ましくは2である。 In the general formula (1), n represents an integer of 1 or 2, and most preferably 2.
前記一般式(1)で表される官能基は、最も好ましくは下記一般式(2)又は(3)で表される官能基である。 The functional group represented by the general formula (1) is most preferably a functional group represented by the following general formula (2) or (3).
本発明では、上記官能基の金属塩は、化合物の単分子膜の形成を阻害し、しかも該官能基が水素原子に置換されにくいため、好ましくない。これは、スルホン酸及びスルフィン酸の金属塩置換基は基板最表層のヒドロキシ基と脱水縮合せず、かつ、スルホン酸及びスルフィン酸の金属塩置換基から三酸化硫黄もしくは二酸化硫黄が脱離した後の化合物がスルホン酸及びスルフィン酸が脱離した後の化合物と比べエネルギーレベルが高いため脱離し難いためと考えられる。 In the present invention, the metal salt of the functional group is not preferable because it inhibits the formation of a monomolecular film of the compound and the functional group is difficult to be replaced with a hydrogen atom. This is because the metal salt substituent of sulfonic acid and sulfinic acid does not undergo dehydration condensation with the hydroxyl group on the outermost layer of the substrate, and sulfur trioxide or sulfur dioxide is eliminated from the metal salt substituent of sulfonic acid and sulfinic acid. This compound is considered to be difficult to desorb because the energy level is higher than that of the compound after desorption of sulfonic acid and sulfinic acid.
本発明に用いられる有機化合物は、前記一般式(1)で表される官能基を2つ以上有する染料化合物であり、好ましくは、前記一般式(1)で表される官能基が、連結基を介してもしくは直接、π共役系化合物残基に連結してなる。 The organic compound used in the present invention is a dye compound having two or more functional groups represented by the general formula (1). Preferably, the functional group represented by the general formula (1) is a linking group. Or directly or directly linked to a π-conjugated compound residue.
(連結基)
連結基は2価のものが好ましい。好ましい連結基の具体例としては、アルキレン基(シクロアルキレン基を含む)、アルケニレン基(シクロアルケニレン基を含む)、アルキニレン基、アリーレン基、へテロ環連結基(ヘテロアリーレン基を含む)、カルボニル連結基(−C(=O)−)、チオカルボニル連結基(−C(=S)−)、酸素原子連結基(−O−)、窒素原子連結基(−N(Ra)−、ここでRaは前記一般式(1)のRと同様である)、硫黄原子連結基(−S−)、シリレン基(−Si(Rb)(Rc)−、ここでRb及びRcは、それぞれ前記一般式(1)のRと同様であり、互いに結合して環を形成してもよい)、およびこれらの組み合わせからなる連結基などが挙げられる。なお、本発明において、シクロアルキレン基には、ビシクロアルキニレン基、更に環構造が多いトリシクロ構造なども包含されるものであり、シクロアルケニレン基には、ビシクロアルケニレン基、更に環構造が多いトリシクロ構造なども包含されるものである。
また、連結基は、先にRについて説明した一価の置換基から水素原子を一個取り去った二価の基が更に好ましい。好ましい連結基の具体例としては、アリール基、ヘテロ環基、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基などの一価の置換基から水素原子を一個取り去った二価の基であり、最も好ましくは、ヘテロ環基、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基から水素原子を一個取り去った二価の基である。
(Linking group)
The linking group is preferably divalent. Specific examples of preferred linking groups include alkylene groups (including cycloalkylene groups), alkenylene groups (including cycloalkenylene groups), alkynylene groups, arylene groups, heterocyclic linking groups (including heteroarylene groups), and carbonyl linkages. Group (—C (═O) —), thiocarbonyl linking group (—C (═S) —), oxygen atom linking group (—O—), nitrogen atom linking group (—N (R a ) —, where R a is the same as R in the general formula (1)), sulfur atom linking group (—S—), silylene group (—Si (R b ) (R c ) —, wherein R b and R c are , Each of which is the same as R in the general formula (1) and may be bonded to each other to form a ring), and a linking group composed of a combination thereof. In the present invention, the cycloalkylene group includes a bicycloalkynylene group and a tricyclo structure having more ring structures, and the cycloalkenylene group includes a bicycloalkenylene group and a tricyclo structure having more ring structures. Etc. are also included.
The linking group is more preferably a divalent group obtained by removing one hydrogen atom from the monovalent substituent described above for R. Specific examples of preferred linking groups include divalent groups in which one hydrogen atom has been removed from a monovalent substituent such as an aryl group, heterocyclic group, aryloxy group, heterocyclic oxy group, arylthio group, and heterocyclic thio group. And most preferably a heterocyclic group, an aryloxy group, a heterocyclic oxy group, an arylthio group, or a divalent group obtained by removing one hydrogen atom from a heterocyclic thio group.
(π共役系化合物)
本発明におけるπ共役系化合物としては、広いπ共役平面を有する化合物であればいかなるものでもよいが、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、トリアジン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、フラン環、チオフェン環であり、より好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、チオフェン環などの芳香族炭化水素環または芳香族へテロ環が2つ以上、縮環された、及び/又は共有結合で連結された構造であることが好ましい。
本発明におけるπ共役系化合物の具体例としては、テトラセン、ペンタセン、トリフェニレン、ヘキサベンゾコロネンなどの縮合多環化合物、クォーターチオフェンやセキシチオフェンなどのヘテロ環オリゴマー、フタロシアニン類、ポルフィリン類などが挙げられる。
(Π-conjugated compound)
As the π-conjugated compound in the present invention, any compound having a wide π-conjugated plane may be used, but a benzene ring, a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, a triazine ring, a pyrrole ring, a pyrazole ring, an imidazole ring, Triazole ring, oxazole ring, thiazole ring, furan ring, thiophene ring, more preferably aromatic such as benzene ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, pyrazole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, thiophene ring The structure is preferably a structure in which two or more aromatic hydrocarbon rings or aromatic heterocycles are condensed and / or covalently linked.
Specific examples of the π-conjugated compound in the present invention include condensed polycyclic compounds such as tetracene, pentacene, triphenylene, and hexabenzocoronene, heterocyclic oligomers such as quarterthiophene and sexithiophene, phthalocyanines, porphyrins, and the like. .
化合物の化学的安定性、半導体動作安定性および半導体特性の観点からは、本発明に用いられる有機化合物は、下記一般式(P)で表されるフタロシアニン化合物であることが特に好ましい。ここで、フタロシアニン化合物は、フタロシアニン骨格を有する化合物をいい、フタロシアニンに置換基が結合した誘導体である。 From the viewpoint of chemical stability, semiconductor operation stability, and semiconductor characteristics of the compound, the organic compound used in the present invention is particularly preferably a phthalocyanine compound represented by the following general formula (P). Here, the phthalocyanine compound refers to a compound having a phthalocyanine skeleton, and is a derivative in which a substituent is bonded to phthalocyanine.
(式中、Qは芳香族炭化水素環または芳香族へテロ環を形成するのに必要な原子群を表す。複数のQは同一でも異なっていてもよい。R2は置換基を表す。mは1〜16の整数を表す。mが2以上の場合、複数の−SO2R2基は同一でも異なっていてもよい。−SO2R2基は、Qにより形成される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環における水素原子と置換する。) (In the formula, Q represents an atomic group necessary to form an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle. Plural Qs may be the same or different. R 2 represents a substituent. If .m an integer of 1 to 16 is 2 or more, the plurality of -SO 2 R 2 groups may.-SO 2 R 2 groups be the same or different, aromatic hydrocarbon formed by Q Substituted with a hydrogen atom in a ring or aromatic heterocycle.)
前記一般式(P)中、Qは芳香族炭化水素環または芳香族へテロ環を形成するのに必要な原子群を表す。複数のQは同一でも異なっていてもよい。ここで、芳香族炭化水素環または芳香族へテロ環としては4〜10員環が好ましく、5〜7員環がより好ましく、5又は6員環がさらに好ましく、6員環が特に好ましい。
Qにより形成される芳香族ヘテロ環に含まれるヘテロ原子は特に限定されないが、窒素、酸素、硫黄、セレン、ケイ素、ゲルマニウム又はリンが好ましく、窒素、酸素又は硫黄がさらに好ましく、窒素が特に好ましい。Qにより形成される芳香族ヘテロ環ひとつに含有されるヘテロ原子数は特に限定されないが、1〜3が好ましい。
In the general formula (P), Q represents an atomic group necessary for forming an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocycle. A plurality of Q may be the same or different. Here, the aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocycle is preferably a 4- to 10-membered ring, more preferably a 5- to 7-membered ring, still more preferably a 5- or 6-membered ring, and particularly preferably a 6-membered ring.
Although the hetero atom contained in the aromatic heterocycle formed by Q is not particularly limited, nitrogen, oxygen, sulfur, selenium, silicon, germanium or phosphorus is preferable, nitrogen, oxygen or sulfur is more preferable, and nitrogen is particularly preferable. The number of heteroatoms contained in one aromatic heterocycle formed by Q is not particularly limited, but is preferably 1 to 3.
Qにより形成される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環の具体例としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、シロール環、ゲルモール環、ホスホール環等が挙げられる。
Qにより形成される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環は、置換基を有していてもよく、置換基としては、前述のRで挙げたものが適用できる。
Specific examples of the aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocycle formed by Q include benzene ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrrole ring, pyrazole ring, imidazole ring, triazole ring, oxazole ring. Oxadiazole ring, thiazole ring, thiadiazole ring, furan ring, thiophene ring, selenophene ring, silole ring, germol ring, phosphole ring and the like.
The aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocycle formed by Q may have a substituent, and as the substituent, those exemplified above for R can be applied.
Qにより形成される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環はさらに他の環と縮合環を形成してもよく、縮合する環としては、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、シロール環、ゲルモール環、ホスホール環等が挙げられる。上記の置換基および縮合環は、さらに置換基を有していてもよく、さらに他の環と縮合していてもよい。置換基としては、前述のRとして挙げたものが適用できる。 The aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocycle formed by Q may further form a condensed ring with another ring. Examples of the condensed ring include a benzene ring, a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, and a pyridazine ring. , Pyrrole ring, pyrazole ring, imidazole ring, triazole ring, oxazole ring, oxadiazole ring, thiazole ring, thiadiazole ring, furan ring, thiophene ring, selenophene ring, silole ring, germol ring, phosphole ring and the like. The above substituent and condensed ring may further have a substituent and may be further condensed with another ring. As the substituent, those described above as R can be applied.
Qにより形成される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環として好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、トリアジン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、フラン環、チオフェン環であり、より好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、チオフェン環であり、さらに好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環、ピラゾール環、イミダゾール環、チオフェン環であり、特に好ましくはベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環である。 The aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocycle formed by Q is preferably a benzene ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, triazine ring, pyrrole ring, pyrazole ring, imidazole ring, triazole ring, oxazole ring, thiazole. Ring, furan ring, thiophene ring, more preferably benzene ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, pyrazole ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, thiophene ring, more preferably benzene ring, A pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrazole ring, an imidazole ring, and a thiophene ring are preferable, and a benzene ring, a pyridine ring, and a pyrazine ring are particularly preferable.
前記一般式(P)中、−SO2R2基は、分子内のどこに結合していてもよいが、好ましくは、Qにより形成される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環における水素原子と置換する。R2は前記一般式(1)におけるRと同義であり、好ましい範囲も同様である。 In the general formula (P), the —SO 2 R 2 group may be bonded anywhere in the molecule, but is preferably a hydrogen atom in the aromatic hydrocarbon ring or aromatic heterocycle formed by Q Replace. R 2 has the same meaning as R in the general formula (1), and the preferred range is also the same.
前記一般式(P)中、mは1〜16の整数を表す。mが2以上の場合、複数の−SO2R2基は同一でも異なっていてもよい。mは、好ましくは1〜8の整数であり、さらに好ましくは1〜4の整数である。 In the general formula (P), m represents an integer of 1 to 16. When m is 2 or more, the plurality of —SO 2 R 2 groups may be the same or different. m is preferably an integer of 1 to 8, more preferably an integer of 1 to 4.
前記一般式(P)中、Mは金属原子または水素原子を表す。Mが水素原子を表す場合、2つの水素原子がN1〜N4のいずれか2つの窒素原子にそれぞれ結合する。
Mが金属原子を表す場合、安定な錯体を形成するものであれば金属はいかなるものでも良く、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Ba、Al、Si、Hg、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Pd、Cd、Sn、Pt、Pb、Sr、V、Mn、Ti、In又はGaなどを使用することができる。また、金属原子には置換基が結合していてもよく、置換基としては前述のRで挙げたものを用いることができる。また、単一金属原子の他、3価以上の金属原子と他の元素とが結合して2価になっている原子団、例えば、AlCl、Ti=O、V=O、SiCl2等も含まれる。
Mとして好ましくはMg、Ca、AlCl、SiCl2、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Sn、SnCl2、Pt、Pb、V=O、Mn又はTi=Oであり、より好ましくはFe、Co、Ni、Cu又はZnであり、特に好ましくはCu又はZnである。なお、Mが水素原子である場合も好ましく、Mが水素原子である場合の一般式(P)は下記一般式(P’)で表される。
In the general formula (P), M represents a metal atom or a hydrogen atom. When M represents a hydrogen atom, two hydrogen atoms are each bonded to any two nitrogen atoms of N 1 to N 4 .
When M represents a metal atom, any metal may be used as long as it forms a stable complex, and Li, Na, K, Be, Mg, Ca, Ba, Al, Si, Hg, Cr, Fe, Co Ni, Cu, Zn, Ge, Pd, Cd, Sn, Pt, Pb, Sr, V, Mn, Ti, In, or Ga can be used. In addition, a substituent may be bonded to the metal atom, and as the substituent, those mentioned above for R can be used. In addition to single metal atoms, trivalent or higher-valent metal atoms and other elements that are divalent by bonding with other elements, such as AlCl, Ti = O, V = O, SiCl 2 and the like are also included. It is.
Preferably Mg as M, Ca, AlCl, an SiCl 2, Fe, Co, Ni , Cu, Zn, Pd, Sn, SnCl 2, Pt, Pb, V = O, Mn , or Ti = O, more preferably Fe , Co, Ni, Cu or Zn, particularly preferably Cu or Zn. In addition, the case where M is a hydrogen atom is also preferable, and the general formula (P) in the case where M is a hydrogen atom is represented by the following general formula (P ′).
前記一般式(P’)において、Q、R2及びmは、それぞれ前記一般式(P)におけるQ、R2及びmと同義であり、好ましい範囲も同様である。 In Formula (P '), Q, R 2 and m, Q in each of the general formula (P), have the same meanings as R 2 and m, the preferable range is also the same.
(異性体の存在)
一般に、複数の置換基を有するフタロシアニン化合物には、置換基の結合している位置の異なる位置異性体が存在し得る。本発明に用いられる有機化合物においても例外ではなく、場合によっては数種類の位置異性体が考えられる。本発明においては、フタロシアニン化合物は単一の化合物として用いても良いし、位置異性体の混合物として用いることもできる。位置異性体の混合物として用いる場合には、混合している位置異性体の数、それぞれの位置異性体における置換基の置換位置、および位置異性体の混合比率はいかなるものでも良い。
(Existence of isomers)
Generally, in a phthalocyanine compound having a plurality of substituents, there may exist positional isomers having different positions to which the substituents are bonded. The organic compound used in the present invention is not an exception, and in some cases, several kinds of positional isomers can be considered. In the present invention, the phthalocyanine compound may be used as a single compound or as a mixture of positional isomers. When used as a mixture of regioisomers, the number of regioisomers mixed, the substitution position of the substituent in each regioisomer, and the mixing ratio of regioisomers may be arbitrary.
(好ましい具体例)
以下に、前記一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
表2〜6にフタロシアニン化合物の具体例をそれぞれ示す。表2〜6中、置換基の*印は、下記一般式(1−A)で表されるフタロシアニン化合物への結合部位を示す。また、表2〜6において、例えば「Rα1/Rα2」という表記は「Rα1又はRα2のいずれか一方」という意味を表しており、従ってこの表記のある化合物は置換位置異性体の混合物である。また、Rα1〜Rα8又はRβ1〜Rβ8が無置換の場合、即ち水素原子が結合している場合は表記を省略している。Buはブチル基を、Meはメチル基を表す。
(Preferred specific example)
Although the preferable specific example of a compound represented by the said General formula (1) is given to the following, this invention is not limited to these.
Specific examples of phthalocyanine compounds are shown in Tables 2 to 6, respectively. In Tables 2 to 6, the * mark of the substituent represents a binding site to the phthalocyanine compound represented by the following general formula (1-A). In Tables 2 to 6, for example, the notation “R α1 / R α2 ” represents the meaning of “R α1 or R α2 ”. Therefore, a compound having this notation is a mixture of substitutional isomers. It is. Further, when R α1 to R α8 or R β1 to R β8 are unsubstituted, that is, when a hydrogen atom is bonded, the notation is omitted. Bu represents a butyl group, and Me represents a methyl group.
(合成法)
本発明におけるフタロシアニン化合物のフタロシアニン環形成反応は、白井汪芳、小林長夫編・著「フタロシアニン−化学と機能−」(アイピーシー社、1997年刊)の第1〜62頁、廣橋亮、坂本恵一、奥村映子編「機能性色素としてのフタロシアニン」(アイピーシー社、2004年刊)の第29〜77頁に準じて行うことができる。
(Synthesis method)
The phthalocyanine ring formation reaction of the phthalocyanine compound in the present invention is described by Shigeyoshi Shigeyoshi, Kobayashi Nagao, edited by "Phthalocyanine-Chemistry and Function-" (IPC, 1997), pages 1 to 62, Takahashi Ryo, Sakamoto Keiichi, This can be carried out according to pages 29 to 77 of “Phthalocyanine as a functional dye” edited by Eiko Okumura (IPC, 2004).
フタロシアニン化合物の代表的な合成方法としては、これらの文献に記載のワイラー法、フタロニトリル法、リチウム法、サブフタロシアニン法、および塩素化フタロシアニン法などが挙げられる。本発明においては、フタロニトリル法を好ましく用いることができる。具体的には、t−ブチルスルホニルフタロニトリル等のような前記一般式(1)で表される官能基を有する化合物を原料として、フタロシアニン環形成反応を行うことが好ましい。フタロシアニン環形成反応において、いかなる反応条件を用いても良い。環形成反応においては、フタロシアニンの中心金属となる種々の金属を添加することが好ましいが、中心金属を持たないフタロシアニン化合物を合成後に、所望の金属を導入しても良い。反応溶媒としては、いかなる溶媒を用いても良いが、好ましくは高沸点の溶媒である。また、環形成反応促進のために、酸または塩基を用いても良い。最適な反応条件は、目的とするフタロシアニン化合物の構造により異なるが、上記の文献に記載された具体的な反応条件を参考に設定することができる。 Typical methods for synthesizing phthalocyanine compounds include the Weiler method, phthalonitrile method, lithium method, subphthalocyanine method, and chlorinated phthalocyanine method described in these documents. In the present invention, the phthalonitrile method can be preferably used. Specifically, it is preferable to perform a phthalocyanine ring formation reaction using a compound having a functional group represented by the general formula (1) such as t-butylsulfonylphthalonitrile as a raw material. Any reaction conditions may be used in the phthalocyanine ring formation reaction. In the ring formation reaction, it is preferable to add various metals to be the central metal of phthalocyanine, but a desired metal may be introduced after the synthesis of a phthalocyanine compound having no central metal. Any solvent may be used as the reaction solvent, but a solvent having a high boiling point is preferable. Further, an acid or a base may be used for promoting the ring formation reaction. Optimum reaction conditions vary depending on the structure of the target phthalocyanine compound, but can be set with reference to specific reaction conditions described in the above-mentioned documents.
上記のフタロシアニン化合物の合成に使用する原料としては、無水フタル酸、フタルイミド、フタル酸およびその塩、フタル酸ジアミド、フタロニトリル、1,3−ジイミノイソインドリンなどの誘導体を用いることができる。これらの原料は公知のいかなる方法で合成しても良い。 As raw materials used for the synthesis of the phthalocyanine compound, derivatives such as phthalic anhydride, phthalimide, phthalic acid and salts thereof, phthalic acid diamide, phthalonitrile, 1,3-diiminoisoindoline can be used. These raw materials may be synthesized by any known method.
また、本発明に用いられる有機化合物は、特開2005−119165号公報等の記載を参照して調製することもできる。 Moreover, the organic compound used for this invention can also be prepared with reference to description, such as Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-119165.
(純度)
後述するように本発明の方法により得られる有機薄膜(有機半導体薄膜)は、有機電子デバイスに用いることができる。有機電子デバイスにおいては、高いキャリア移動度を示すための条件として、有機半導体材料が高純度であることが挙げられる。有機半導体膜中に不純物が微量でも含まれると、不純物がキャリアのトラップとなり、あるいは結晶構造に欠陥をもたらすため、移動度の低下を引き起こす。したがって、このような観点からは、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%以下である場合である。材料の純度は、例えば液体クロマトグラフィー(HPLC)により調べることができる。
(purity)
As will be described later, the organic thin film (organic semiconductor thin film) obtained by the method of the present invention can be used in an organic electronic device. In an organic electronic device, a condition for exhibiting high carrier mobility is that an organic semiconductor material has high purity. If even a small amount of impurities are contained in the organic semiconductor film, the impurities serve as carrier traps or cause defects in the crystal structure, which causes a decrease in mobility. Therefore, from this point of view, it is desirable that the impurity concentration is low, preferably 10% or less, more preferably 1% or less. The purity of the material can be examined, for example, by liquid chromatography (HPLC).
[無機化合物]
本発明に用いられる無機化合物としては、特に制限はない。例えば金属/化合物半導体(Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Hg、Fe、GaAs、InP、Si、CdS、CdSe、ZnS、ZnSe、SnSe、FeS2、PbS、InP、GaAs、CuInS2、CuInSe2等)、酸化物/酸化膜(ZrO2、TiSrO3、TiO2、Nb2O3、Al2O3、AgO、CuO、Ta2O5、Zr/Al2O3、ガラス、マイカ、SiO2、SnO2、WO3、GeO2、ZrO2、ZnO、V2O5、KTaO3、酸化インジウムスズ(ITO)、ステンレス鋼(SUS)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT))、窒化シリコン(Si3N4、SiNx)などが好ましい。
[Inorganic compounds]
There is no restriction | limiting in particular as an inorganic compound used for this invention. For example, metal / compound semiconductors (Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Hg, Fe, GaAs, InP, Si, CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, SnSe, FeS 2 , PbS, InP, GaAs, CuInS 2 , CuInSe 2 etc.), oxide / oxide film (ZrO 2, TiSrO 3, TiO 2, Nb 2 O 3, Al 2 O 3, AgO, CuO, Ta 2 O 5, Zr / Al 2 O 3, glass, mica, SiO 2 , SnO 2, WO 3, GeO 2, ZrO 2, ZnO, V 2 O 5, KTaO 3, indium tin oxide (ITO), stainless steel (SUS), lead zirconate titanate (PZT)), silicon nitride (Si 3 N 4 , SiN x ) and the like are preferable.
本発明に用いられる無機化合物の形状は特に制限されないが、好ましくは板状であり、本発明では、無機化合物の基板が好ましく用いられる。さらに基板表層の表面処理がいかようになされていてもよく、例えば、二酸化ケイ素表面をヘキサメチルジシラザン(HMDS)やオクタデシルトリクロロシラン(OTS)、Oxcide−NH2等、水素終端化シリコンSi−H等、ハロゲン化シリコンSi−X(X=Cl、Br、I等)、水素終端化ダイヤモンドC−H等の塗布により表面処理したものを用いることができる。 The shape of the inorganic compound used in the present invention is not particularly limited, but is preferably plate-shaped, and in the present invention, an inorganic compound substrate is preferably used. Further, the surface treatment of the surface layer of the substrate may be performed in any manner. For example, the surface of silicon dioxide may be hydrogen-terminated silicon Si—H such as hexamethyldisilazane (HMDS), octadecyltrichlorosilane (OTS), Oxide-NH 2, etc. Etc., those having a surface treated by coating with halogenated silicon Si—X (X = Cl, Br, I, etc.), hydrogen-terminated diamond C—H or the like can be used.
本発明においては、無機化合物の基板の最表層には、ヒドロキシ基が存在することが特に好ましい。そのため、無機化合物が金属酸化物であることが好ましく、酸化物/酸化膜(ZrO2、TiSrO3、TiO2、Nb2O3、Al2O3、AgO、CuO、Ta2O5、Zr/Al2O3、ガラス、マイカ、SiO2、SnO2、WO3、GeO2、ZrO2、ZnO、V2O5、KTaO3、ITO、SUS、PZT)などが好ましく用いられる。
また、例えば、無機化合物の基板の最表層をオゾン処理してヒドロキシ基を基板上にあらわにさせたり、金属表面上にヒドロキシ基含有のアルカンチオールのSAM膜を形成したりしたものを用いることもできる。
In the present invention, it is particularly preferable that a hydroxyl group is present in the outermost layer of the inorganic compound substrate. Therefore, the inorganic compound is preferably a metal oxide, and an oxide / oxide film (ZrO 2 , TiSrO 3 , TiO 2 , Nb 2 O 3 , Al 2 O 3 , AgO, CuO, Ta 2 O 5 , Zr / Al 2 O 3 , glass, mica, SiO 2 , SnO 2 , WO 3 , GeO 2 , ZrO 2 , ZnO, V 2 O 5 , KTaO 3 , ITO, SUS, PZT) and the like are preferably used.
In addition, for example, the surface layer of an inorganic compound substrate may be subjected to ozone treatment to expose hydroxy groups on the substrate, or a hydroxy group-containing alkanethiol SAM film may be formed on the metal surface. it can.
[単分子膜の形成]
本発明の方法では、無機化合物の最表層に、本発明に用いられる有機化合物の単分子膜を形成する。該単分子膜は、本発明に用いられる有機化合物を無機化合物の基板上に成膜し、次いで加熱することにより本発明に用いられる有機化合物と無機化合物とを共有結合させることで形成することができる。
[Formation of monomolecular film]
In the method of the present invention, a monomolecular film of the organic compound used in the present invention is formed on the outermost layer of the inorganic compound. The monomolecular film can be formed by forming an organic compound used in the present invention on an inorganic compound substrate, and then covalently bonding the organic compound used in the present invention and the inorganic compound by heating. it can.
(成膜方法)
本発明に用いられる有機化合物を無機化合物の基板上に成膜する方法は、いかなる方法でも良いが、真空プロセスあるいは溶液プロセスにより成膜することが可能である。真空プロセスによる成膜の具体的な例としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子ビームエピタキシー(MBE)法などの物理気相成長法あるいはプラズマ重合などの化学気相蒸着(CVD)法が挙げられる。
溶液プロセスによる成膜とは、ここでは有機化合物を溶解させることができる溶媒中に溶解させ、その溶液を用いて成膜する方法をさす。具体的には、キャスト法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、ディッピング(浸漬)コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法、インクジェット法、スピンコート法、ラングミュア−ブロジェット(Langmuir-Blodgett)(LB)法などの通常の方法を用いることができる。本発明においては溶液プロセスによる成膜がより好ましく、特に、キャスト法、スピンコート法、ディッピング(浸漬)コーティング法、又はインクジェット法を用いることが好ましい。
(Film formation method)
The organic compound used in the present invention may be formed on the inorganic compound substrate by any method, but can be formed by a vacuum process or a solution process. Specific examples of film formation by a vacuum process include physical vapor deposition methods such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, molecular beam epitaxy (MBE), and chemical vapor deposition (CVD) such as plasma polymerization. ) Method.
Here, film formation by a solution process refers to a method in which an organic compound is dissolved in a solvent that can be dissolved and a film is formed using the solution. Specifically, casting method, blade coating method, wire bar coating method, spray coating method, dipping (dipping) coating method, bead coating method, air knife coating method, curtain coating method, ink jet method, spin coating method, Langmuir- A usual method such as a Langmuir-Blodgett (LB) method can be used. In the present invention, film formation by a solution process is more preferable, and it is particularly preferable to use a casting method, a spin coating method, a dipping (dip) coating method, or an ink jet method.
(塗布条件)
溶液プロセスを用いて基板上に成膜する場合、層を形成する材料を適当な有機溶媒(例えば、ヘキサン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、1−メチルナフタレン、1,2−ジクロロベンゼン等の炭化水素系溶媒;例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン化炭化水素系溶媒;例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒;例えば、メタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶媒;例えば、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒;例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、1−メチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキサイド等の極性溶媒)および/または水に溶解、または分散させて塗布液とし、各種の塗布法により薄膜を形成することができる。
その塗布液中の本発明に用いられる有機化合物の濃度は、好ましくは0.1〜80質量%、より好ましくは0.1〜10質量%であり、これにより任意の厚さの膜を形成できる。
(Application conditions)
When a film is formed on a substrate using a solution process, the material for forming the layer is selected from an appropriate organic solvent (for example, hexane, octane, decane, toluene, xylene, ethylbenzene, 1-methylnaphthalene, 1,2-dichlorobenzene, etc. A hydrocarbon solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, etc .; a halogen such as dichloromethane, chloroform, tetrachloromethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, chlorotoluene, etc. Hydrocarbon solvents; for example, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate; for example, methanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cello Alcohol solvents such as rub, ethyl cellosolve, ethylene glycol; for example, ether solvents such as dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, anisole; for example, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1-methyl-2 A polar solvent such as -pyrrolidone, 1-methyl-2-imidazolidinone, dimethyl sulfoxide, etc.) and / or water can be dissolved or dispersed to form a coating solution, and a thin film can be formed by various coating methods.
The concentration of the organic compound used in the present invention in the coating solution is preferably 0.1 to 80% by mass, more preferably 0.1 to 10% by mass, whereby a film having an arbitrary thickness can be formed. .
本発明に用いられる有機化合物は、特に溶液プロセスによる成膜に適している。溶液プロセスで成膜するためには、上記で挙げた溶媒などに材料が溶解することが必要であるが、単に溶解するだけでは不十分である。通常、真空プロセスで成膜する材料でも、溶媒にある程度溶解させることができる。しかし、溶液プロセスでは、材料を溶媒に溶解させて塗布した後で、溶媒が蒸発して薄膜が形成する過程があり、溶液プロセスに適さない材料は結晶性が高いものが多いため、この過程で結晶化してしまい良好な薄膜を形成させることが困難である。本発明に用いられる有機化合物は、このような結晶化が起こりにくい点でも優れている。 The organic compound used in the present invention is particularly suitable for film formation by a solution process. In order to form a film by a solution process, it is necessary that the material is dissolved in the above-described solvent or the like, but it is not sufficient to simply dissolve the material. Usually, even a material for forming a film by a vacuum process can be dissolved in a solvent to some extent. However, in the solution process, after the material is dissolved in a solvent and applied, the solvent evaporates to form a thin film, and many materials that are not suitable for the solution process have high crystallinity. Crystallization makes it difficult to form a good thin film. The organic compound used in the present invention is also excellent in that crystallization hardly occurs.
また、成膜の際に樹脂バインダーを用いることも可能である。この場合、層を形成する材料とバインダー樹脂とを前述の適当な溶媒に溶解させ、または分散させて塗布液とし、各種の塗布法により薄膜を形成することができる。樹脂バインダーとしては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリスルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン等の絶縁性ポリマー、およびこれらの共重合体、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン等の光伝導性ポリマー、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン等の導電性ポリマー等を挙げることができる。樹脂バインダーは、単独で使用してもよく、あるいは複数併用しても良い。薄膜の機械的強度を考慮するとガラス転移温度の高い樹脂バインダーが好ましく、電荷移動度を考慮すると極性基を含まない構造の樹脂バインダーや光伝導性ポリマー、導電性ポリマーが好ましい。
樹脂バインダーは使わない方が有機半導体の特性上好ましいが、目的によっては使用することもある。この場合の樹脂バインダーの使用量は、特に制限はないが、本発明に用いられる有機化合物からなる膜中、好ましくは0.1〜30質量%で用いられる。
It is also possible to use a resin binder during film formation. In this case, the material for forming the layer and the binder resin can be dissolved or dispersed in the above-mentioned appropriate solvent to form a coating solution, and a thin film can be formed by various coating methods. Examples of the resin binder include insulating polymers such as polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polysiloxane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose, polyethylene, and polypropylene, and copolymers thereof. And photoconductive polymers such as polyvinyl carbazole and polysilane, and conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole, polyaniline, and polyparaphenylene vinylene. The resin binder may be used alone or in combination. Considering the mechanical strength of the thin film, a resin binder having a high glass transition temperature is preferable, and considering the charge mobility, a resin binder, a photoconductive polymer, or a conductive polymer having a structure not containing a polar group is preferable.
It is preferable not to use a resin binder in terms of the characteristics of the organic semiconductor, but it may be used depending on the purpose. Although the usage-amount of the resin binder in this case does not have a restriction | limiting in particular, In the film | membrane consisting of the organic compound used for this invention, Preferably it is used at 0.1-30 mass%.
また、成膜の際、基板を加熱または冷却してもよく、基板の温度を変化させることで膜質や膜中での分子のパッキングを制御することが可能である。基板の温度としては特に制限はないが、0℃〜200℃の間であることが好ましい。 In the film formation, the substrate may be heated or cooled, and the film quality and packing of molecules in the film can be controlled by changing the temperature of the substrate. Although there is no restriction | limiting in particular as temperature of a board | substrate, It is preferable that it is between 0 degreeC-200 degreeC.
(共有結合の形成)
本発明に用いられる有機化合物と無機化合物との間で共有結合の形成は、50℃以上、好ましくは100℃以上で引き起こされる。また、上限は500℃以下、好ましくは400℃以下である。高温ほど反応時間は短く、低温ほど結合形成反応に必要な時間は長くなる。用途によっては、部分的に変換して特性を調整することも可能である。
加熱には、ヒーターを用いた伝熱による加熱の他、赤外線ランプ、半導体レーザーなどの化合物が吸収する波長の光を照射することを利用してもよい。また、本発明に用いられる有機化合物の近傍に光を吸収する層を設け、光をこの層で吸収させることにより加熱してもよい。これらの加熱は、窒素やアルゴン、真空中などの不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
(Covalent bond formation)
Formation of a covalent bond between the organic compound and the inorganic compound used in the present invention is caused at 50 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher. Moreover, an upper limit is 500 degrees C or less, Preferably it is 400 degrees C or less. The higher the temperature, the shorter the reaction time, and the lower the temperature, the longer the time required for the bond formation reaction. Depending on the application, the characteristics can be adjusted by partial conversion.
For heating, in addition to heating by heat transfer using a heater, irradiation with light having a wavelength absorbed by a compound such as an infrared lamp or a semiconductor laser may be used. In addition, a layer that absorbs light may be provided in the vicinity of the organic compound used in the present invention, and heating may be performed by absorbing light in this layer. Such heating is preferably performed in an inert atmosphere such as nitrogen, argon, or vacuum.
(官能基の変換)
本発明の方法では、本発明に用いられる有機化合物の単分子膜を形成した後、加熱することにより、該化合物において無機化合物の基板に結合していない前記一般式(1)で表される官能基の一部もしくは全部を水素原子に変換する。前記一般式(1)で表される官能基を脱離させて水素原子に変換することにより、本発明に用いられる有機化合物は溶媒不溶性化合物に転換される。例えば、本発明に用いられる有機化合物が前記一般式(P)で表されるフタロシアニン化合物である場合、無機化合物の基板表面に無置換のフタロシアニンの薄膜を形成することができ、無機化合物の基板表面を無置換のフタロシアニンで修飾できる。
(Functional group conversion)
In the method of the present invention, a monomolecular film of the organic compound used in the present invention is formed and then heated, whereby the functional group represented by the general formula (1) not bonded to the inorganic compound substrate in the compound is formed. Part or all of the group is converted to a hydrogen atom. By removing the functional group represented by the general formula (1) and converting it to a hydrogen atom, the organic compound used in the present invention is converted into a solvent-insoluble compound. For example, when the organic compound used in the present invention is a phthalocyanine compound represented by the general formula (P), an unsubstituted phthalocyanine thin film can be formed on the substrate surface of the inorganic compound, and the substrate surface of the inorganic compound can be formed. Can be modified with unsubstituted phthalocyanine.
無機化合物の基板に結合していない前記一般式(1)で表される官能基を水素原子に変換するための加熱温度は、200℃以上、好ましくは250℃以上である。また、上限は500℃以下、好ましくは400℃以下である。高温ほど反応時間は短く、低温ほど脱離反応に必要な時間は長くなる。用途によっては、部分的に変換して特性を調整することも可能である。加熱は、前記の共有結合の形成と同様の手段で行うことができる。 The heating temperature for converting the functional group represented by the general formula (1) not bonded to the substrate of the inorganic compound into a hydrogen atom is 200 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or higher. Moreover, an upper limit is 500 degrees C or less, Preferably it is 400 degrees C or less. The higher the temperature, the shorter the reaction time, and the lower the temperature, the longer the time required for the elimination reaction. Depending on the application, the characteristics can be adjusted by partial conversion. Heating can be performed by the same means as the formation of the covalent bond.
(膜厚)
上記の方法で得られる有機薄膜は単分子膜である。そのため、膜厚は、本発明に用いられる有機化合物によって異なるが、一般に0.1〜100nmであり、好ましくは1〜50nmであり、さらに好ましくは1〜20nmである。
(Film thickness)
The organic thin film obtained by the above method is a monomolecular film. Therefore, although a film thickness changes with the organic compounds used for this invention, it is generally 0.1-100 nm, Preferably it is 1-50 nm, More preferably, it is 1-20 nm.
[有機電子デバイス]
本発明の有機電子デバイスは、前記の方法により得られた有機薄膜(有機半導体膜)を含む。ここで、有機電子デバイスとは、有機半導体を含有しかつ2つ以上の電極を有し、その電極間に流れる電流や生じる電圧を、電気、光、磁気、化学物質などにより制御するデバイス、あるいは、印加した電圧や電流により、光や電場、磁場などを発生させるデバイスである。例としては、有機光電変換素子、有機電界効果トランジスタ、有機電界発光素子、ガスセンサ、有機整流素子、有機インバータ、情報記録素子などが挙げられる。有機光電変換素子は光センサ用途、エネルギー変換用途(太陽電池)のいずれにも用いることができる。これらの中で、好ましくは有機電界効果トランジスタもしくは有機光電変換素子であり、特に好ましくは有機電界効果トランジスタである。
[Organic electronic devices]
The organic electronic device of the present invention includes an organic thin film (organic semiconductor film) obtained by the above method. Here, the organic electronic device is a device containing an organic semiconductor and having two or more electrodes, and a current flowing between the electrodes and a generated voltage are controlled by electricity, light, magnetism, chemical substances, or the like, or A device that generates light, an electric field, a magnetic field or the like by an applied voltage or current. Examples include organic photoelectric conversion elements, organic field effect transistors, organic electroluminescent elements, gas sensors, organic rectifying elements, organic inverters, information recording elements, and the like. The organic photoelectric conversion element can be used for both optical sensor applications and energy conversion applications (solar cells). Among these, an organic field effect transistor or an organic photoelectric conversion element is preferable, and an organic field effect transistor is particularly preferable.
前記一般式(1)で表される官能基を2つ以上有する染料化合物を有機半導体の前駆体として用いることにより、基板上への成膜が容易で、かつ得られる膜に熱などの外部刺激を加えることにより置換基の脱離反応が効率的に進行し、化学的安定性および半導体動作安定性が高く良好な半導体特性を示す有機半導体膜が得られる。本発明の有機半導体膜およびこれを用いた電子デバイス(特に電界効果トランジスタ(FET))は、高純度であり、半導体動作安定性が高く、良好な半導体特性を示す。 By using a dye compound having two or more functional groups represented by the general formula (1) as a precursor of an organic semiconductor, film formation on a substrate is easy, and external stimulation such as heat is applied to the obtained film. As a result, the elimination reaction of the substituent proceeds efficiently, and an organic semiconductor film exhibiting good semiconductor characteristics with high chemical stability and semiconductor operation stability can be obtained. The organic semiconductor film of the present invention and an electronic device (particularly, a field effect transistor (FET)) using the organic semiconductor film have high purity, high semiconductor operation stability, and good semiconductor characteristics.
以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these.
参考例1
(分子量の測定)
市販の4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニン(例示化合物A−53、Frontier Scientific社製、商品名:ZnPcS−834)の分子量について、マトリックス支援イオン化−飛行時間型質量分析(MALDI−TOF−MS)により測定したところ、895(=〔M+〕:極性ネガ)であった。なお、MALDI−TOF−MS測定は、Applied Biosystems社製Voyager−DE PRO(商品名)を使用し、マトリックスとしてα−シアノ−4−ヒドロキシケイ皮酸(東京化成社製)を用いて行った。
Reference example 1
(Measurement of molecular weight)
The molecular weight of commercially available 4-substituted zinc sulfonate phthalocyanine (Exemplary Compound A-53, manufactured by Frontier Scientific, trade name: ZnPcS-834) was measured by matrix-assisted ionization-time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS). However, it was 895 (= [M + ]: polar negative). The MALDI-TOF-MS measurement was performed using Voyager-DE PRO (trade name) manufactured by Applied Biosystems and using α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a matrix.
(質量減少率の測定)
また、この化合物について熱分析(TG/DTA測定)を行った。TG/DTA測定は、Seiko Instruments Inc.製EXSTAR6000(商品名)を用い、N2気流下(流量200ml/min)、30℃〜550℃の範囲において10℃/分で昇温を行い、質量減少率を求めた。測定結果を図2に示す。図2は、質量減少率の温度変化を示すグラフである。
(Measurement of mass reduction rate)
Moreover, the thermal analysis (TG / DTA measurement) was performed about this compound. TG / DTA measurement was performed by Seiko Instruments Inc. Using EXSTAR6000 (trade name), the temperature was increased at a rate of 10 ° C./min in a range of 30 ° C. to 550 ° C. under a N 2 air flow (flow
4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニン(例示化合物A−53)を250℃で加熱したところ、水溶性を示した。TG/DTAにおける初期の質量減少は溶剤もしくは水に起因すると考えられる。その後400℃まで加熱し、その残留物のMSスペクトルを測定したところ、MSスペクトルのピークは576(=〔M+〕:極性ポジ)に変化した。これは、スルホン酸基が脱離して、4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニンから亜鉛フタロシアニン顔料に変化したことを意味する。 When 4-substituted zinc phthalocyanine sulfonate (Exemplary Compound A-53) was heated at 250 ° C., it showed water solubility. The initial mass loss in TG / DTA is believed to be due to the solvent or water. Thereafter, the residue was heated to 400 ° C., and the MS spectrum of the residue was measured. As a result, the peak of the MS spectrum was changed to 576 (= [M + ]: polar positive). This means that the sulfonic acid group was eliminated and changed from a 4-substituted sulfonic acid zinc phthalocyanine to a zinc phthalocyanine pigment.
参考例2
市販の4置換スルホン酸無金属フタロシアニン(例示化合物A−54、Frontier Scientific社製、商品名:Pcs−834)について、参考例1と同様にして分子量および質量減少率を測定した。MSスペクトルは832(=〔M+〕−1:極性ネガ)であった。質量減少率の測定結果を図3に示す。
Reference example 2
For a commercially available 4-substituted sulfonic acid metal-free phthalocyanine (Exemplary Compound A-54, manufactured by Frontier Scientific, trade name: Pcs-834), the molecular weight and the mass reduction rate were measured in the same manner as in Reference Example 1. The MS spectrum was 832 (= [M + ] -1: polar negative). The measurement result of the mass reduction rate is shown in FIG.
4置換スルホン酸無金属フタロシアニン(例示化合物A−54)を250℃で加熱したところ、水溶性を示した。TG/DTAにおける初期の質量減少は溶剤もしくは水に起因すると考えられる。その後400℃まで加熱し、その残留物のMSスペクトルを測定したところMSスペクトルのピークは514(=〔M+〕:極性ポジ)に変化した。これは、スルホン酸基が脱離して、4置換スルホン酸無金属フタロシアニンから無金属フタロシアニン顔料に変化したことを意味する。 When 4-substituted sulfonic acid metal-free phthalocyanine (Exemplary Compound A-54) was heated at 250 ° C., it showed water solubility. The initial mass loss in TG / DTA is believed to be due to the solvent or water. Thereafter, the mixture was heated to 400 ° C., and the MS spectrum of the residue was measured. As a result, the peak of the MS spectrum was changed to 514 (= [M + ]: polar positive). This means that the sulfonic acid group was eliminated and changed from a 4-substituted sulfonic acid metal-free phthalocyanine to a metal-free phthalocyanine pigment.
参考例3
市販の4置換スルホン酸ナトリウム銅フタロシアニン(アルドリッチ社製)について、参考例1と同様にして質量減少率を測定した。TG/DTAを測定した結果を図4に示す。
図4は、4置換スルホン酸ナトリウム銅フタロシアニンのTG/DTA測定結果を示すグラフである。図4中、一番上の曲線は、温度に対する質量変化(TG)を示し、一番下の曲線は、温度に対する熱の出入り(エンタルピー変化)(DTA)を示し、真中の曲線は、TGの時間当たりの変化量(微分値)(DTG)を示す。
図4中の一番上の曲線から、質量減少がほとんどないことがわかった。また、図4中の一番下の曲線から、エンタルピー変化がほとんどないことがわかった。これらの結果から、4置換スルホン酸ナトリウム銅フタロシアニンは、400℃では、4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニンや4置換スルホン酸無金属フタロシアニンに比べてスルホン酸基が脱離しにくいことがわかった。これは、スルホン酸ナトリウム置換基から三酸化硫黄が脱離した後の化合物が、スルホン酸が脱離した後の化合物と比べエネルギーレベルが高いためと考えられる。
Reference example 3
The mass reduction rate of the commercially available 4-substituted sodium sulfonate copper phthalocyanine (manufactured by Aldrich) was measured in the same manner as in Reference Example 1. The result of measuring TG / DTA is shown in FIG.
FIG. 4 is a graph showing the TG / DTA measurement results of 4-substituted sodium sulfonate copper phthalocyanine. In FIG. 4, the top curve shows mass change (TG) with respect to temperature, the bottom curve shows heat input / output (enthalpy change) (DTA) with respect to temperature, and the middle curve shows TG. The amount of change per hour (differential value) (DTG) is shown.
From the top curve in FIG. 4, it was found that there was almost no mass loss. Moreover, it turned out that there is almost no enthalpy change from the lowermost curve in FIG. From these results, it was found that the tetrasubstituted sodium sulfonate copper phthalocyanine was less likely to detach the sulfonic acid group at 400 ° C. than the 4-substituted zinc sulfonate phthalocyanine or the 4-substituted sulfonic acid metal-free phthalocyanine. This is presumably because the energy level of the compound after elimination of sulfur trioxide from the sodium sulfonate substituent is higher than that of the compound after elimination of sulfonic acid.
実施例1
市販の4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニン(例示化合物A−53、Frontier Scientific社製、商品名:ZnPcS−834)0.1gを5mlの水に溶解させた溶液に、熱酸化膜付シリコンウエハをUVオゾン処理した基板を5分間浸漬させ、150℃で30分加熱した。その後に水で洗い流した基板の膜厚を、自動エリプソメータ(溝尻光学工業所社製、DHA-XA series、商品名)を用いて測定したところ、基板上に10Åの単分子膜が形成されていることがわかった。さらにこれを400℃で30分加熱した。同様に膜厚を測定したところ、8Åの単分子膜が形成されたことがわかった。
以上の結果から、(1)150℃の加熱により、基板最表層のSiO2上のヒドロキシ基とフタロシアニンに置換されたスルホン酸基とが脱水縮合して共有結合を形成し、単分子膜が形成された後に、(2)400℃の加熱により、フタロシアニンに置換されたスルホン酸基のうち、基板に結合していないスルホン酸基が脱離して水素原子に変換され、無置換のフタロシアニンの単分子膜が形成されたことがわかった。
Example 1
A silicon wafer with a thermal oxide film is UV ozone-treated in a solution of 0.1 g of commercially available 4-substituted zinc sulfonate phthalocyanine (Exemplary Compound A-53, manufactured by Frontier Scientific, trade name: ZnPcS-834) in 5 ml of water. The treated substrate was immersed for 5 minutes and heated at 150 ° C. for 30 minutes. Then, the thickness of the substrate washed away with water was measured using an automatic ellipsometer (DHA-XA series, trade name, manufactured by Mizoji Optical Industry Co., Ltd.), and a monolayer of 10 mm was formed on the substrate. I understood it. This was further heated at 400 ° C. for 30 minutes. Similarly, when the film thickness was measured, it was found that a monomolecular film of 8 cm was formed.
From the above results, (1) When heated at 150 ° C., the hydroxy group on SiO 2 on the outermost layer of the substrate and the sulfonic acid group substituted with phthalocyanine form a dehydration condensation to form a covalent bond, thereby forming a monomolecular film. (2) Of the sulfonic acid groups substituted with phthalocyanine, the sulfonic acid groups not bonded to the substrate are eliminated and converted into hydrogen atoms by heating at 400 ° C., and a single molecule of unsubstituted phthalocyanine It was found that a film was formed.
比較例1
4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニン(例示化合物A−53)の代わりに4置換スルホン酸ナトリウム銅フタロシアニン(アルドリッチ社製)を用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行った。基板の膜厚を実施例1と同様にして自動エリプソメータを用いて測定したところ、膜厚は0Åであり、基板上に単分子膜が形成されていないことがわかった。これは、スルホン酸ナトリウム置換基は基板最表層のSiO2上のヒドロキシ基と脱水縮合しないため、加熱後も水による洗浄で洗い流されてしまうためと考えられる。
Comparative Example 1
The same operation as in Example 1 was performed except that 4-substituted sodium sulfonate phthalocyanine (manufactured by Aldrich) was used instead of 4-substituted sulfonate zinc phthalocyanine (Exemplary Compound A-53). When the thickness of the substrate was measured using an automatic ellipsometer in the same manner as in Example 1, it was found that the thickness was 0 mm and no monomolecular film was formed on the substrate. This is presumably because the sodium sulfonate substituent does not undergo dehydration condensation with the hydroxy group on SiO 2 on the outermost surface layer of the substrate, and is washed away with water even after heating.
実施例2
(太陽電池の作製)
ITO電極がパターニングされたガラス基板(2.5cm×2.5cm)を、イソプロピルアルコール中で超音波洗浄した後、乾燥した。さらに、ITO電極表面の有機汚染物質を除去するためにUVオゾン処理を30分間行った。次に、ITO基板上にPEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))/PSS(ポリスチレンスルホン酸)水溶液(BaytronP(標準品)、シュタルク社製)をスピンコート(4000rpm、60秒間)し、120℃で10分間乾燥することにより、膜厚約50nmのホール輸送性バッファ層を形成させた。膜厚は、触針式膜厚計(アルバック社製、商品名:DEKTAK 6M)により測定した(以下同)。
Example 2
(Production of solar cells)
A glass substrate (2.5 cm × 2.5 cm) on which an ITO electrode was patterned was subjected to ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol and then dried. Further, UV ozone treatment was performed for 30 minutes in order to remove organic contaminants on the surface of the ITO electrode. Next, a PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) / PSS (polystyrene sulfonic acid) aqueous solution (BaytronP (standard product), Stark) is spin-coated (4000 rpm, 60 seconds) on the ITO substrate. By drying at 120 ° C. for 10 minutes, a hole transporting buffer layer having a film thickness of about 50 nm was formed. The film thickness was measured with a stylus type film thickness meter (trade name: DEKTAK 6M, manufactured by ULVAC) (hereinafter the same).
次いで、上記の水溶性の4置換スルホン酸亜鉛フタロシアニン(例示化合物A−53)と酸化チタンとのナノ粒子(粒径80nm、アルドリッチ社製)をホモジナイザーで乳化した水混合溶液(15mg+15mg/mL)をバッファ層の上に1000rpmでスピンコートすることで、厚さ200nm以下の厚みがほぼ均一な有機半導体(有機光電変換層)前駆体膜を形成させた。窒素雰囲気下、10℃/分で400℃まで加熱し、400℃で5分間保持することで有機半導体膜へと変換し、光電変換層を作製した。この光電変換層の上に、真空蒸着装置(アルバック社製、商品名:EBX−8C)を用いて、2×10-4以下の真空度で、バッファ層としてLiFを約1nm、金属電極としてアルミニウムを約80nm、順次真空蒸着することにより、有効面積0.04cm2の有機光電変換素子を得た。 Next, a water mixed solution (15 mg + 15 mg / mL) obtained by emulsifying nanoparticles (particle size: 80 nm, manufactured by Aldrich) of the above water-soluble 4-substituted zinc sulfonate phthalocyanine (Exemplary Compound A-53) and titanium oxide with a homogenizer. By spin coating on the buffer layer at 1000 rpm, an organic semiconductor (organic photoelectric conversion layer) precursor film having a substantially uniform thickness of 200 nm or less was formed. In a nitrogen atmosphere, it was heated to 400 ° C. at 10 ° C./min, and held at 400 ° C. for 5 minutes to convert it into an organic semiconductor film, thereby producing a photoelectric conversion layer. On this photoelectric conversion layer, using a vacuum deposition apparatus (trade name: EBX-8C, manufactured by ULVAC), LiF is about 1 nm as a buffer layer and aluminum is used as a metal electrode at a vacuum degree of 2 × 10 −4 or less. The organic photoelectric conversion element having an effective area of 0.04 cm 2 was obtained by sequentially vacuum-depositing the film with a thickness of about 80 nm.
この素子にソーラーシミュレータ(Oriel社製、150W簡易型)を用いてAM1.5、100mW/cm2の擬似太陽光を照射し、電気化学アナライザー(BAS社製、商品名:ALSモデル660B)を用いて電流−電圧特性を測定した。その結果、光電流および光起電力が発生し、良好な光電変換特性を示した。これは有機−無機界面で脱水による結合が生成したことにより、相互間距離が短く、電荷分離能が高いためと考えられる。 This element was irradiated with simulated sunlight of AM1.5 and 100 mW / cm 2 using a solar simulator (Oriel, 150W simple type), and an electrochemical analyzer (trade name: ALS model 660B, manufactured by BAS) was used. The current-voltage characteristics were measured. As a result, photocurrent and photovoltaic power were generated, and good photoelectric conversion characteristics were exhibited. This is thought to be due to the fact that the bond between the organic-inorganic interfaces was generated by dehydration, resulting in a short distance between each other and high charge separation ability.
比較例2
実施例2において水溶性フタロシアニン(例示化合物A−53)の代わりに参考例3の4置換スルホン酸ナトリウム銅フタロシアニン(アルドリッチ社製)を用いたこと以外は実施例2と同様にして有機光電変換素子を作製した。作製した試料について実施例2と同様にして光電変換特性を測定したが、全く光電変換特性を示さなかった。これは、界面で結合が形成せず、また置換基の脱離能も低いために、相互間距離が遠く、電荷分離能が低いためと考えられる。
Comparative Example 2
An organic photoelectric conversion device in the same manner as in Example 2 except that the 4-substituted sodium sulfonate copper phthalocyanine of Reference Example 3 (manufactured by Aldrich) was used instead of the water-soluble phthalocyanine (Exemplary Compound A-53) in Example 2. Was made. The produced sample was measured for photoelectric conversion characteristics in the same manner as in Example 2, but showed no photoelectric conversion characteristics at all. This is presumably because no bond is formed at the interface and the ability to desorb substituents is low, so the distance between them is long and the charge separation ability is low.
Claims (9)
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JP2013535091A (en) * | 2011-03-29 | 2013-09-09 | インハ−インダストリー パートナーシップ インスティテュート | Hybrid layer including oxide layer or organic material layer and organic polymer layer and method for producing the same |
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2008
- 2008-09-29 JP JP2008251558A patent/JP2010087029A/en active Pending
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