JP5187737B2 - FIELD EFFECT TRANSISTOR, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, COMPOUND USED FOR THE SAME, AND INK FOR SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、電界効果トランジスタに関する。更に詳しくは、本発明は特定の有機複素環化合物を半導体材料として用いる電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a field effect transistor. More specifically, the present invention relates to a field effect transistor using a specific organic heterocyclic compound as a semiconductor material and a method for manufacturing the same.
電界効果トランジスタは、一般に、基板上の半導体材料にソース電極、ドレイン電極、及びこれらの電極と絶縁体層を介してゲート電極等を設けた構造を有しており、論理回路素子として集積回路に使用されるほか、スイッチング素子などにも幅広く用いられている。現在、電界効果トランジスタには、シリコンを中心とする無機系の半導体材料が使われており、特にアモルファスシリコンを用いて、ガラスなどの基板上に作成された薄膜トランジスタがディスプレイ等に利用されている。このような無機の半導体材料を用いた場合、電界効果トランジスタの製造時に高温や真空で処理する必要があり、高額な設備投資や、製造に多くのエネルギーを要するため、コストが非常に高いものとなる。又、これらにおいては電界効果トランジスタの製造時に高温に曝されるために基板にはフィルムやプラスチックのような耐熱性が十分でない基板を利用する事が出来ず、その応用範囲が制限されている。 A field effect transistor generally has a structure in which a semiconductor material on a substrate is provided with a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode or the like through these electrodes and an insulator layer. Besides being used, it is also widely used for switching elements. Currently, inorganic semiconductor materials centering on silicon are used for field effect transistors, and thin film transistors formed on a substrate such as glass using amorphous silicon are used for displays and the like. When such an inorganic semiconductor material is used, it is necessary to process the field effect transistor at a high temperature or in a vacuum, and the cost is very high because it requires expensive equipment investment and a lot of energy for manufacturing. Become. In these, since the substrate is exposed to a high temperature during the production of the field effect transistor, a substrate having insufficient heat resistance such as a film or plastic cannot be used as the substrate, and its application range is limited.
これに対して、電界効果トランジスタの製造時に高温での処理を必要としない有機の半導体材料を用いた電界効果トランジスタの研究、開発が行われている。有機材料を用いることにより、低温プロセスでの製造が可能になり、用い得る基板材料の範囲が拡大される。その結果、従来以上にフレキシブルであり、且つ軽量で、壊れにくい電界効果トランジスタの作成が実現可能となってきた。またさらに電界効果トランジスタの作成工程において、有機の半導体材料を含有する溶液を塗布したり、インクジェットなどによる印刷等の手法を採用する事により、大面積の電界効果トランジスタを低コストで製造できる可能性もある。
しかしながら、従来、有機の半導体材料として用いられた化合物は、その多くが有機溶媒に不溶、または極めて難溶性であり、上記の塗布やインクジェット印刷などの安価な手法を用いることができず、比較的コストの高い真空蒸着などの手法で半導体の基板上に薄膜を形成せざるを得ず、実用的に印刷に適する材料(化合物)は殆ど無かった。また有機溶媒に溶解する材料であっても、その半導体特性は実用的なものではなく、例えばキャリア移動度の低い材料しか無いのが現状であった。しかし塗布や印刷などによる半導体の作成を可能とするための半導体材料の開発は重要であり、いくつかの検討がなされている。
特許文献1には、ペンタセンを有機溶媒に分散後、100℃に加熱したシリコン基板に該分散液を塗布することによりペンタセンの薄膜及びトランジスタが形成されることが開示されている。
特許文献2には、ポルフィリン系の化合物を用い、上記の塗布の手法による有機トランジスタの作成法が開示されている。
特許文献3にはベンゾジセレノフェン(下記式(1)において、X1及びX2がセレン原子であり、R1及びR2が水素原子で表される化合物)及びベンゾジチオフェン(下記式(1)において、X1及びX2が硫黄原子であり、R1及びR2が水素原子で表される化合物)のアリール誘導体を用いた電界効果トランジスタが開示されている。
非特許文献1には、特定の置換基を導入し、有機溶媒に可溶なペンタセン誘導体などを用いた有機電界効果トランジスタが開示されている。
非特許文献2には、ベンゾジセレノフェン(下記式(1)において、X1及びX2がセレン原子であり、R1及びR2が水素原子で表される化合物)及びベンゾジチオフェン(下記式(1)において、X1及びX2が硫黄原子であり、R1及びR2が水素原子で表される化合物)のアリール誘導体を用いた電界効果トランジスタが開示されている。
しかし、該アルキル誘導体を電界効果トランジスタに用いた例は知られていない。
On the other hand, research and development of field effect transistors using organic semiconductor materials that do not require high-temperature processing during the manufacture of field effect transistors have been conducted. By using an organic material, manufacturing by a low temperature process becomes possible, and the range of substrate materials that can be used is expanded. As a result, it has become possible to produce a field effect transistor that is more flexible, lighter, and less likely to break. Furthermore, in the field effect transistor creation process, it is possible to manufacture a large-area field effect transistor at low cost by applying a solution containing an organic semiconductor material or adopting a printing method such as inkjet. There is also.
However, many of the compounds conventionally used as organic semiconductor materials are insoluble or extremely insoluble in organic solvents, and it is not possible to use an inexpensive method such as the above-described coating or ink jet printing. A thin film had to be formed on a semiconductor substrate by means of high-cost vacuum deposition or the like, and there were almost no materials (compounds) practically suitable for printing. Moreover, even if it is a material which melt | dissolves in an organic solvent, the semiconductor characteristic is not practical, for example, there was only the material with low carrier mobility, for example. However, it is important to develop a semiconductor material that enables the production of a semiconductor by coating or printing, and several studies have been made.
Non-Patent
Non-Patent
However, an example in which the alkyl derivative is used for a field effect transistor is not known.
本発明は有機溶媒に溶解し実用的な印刷適性をもち、さらに優れたキャリア移動度などの半導体特性を有する、有機半導体材料を用いた安定性に優れた電界効果トランジスタを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a field effect transistor having excellent stability using an organic semiconductor material, which is dissolved in an organic solvent, has practical printability, and has excellent semiconductor properties such as carrier mobility. To do.
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、半導体材料として特定の構造を有する化合物を用いた場合に、この化合物が有機溶媒に可溶で印刷特性を有することにより、塗布法などによる作成が可能で、かつ優れたキャリア移動度を示す電界効果トランジスタが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors have found that when a compound having a specific structure is used as a semiconductor material, the compound is soluble in an organic solvent and has printing characteristics. The inventors have found that a field effect transistor that can be produced by the above method and that exhibits excellent carrier mobility can be obtained, and the present invention has been completed.
即ち、本発明は、
[1].半導体材料として下記式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
That is, the present invention
[1]. A field effect transistor comprising a compound represented by the following formula (1) as a semiconductor material.
(式(1)中、X1及びX2は、同一であり、硫黄原子またはセレン原子を表す。R1及びR2はそれぞれ独立に無置換または置換C4−C20脂肪族炭化水素基を表す。)
[2].式(1)におけるX1及びX2がいずれも硫黄原子である[1]に記載の電界効果トランジスタ。
[3].式(1)におけるR1及びR2がそれぞれ独立に無置換の脂肪族炭化水素基である[1]または[2]に記載の電界効果トランジスタ。
[4].式(1)におけるR1及びR2がそれぞれ独立に飽和の脂肪族炭化水素基である[3]に記載の電界効果トランジスタ。
[5].式(1)におけるR1及びR2がそれぞれ独立に直鎖の脂肪族炭化水素基である[4]に記載の電界効果トランジスタ。
[6].[1]に記載の式(1)の化合物を含有することを特徴とする半導体デバイス作製用インク。
[7].[6]に記載の半導体デバイス作製用インクを基板上に塗布し、乾燥させることにより半導体層を形成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
[8].大気中にて半導体層を形成することを特徴とする[7]に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
[9].半導体層を形成後に熱処理を行うことを特徴とする[7]または[8]に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
[10].熱処理温度が40−120℃であることを特徴とする[9]に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
[11].下記式[1]で表される化合物。
(In the formula (1), X 1 and X 2 are identical and represent an unsubstituted or substituted C4-C20 aliphatic hydrocarbon group, respectively .R 1 and R 2 are independently represents a sulfur atom or selenium atom .)
[ 2 ]. The field effect transistor according to [1], wherein X 1 and X 2 in Formula (1) are both sulfur atoms.
[ 3 ]. The field effect transistor according to [1] or [2] , wherein R 1 and R 2 in formula (1) are each independently an unsubstituted aliphatic hydrocarbon group.
[ 4 ]. The field effect transistor according to [ 3 ], wherein R 1 and R 2 in formula (1) are each independently a saturated aliphatic hydrocarbon group.
[ 5 ]. The field effect transistor according to [ 4 ], wherein R 1 and R 2 in formula (1) are each independently a linear aliphatic hydrocarbon group.
[ 6 ]. An ink for producing a semiconductor device, comprising the compound of formula (1) according to [1] .
[ 7 ]. The manufacturing method of the field effect transistor characterized by forming the semiconductor layer by apply | coating the ink for semiconductor device preparation as described in [ 6 ] on a board | substrate, and making it dry.
[ 8 ]. [ 7 ] The method for producing a field effect transistor according to [ 7 ], wherein the semiconductor layer is formed in the atmosphere.
[ 9 ]. The method for producing a field effect transistor according to [ 7 ] or [ 8 ], wherein heat treatment is performed after forming the semiconductor layer.
[ 10 ]. The method for producing a field effect transistor according to [ 9 ], wherein the heat treatment temperature is 40 to 120 ° C.
[ 11 ]. A compound represented by the following formula [ 1 ].
(式(1)中、X 1 及びX 2 は、同一であり、硫黄原子またはセレン原子を表す。R 1 及びR 2 はそれぞれ独立に無置換または置換C4−C20脂肪族炭化水素基を表す。)
[12].下記式(3)で表される、[11]に記載の化合物。
(In the formula (1), X 1 and X 2 are identical and represent an unsubstituted or substituted C4-C20 aliphatic hydrocarbon group each independently .R 1 and R 2 represents a sulfur atom or selenium atom. )
[ 12 ]. The compound according to [11] , represented by the following formula (3).
(式(3)中、R5及びR6はそれぞれ独立にC2−C18脂肪族炭化水素基を表し、X1及びX2は、同一であり、硫黄原子またはセレン原子を表す。) (Wherein (in 3), R 5 and R 6 each independently represent a C2-C 18 aliphatic hydrocarbon group, X 1 and X 2 are the same. Representing a sulfur atom or selenium atom)
上記式(1)〜(3)で表される特定の構造を有する化合物を半導体材料として用いることにより有機溶媒への溶解性が高く、印刷適性を有することにより、塗布や印刷などの方法により作成が可能で、優れたキャリア移動度を示し、かつ安定性に優れた電界効果トランジスタが得られることを見出し、優れた電界効果トランジスタを提供する事が出来た。 By using a compound having a specific structure represented by the above formulas (1) to (3) as a semiconductor material, it has high solubility in an organic solvent and has printability, so that it is prepared by a method such as coating or printing. Thus, it was found that a field effect transistor having excellent carrier mobility and excellent stability could be obtained, and an excellent field effect transistor could be provided.
本発明を詳細に説明する。
本発明は特定の有機化合物を半導体材料として用いた有機系の電界効果トランジスタであり、該有機化合物として前記式(1)〜(3)で表される化合物を使用する。以下に上記式(1)〜(3)で示される化合物について説明する。
The present invention will be described in detail.
The present invention is an organic field effect transistor using a specific organic compound as a semiconductor material, and the compound represented by the above formulas (1) to (3) is used as the organic compound. The compounds represented by the above formulas (1) to (3) will be described below.
上記式(1)〜(3)中、X1及びX2はそれぞれ独立に硫黄原子、セレン原子、テルル原子を表す。好ましくは硫黄原子、セレン原子でありさらに好ましくは硫黄原子である。
上記式(1)中、R1及びR2はそれぞれ独立に無置換または置換C1−C36脂肪族炭化水素基を表す。上記式(2)中、R3及びR4はそれぞれ独立にC4−C34脂肪族炭化水素基を表す。上記式(3)中、R5及びR6はそれぞれ独立にC2−C32脂肪族炭化水素基を表す。
脂肪族炭化水素基としては飽和又は不飽和の直鎖、分岐鎖又は環状の脂肪族炭化水素基が挙げられる。好ましくは直鎖、分岐鎖の脂肪族炭化水素基であり、さらに好ましくは直鎖の脂肪族炭化水素基である。
炭素数は通常C1−C36であり、好ましくはC2−C24、さらに好ましくはC4−C20である。
直鎖または分岐鎖の飽和脂肪族炭化水素基の例としてはメチル、エチル、プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、iso−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、iso−ペンチル、t−ペンチル、sec−ペンチル、n−ヘキシル、iso−ヘキシル、n−ヘプチル、sec−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、sec−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシル、n−ノナデシル、n−エイコシル、ドコシル、n−ペンタコシル、n−オクタコシル、n−トリコンチル、5−(n−ペンチル)デシル、ヘネイコシル、トリコシル、テトラコシル、ヘキサコシル、ヘプタコシル、ノナコシル、n−トリアコンチル、スクアリル、ドトリアコンチル、ヘキサトリアコンチル等が挙げられる。
又、環状の飽和脂肪族炭化水素基の例としては、シクロヘキシル、シクロペンチル、アダマンチル、ノルボルニル等が挙げられる。
直鎖または分岐鎖の不飽和脂肪族炭化水素基の例としてはビニル、アリル、エイコサジエニル、11,14−エイコサジエニル、ゲラニル(トランス−3,7−ジメチル−2,6−オクタジエン−1−イル)、ファルネシル(トランス,トランス−3,7,11−トリメチル−2,6,10−ドデカトリエン−1−イル)、4−ペンテニル、1−プロピニル、1−ヘキシニル、1−オクチニル、1−デシニル、1−ウンデシニル、1−ドデシニル、1−テトラデシニル、1−ヘキサデシニル、1−ノナデシニル等が挙げられる。
直鎖、分岐鎖及び環状の脂肪族炭化水素基のうち、好ましいものは直鎖または分岐鎖のものであり、さらに好ましいものは直鎖のものである。
飽和または不飽和の脂肪族炭化水素基とは、飽和のものを表すアルキル、炭素−炭素二重結合を含むアルケニル及び炭素−炭素三重結合を含むアルキニルが含まれる。脂肪族炭化水素残基としては、これらが組み合わされたもの、すなわち脂肪族炭化水素基中の一部に炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合を同時に含む場合なども全て含まれる。より好ましくはアルキルまたはアルキニルであり、さらに好ましくはアルキルである。
上記式(1)または式(2)で表されるR1〜R4で表される脂肪族炭化水素残基が不飽和脂肪族炭化水素基である場合、その不飽和炭素−炭素結合は、R1〜R4が置換したベンゼン環と共役する位置、すなわち不飽和炭素−炭素結合の一方の炭素原子が該ベンゼン環に直結しているものがさらに好ましい。この場合も上記と同様にアルケニルよりはアルキニルの方がより好ましい。
The formula (1) to (3), X 1 and X 2 are each independently a sulfur atom, a selenium atom or a tellurium atom. Preferred are a sulfur atom and a selenium atom, and more preferred is a sulfur atom.
In the above formula (1), R 1 and R 2 each independently represents an unsubstituted or substituted C1-C36 aliphatic hydrocarbon group. In the above formula (2), R 3 and R 4 each independently represent a C4-C34 aliphatic hydrocarbon group. In said formula (3), R < 5 > and R < 6 > represents a C2-C32 aliphatic hydrocarbon group each independently.
Examples of the aliphatic hydrocarbon group include saturated or unsaturated linear, branched or cyclic aliphatic hydrocarbon groups. A linear or branched aliphatic hydrocarbon group is preferable, and a linear aliphatic hydrocarbon group is more preferable.
Carbon number is C1-C36 normally, Preferably it is C2-C24, More preferably, it is C4-C20.
Examples of linear or branched saturated aliphatic hydrocarbon groups include methyl, ethyl, propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, t-butyl, n-pentyl, iso-pentyl, t-pentyl, sec-pentyl, n-hexyl, iso-hexyl, n-heptyl, sec-heptyl, n-octyl, n-nonyl, sec-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n- Tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl, n-eicosyl, docosyl, n-pentacosyl, n-octacosyl, n-tricontyl, 5- (n-pentyl) decyl, heneicosyl , Tricosyl, tetracosyl, hexacosyl, heptacosyl, nonacosyl, n-tria Pentyl, Sukuariru, dotriacontyl, hexamethylene triacontyl, and the like.
Examples of the cyclic saturated aliphatic hydrocarbon group include cyclohexyl, cyclopentyl, adamantyl, norbornyl and the like.
Examples of linear or branched unsaturated aliphatic hydrocarbon groups include vinyl, allyl, eicosadienyl, 11,14-eicosadienyl, geranyl (trans-3,7-dimethyl-2,6-octadien-1-yl), Farnesyl (trans, trans-3,7,11-trimethyl-2,6,10-dodecatrien-1-yl), 4-pentenyl, 1-propynyl, 1-hexynyl, 1-octynyl, 1-decynyl, 1- Examples include undecynyl, 1-dodecynyl, 1-tetradecynyl, 1-hexadecynyl, 1-nonadecynyl and the like.
Of the straight-chain, branched-chain and cyclic aliphatic hydrocarbon groups, preferred are straight-chain or branched-chain groups, and more preferred are straight-chain groups.
The saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group includes alkyl representing a saturated one, alkenyl containing a carbon-carbon double bond, and alkynyl containing a carbon-carbon triple bond. Examples of the aliphatic hydrocarbon residue include those in which these are combined, that is, a case where a carbon-carbon double bond and a carbon-carbon triple bond are simultaneously contained in a part of the aliphatic hydrocarbon group. More preferred is alkyl or alkynyl, and further preferred is alkyl.
When the aliphatic hydrocarbon residue represented by R 1 to R 4 represented by the above formula (1) or formula (2) is an unsaturated aliphatic hydrocarbon group, the unsaturated carbon-carbon bond is A position where R 1 to R 4 are conjugated with a substituted benzene ring, that is, one in which one carbon atom of an unsaturated carbon-carbon bond is directly connected to the benzene ring is more preferable. In this case as well, alkynyl is more preferable than alkenyl as described above.
置換の脂肪族炭化水素基とは、上記の脂肪族炭化水素基の任意の位置が、任意の数かつ任意の種類の置換基で置換されているものを意味する。
置換基の例としては、特に制限はないが置換基を有してもよい脂肪族炭化水素基(置換基として例えば芳香族基(例えばフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ピラジル基、フリル基、チエニル基、カルバゾリル基など)、ハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素など)、ニトロ基、アルコキシル基、アルキル置換アミノ基、アリール置換アミノ基、非置換アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、イソシアノ基、ニトロ基、チオアルキル基等が挙げられる。このなかでも芳香族基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基等が好ましい。
なお、上記の基のうち、式(1)におけるR1及びR2としては、炭素−炭素三重結合を含む無置換不飽和脂肪族炭化水素基又は無置換直鎖飽和脂肪族炭化水素基が好ましく、後者がより好ましい。この場合の炭素数は、上記の通りである。また、R1及びR2は、それぞれ独立の基であるよりも、同一の基である方が好ましい。また、該炭素−炭素三重結合を含む場合には、該三重結合は上記ベンゼン環と共役する位置に一つ含む場合が好ましい。
また、式(1)で表される化合物として好ましいものが式(2)又は式(3)で表される化合物である。式(2)におけるR3、式(3)におけるR5は、式(1)におけるR1に対応し、式(2)におけるR4、式(3)におけるR6は、式(1)におけるR2にそれぞれ対応する。従って、好ましい基等については、式(1)において対応するR1及びR2と同じでよい。
The substituted aliphatic hydrocarbon group means a group in which any position of the above aliphatic hydrocarbon group is substituted with any number and any kind of substituent.
Examples of the substituent include, but are not limited to, an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent (for example, an aromatic group (for example, a phenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, a pyrazyl group, a furyl group, Thienyl group, carbazolyl group, etc.), halogen atom (fluorine, chlorine, bromine, iodine, etc.), nitro group, alkoxyl group, alkyl-substituted amino group, aryl-substituted amino group, unsubstituted amino group, acyl group, alkoxycarbonyl group, cyano Group, isocyano group, nitro group, thioalkyl group, etc. Among them, aromatic group, halogen atom, hydroxyl group and the like are preferable.
Of the above groups, R 1 and R 2 in the formula (1) are preferably an unsubstituted unsaturated aliphatic hydrocarbon group or an unsubstituted linear saturated aliphatic hydrocarbon group containing a carbon-carbon triple bond. The latter is more preferable. The carbon number in this case is as described above. R 1 and R 2 are preferably the same group rather than independent groups. When the carbon-carbon triple bond is included, it is preferable that one triple bond is included at a position conjugated with the benzene ring.
Moreover, what is preferable as a compound represented by Formula (1) is a compound represented by Formula (2) or Formula (3). R 3 in formula (2), R 5 in formula (3) corresponds to R 1 in formula (1), R 4 in formula (2), and R 6 in formula (3) are in formula (1). each corresponding to R 2. Accordingly, preferred groups and the like may be the same as the corresponding R 1 and R 2 in the formula (1).
上記式(3)中、R5及びR6で表される無置換または置換脂肪族炭化水素基は、上記式(1)または式(2)で表される化合物におけるR1、R2、R3及びR4において、ベンゼン環に結合する炭素原子、及び、該炭素原子に結合する炭素原子とが炭素−炭素三重結合を形成したものである。従って、R3及びR4で表される脂肪族炭化水素基の具体例は、上記R1及びR2として挙げた基のうち、C1−C34のものであれば、同一の基が挙げられる。
また好ましい基としてもC1−C34で構成されるものであれば同一の基をあげることができる。なお、炭素数の範囲についてもR1〜R4に従う。
In the above formula (3), the unsubstituted or substituted aliphatic hydrocarbon group represented by R 5 and R 6 is R 1 , R 2 , R in the compound represented by the above formula (1) or formula (2). In 3 and R 4 , the carbon atom bonded to the benzene ring and the carbon atom bonded to the carbon atom form a carbon-carbon triple bond. Therefore, specific examples of the aliphatic hydrocarbon group represented by R 3 and R 4 include the same groups as long as they are C1-C34 among the groups listed as R 1 and R 2 above.
Moreover, the same group can be mention | raise | lifted as a preferable group, if it is comprised by C1-C34. Also according to the R 1 to R 4 for a range of carbon atoms.
上記式(1)で表される化合物は、例えば非特許文献2に記載の公知の方法により合成することができる。また例えば、特許文献3に記載の方法に準じて得ることもできる。
すなわち原料の1,4−ジブロモベンゼン(4)を硫酸中ヨウ素と共に加熱することで下記式(5)を得、触媒存在下でトリメチルシリルアセチレン(TMSアセチレン)とソノガシラカップリング反応させ、下記式(6)を得る。下記式(6)をt−ブチルリチウムでリチオ化した後、硫黄やセレンと反応、精製することで下記式(207)を得る。これに塩化ヨウ素などのハロゲン化物を反応させ、ジヨード体(208)などのハロゲン体を得さらにこのジヨード体(208)とアセチレン誘導体を作用させ、カップリング反応を行うことにより、上記式(3)の化合物を得る。
さらに得られた式(3)の化合物を定法により還元(水素付加)することにより、上記式(1)において、R1またはR2が、不飽和の脂肪族炭化水素基(アルケニル)または飽和の脂肪族炭化水素基(アルキル)である化合物が得られる。上記式(3)で表される化合物中のX1及びX2がセレン原子であれば、同様に上記式(2)の化合物が得られる。
下記式(3)は、下記式(4)とアセチレン誘導体とのカップリング反応を示したが、エチレン誘導体とのカップリング反応も同様に進行し、この場合には下記式(3)における炭素−炭素三重結合の代わりに、この部分が炭素−炭素二重結合であるアルケニル誘導体が得られる。このアルケニル化合物も、上記式(1)の化合物に含まれる。
下記式(3)の化合物の還元反応の条件、例えば還元反応に用いる反応試薬の種類及び量、及び反応溶媒、及びこれらの組合せを適宜選択すれば、還元反応を炭素−炭素二重結合まで進行させた状態で止めることも、また飽和の脂肪族炭化水素となるまで進行させることも可能である。
The compound represented by the above formula (1) can be synthesized, for example, by a known method described in
That is, the
Further, the obtained compound of the formula (3) is reduced (hydrogenated) by a conventional method, whereby in the above formula (1), R 1 or R 2 is an unsaturated aliphatic hydrocarbon group (alkenyl) or saturated A compound which is an aliphatic hydrocarbon group (alkyl) is obtained. When X 1 and X 2 in the compound represented by the above formula (3) are selenium atoms, the compound of the above formula (2) is obtained in the same manner.
The following formula (3) showed a coupling reaction between the following formula (4) and an acetylene derivative, but the coupling reaction with the ethylene derivative proceeded in the same manner. In this case, the carbon- Instead of a carbon triple bond, an alkenyl derivative is obtained in which this moiety is a carbon-carbon double bond. This alkenyl compound is also included in the compound of the above formula (1).
If the conditions for the reduction reaction of the compound of the following formula (3), for example, the type and amount of the reaction reagent used in the reduction reaction, the reaction solvent, and a combination thereof are appropriately selected, the reduction reaction proceeds to the carbon-carbon double bond. It is possible to stop in the state of being allowed to proceed, or to proceed until saturated aliphatic hydrocarbons are obtained.
(上記式(207)及び(208)の化合物中、X1及びX2は、上記式(1)におけるのと同じ意味を表す。) (In the compounds of the above formulas (207) and (208), X 1 and X 2 represent the same meaning as in the above formula (1).)
上記式(1)〜式(3)で表される化合物の精製方法は、特に限定されず、再結晶、カラムグロマトグラフィー、及び真空昇華精製等の公知の方法が採用できる。また必要に応じてこれらの方法を組合わせて用いてもよい。 The method for purifying the compounds represented by the above formulas (1) to (3) is not particularly limited, and known methods such as recrystallization, column chromatography, and vacuum sublimation purification can be employed. Moreover, you may use these methods in combination as needed.
下記表1に上記式(1)〜(3)で表される化合物の具体例を示す。Phとはフェニル基、Npとはナフチル基、Thとはチエニル基を示す。なお、便宜上、表中の化合物は上記式(1)で表される化合物に基づいて表記する。 Table 1 below shows specific examples of the compounds represented by the above formulas (1) to (3). Ph represents a phenyl group, Np represents a naphthyl group, and Th represents a thienyl group. For convenience, the compounds in the table are expressed based on the compound represented by the above formula (1).
本発明の電界効果トランジスタ(Field effect transistor、以下FETと略することがある)は、半導体に接して2つの電極、すなわちソース電極及びドレイン電極があり、その電極間に流れる電流を、ゲート電極と呼ばれるもう一つの電極に印加する電圧で制御するものである。 A field effect transistor (hereinafter sometimes abbreviated as FET) of the present invention has two electrodes in contact with a semiconductor, that is, a source electrode and a drain electrode. It is controlled by a voltage applied to another electrode called.
一般に、電界効果トランジスタは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。絶縁膜に金属酸化膜を用いるものはMOS構造と呼ばれる。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(MES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。 In general, a field-effect transistor often has a structure in which a gate electrode is insulated by an insulating film (Metal-Insulator-Semiconductor: MIS structure). An insulating film using a metal oxide film is called a MOS structure. In addition, there is a structure in which a gate electrode is formed via a Schottky barrier (MES structure), but in the case of an FET using an organic semiconductor material, a MIS structure is often used.
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、本発明はこれらの構造には限られない。
図1に、本発明の電界効果トランジスタのいくつかの態様例を示す。各例において、1がソース電極、2が半導体層、3がドレイン電極、4が絶縁体層、5がゲート電極、6が基板をそれぞれ表す。尚、各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。A〜Dは基板と並行方向に電流が流れるので、横型FETと呼ばれる。Aはボトムコンタクト構造、Bはトップコンタクト構造と呼ばれる。また、Cは有機単結晶のFET作成によく用いられる構造で、半導体層上にソース及びドレイン電極、絶縁体層を設け、さらにその上にゲート電極を形成している。Dはトップ&ボトムコンタクト型トランジスタと呼ばれる構造である。Eは縦型の構造をもつFET、すなわち静電誘導トランジスタ(SIT)の模式図である。このSIT構造によれば、電流の流れが平面状に広がるので一度に大量のキャリアが移動できる。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、大電流を流す、あるいは高速のスイッチングを行うなどの用途に好ましく適用できる。なお図1中のEには、基板を記載していないが、通常の場合、図1E中の1および3で表されるソース及びドレイン電極の外側には基板が設けられる。
Hereinafter, although the field effect transistor of this invention is demonstrated in detail using figures, this invention is not limited to these structures.
FIG. 1 shows some embodiments of the field effect transistor of the present invention. In each example, 1 represents a source electrode, 2 represents a semiconductor layer, 3 represents a drain electrode, 4 represents an insulator layer, 5 represents a gate electrode, and 6 represents a substrate. In addition, arrangement | positioning of each layer and an electrode can be suitably selected according to the use of an element. A to D are called lateral FETs because a current flows in a direction parallel to the substrate. A is called a bottom contact structure, and B is called a top contact structure. C is a structure often used for producing an organic single crystal FET. A source and drain electrodes and an insulator layer are provided on a semiconductor layer, and a gate electrode is further formed thereon. D has a structure called a top & bottom contact type transistor. E is a schematic diagram of an FET having a vertical structure, that is, a static induction transistor (SIT). According to this SIT structure, a large amount of carriers can move at a time because the current flow spreads in a plane. 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 uses such as flowing a large current or performing high-speed switching. In FIG. 1, E does not indicate a substrate, but in the normal case, a substrate is provided outside the source and drain electrodes represented by 1 and 3 in FIG. 1E.
各態様例における各構成要素につき説明する。
基板6は、その上に形成される各層が剥離することなく保持できることが必要である。例えば樹脂板やフィルム、紙、ガラス、石英、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物、樹脂と無機材料など各種組合せからなる材料等が使用しうる。使用しうる樹脂フィルムの例としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。樹脂フィルムや紙を用いると、半導体素子に可撓性を持たせることができ、フレキシブルで、軽量となり、実用性が向上する。基板の厚さとしては、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。
Each component in each embodiment will be described.
The
ソース電極1、ドレイン電極3、ゲート電極5には導電性を有する材料が用いられる。例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金;InO2、ZnO2、SnO2、ITO等の導電性酸化物;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、ポリパラフェニレンビニレン、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使用できる。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。その際のドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、リチウム、ナトリウム、カリウム等の金属原子等が用いられる。また、上記材料にカーボンブラックや金、白金、銀、銅などの金属粒子などを分散した導電性の複合材料も用いられる。
各電極1、3、5には配線が連結されるが、配線も電極とほぼ同様の材料により作製される。
A conductive material is used for the
A wiring is connected to each of the
絶縁体層4としては絶縁性を有する材料が用いられる。例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、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、ポリアミド、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、酸化タンタル等の酸化物;SrTiO3、BaTiO3等の強誘電性酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物;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使用しうる。絶縁体層4の膜厚は、材料によって異なるが、通常0.1nm〜100μm、好ましくは0.5nm〜50μm、より好ましくは5nm〜10μmである。
An insulating material is used for the
半導体層2の材料としては、前記式(1)〜(3)で表される化合物が用いられる。半導体の材料としては、上記式(1)で言えば、そのアルケニル誘導体及びアルキニル誘導体よりもアルキル誘導体が好ましい。
半導体層2の材料としては上記式(1)〜(3)で表される化合物の数種類を混合して用いても良いが、式(1)〜(3)で表される化合物を総量で50重量%以上、好ましくは80重量%以上、更に好ましくは95重量%以上含むことが必要である。電界効果トランジスタの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や各種添加剤が混合されていても良い。また半導体層2は複数の層から成っても良い。
半導体層2の膜厚は、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。A、B及びDに示すような横型の電界効果トランジスタにおいては、所定以上の膜厚があれば半導体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膜厚が適当な範囲にあることが好ましい。半導体が必要な機能を示すために半導体層の膜厚は、通常、0.1nm〜10μm、好ましくは0.5nm〜5μm、より好ましくは1nm〜3μmである。
As the material of the
As a material of the
The thickness of the
本発明の電界効果トランジスタには上記した各層の間や、半導体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小さくすることができ、また、デバイスのON/OFF比を上げることが出来るなど、電気的特性を安定化できる利点もある。
保護層の材料として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用いられ、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)が好ましい。近年、有機ELディスプレイ用に開発されている保護材料も使用が可能である。保護層の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を採用できるが、通常100nm〜1mmである。
In the field effect transistor of the present invention, other layers can be provided between the above-described layers or on the outer surface of the semiconductor element as necessary. For example, if a protective layer is formed directly on the semiconductor layer or via another layer, the influence of outside air such as humidity can be reduced, and the ON / OFF ratio of the device can be increased. There is also an advantage that the mechanical characteristics can be stabilized.
Although it does not specifically limit as a material of a protective layer, For example, the film | membrane which consists of various resins, such as acrylic resins, such as an epoxy resin and polymethylmethacrylate, polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, a fluororesin, polyolefin, silicon oxide, aluminum oxide, A film made of a dielectric such as an inorganic oxide film or a nitride film, such as silicon nitride, is preferably used, and a resin (polymer) having a low oxygen or moisture permeability and a low water absorption rate is particularly preferable. In recent years, protective materials developed for organic EL displays can also be used. Although the film thickness of a protective layer can employ | adopt arbitrary film thickness according to the objective, it is 100 nm-1 mm normally.
また半導体層が積層される基板または絶縁体層上などに予め表面処理を行うことにより、デバイスの特性を向上させることが可能である。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により、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ことがある。そのため、基板などへの表面処理によって、基板などとその後に成膜される半導体層との界面部分の分子配向が制御されること、また基板や絶縁体層上のトラップ部位が低減されることにより、キャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。トラップ部位とは、未処理の基板に存在する例えば水酸基のような官能基をさし、このような官能基が存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果としてキャリア移動度が低下する。従って、トラップ部位を低減することもキャリア移動度等の特性改良には有効な場合が多い。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、又繊維等を利用したラビング処理等が挙げられる。 In addition, it is possible to improve device characteristics by performing surface treatment in advance on a substrate or an insulator layer on which a semiconductor layer is stacked. 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 can vary greatly depending on the state of the film, such as molecular orientation. Therefore, the surface treatment on the substrate or the like controls the molecular orientation at the interface between the substrate and the semiconductor layer to be formed thereafter, and reduces the trap sites on the substrate and the insulator layer. It is considered that characteristics such as carrier mobility are improved. The trap site refers to a functional group such as a hydroxyl group present in an untreated substrate. When such a functional group is present, electrons are attracted to the functional group, and as a result, carrier mobility is lowered. . Therefore, reducing trap sites is often effective for improving characteristics such as carrier mobility. 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. Electrical treatment such as alkali treatment with ozone, ozone treatment, fluorination treatment, plasma treatment with oxygen and argon, Langmuir / Blodgett film formation process, other insulator and semiconductor thin film formation process, mechanical process, corona discharge, etc. Examples thereof include a rubbing treatment using a treatment or fibers.
これらの態様において各層を設ける方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が適宜採用できる。コストや手間の問題を考慮すると、塗布法や、例えばインクジェット印刷などを用いる印刷法を使用するのが好ましい。 As a method of providing each layer in these embodiments, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method, or the like can be appropriately employed. In consideration of cost and labor, it is preferable to use a coating method or a printing method using, for example, ink jet printing.
次に、本発明の電界効果トランジスタの製造方法について、図1の態様例Aに示すボトムコンタクト型電界効果トランジスタ(FET)を例として、図2に基づき以下に説明する。
この製造方法は前記した他の態様の電界効果トランジスタ等にも同様に適用しうるものである。
Next, the manufacturing method of the field effect transistor of the present invention will be described below with reference to FIG. 2, taking the bottom contact type field effect transistor (FET) shown in the embodiment example A of FIG.
This manufacturing method can be similarly applied to the field effect transistors of the other embodiments described above.
(基板及び基板処理)
本発明の電界効果トランジスタは、基板6上に必要な各種の層や電極を設けることで作製される(図2(1)参照)。基板としては上記で説明したものが使用できる。この基板上に前述の表面処理などを行う事も可能である。基板6の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。材料によっても異なるが、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。又、必要により、基板に電極の機能を持たせるようにしてもよい。
(Substrate and substrate processing)
The field effect transistor of the present invention is manufactured by providing various layers and electrodes necessary on the substrate 6 (see FIG. 2A). As the substrate, those described above can be used. It is also possible to perform the above-described surface treatment on this substrate. The thickness of the
(ゲート電極の形成)
基板6上にゲート電極5を形成する(図2(2)参照)。電極材料としては上記で説明したものが用いられる。電極膜を成膜する方法としては、各種の方法を用いることが出来、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等が採用される。成膜時又は成膜後、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のが好ましい。パターニングの方法としても各種の方法を用いうるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。又、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し、パターニングすることも可能である。ゲート電極5の膜厚は、材料によっても異なるが、通常0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。又、ゲート電極と基板を兼ねる場合は上記の膜厚より大きくてもよい。
(Formation of gate electrode)
A
(絶縁体層の形成)
ゲート電極5上に絶縁体層4を形成する(図2(3)参照)。絶縁体材料としては上記で説明したもの等が用いられる。絶縁体層4を形成するにあたっては各種の方法を用いうる。例えばスピンコーティング、スプレイコーティング、ディップコーティング、キャスト、バーコート、ブレードコーティングなどの塗布法、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット等の印刷法、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、CVD法などのドライプロセス法が挙げられる。その他、ゾルゲル法や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が採用される。
尚、絶縁体層と半導体層が接する部分においては、両層の界面で半導体を構成する分子、例えば上記式(1)〜(3)で表される化合物の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もできる。表面処理の手法は、基板の表面処理と同様のものを用いうる。絶縁体層4の膜厚は、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。通常0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜50μmであり、より好ましくは5nm〜10μmである。
(Formation of insulator layer)
An
In the portion where the insulator layer and the semiconductor layer are in contact, in order to satisfactorily orient the molecules constituting the semiconductor at the interface between the two layers, for example, the molecules of the compounds represented by the above formulas (1) to (3), A predetermined surface treatment can also be performed on the insulator layer. As the surface treatment method, the same surface treatment as that of the substrate can be used. The thickness of the
(ソース電極及びドレイン電極の形成)
ソース電極1及びドレイン電極3の形成方法等はゲート電極5の場合に準じて形成することが出来る(図2(4)参照)。
(Formation of source electrode and drain electrode)
The
(半導体層の形成)
半導体材料としては上記で説明したように、前記式(1)〜(3)で表される化合物、または数種の該化合物の混合物を総量で50重量%以上含む有機材料が使用される。半導体層を成膜するにあたっては、各種の方法を用いることが出来る。スパッタリング法、CVD法、分子線エピタキシャル成長法、真空蒸着法等の真空プロセスでの形成方法と、ディップコート法、ダイコーター法、ロールコーター法、バーコーター法、スピンコート法等の塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクト印刷法などの溶液プロセスでの形成方法に大別される。以下、半導体層の形成方法について詳細に説明する。
(Formation of semiconductor layer)
As described above, as the semiconductor material, an organic material containing a compound represented by the above formulas (1) to (3) or a mixture of several kinds of the compounds in a total amount of 50% by weight or more is used. Various methods can be used for forming the semiconductor layer. Formation method in vacuum process such as sputtering method, CVD method, molecular beam epitaxial growth method, vacuum deposition method, coating method such as dip coating method, die coater method, roll coater method, bar coater method, spin coating method, ink jet method In addition, it is roughly classified into formation methods in solution processes such as screen printing, offset printing, and microcontact printing. Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer will be described in detail.
まず、有機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説明する。
前記有機材料をルツボや金属のボート中で真空下、加熱し、蒸発した有機材料を基板(絶縁体層、ソース電極及びドレイン電極の露出部)に付着(蒸着)させる方法(真空蒸着法)が好ましく採用される。この際、真空度は、通常1.0×10−1Pa以下、好ましくは1.0×10−4Pa以下である。また、蒸着時の基板温度によって有機半導体層(膜)、ひいては電界効果トランジスタの特性が変化するので、注意深く基板温度を選択するのが好ましい。蒸着時の基板温度は通常、0〜200℃、好ましくは10〜150℃である。また、蒸着速度は、通常0.001nm/秒〜10nm/秒であり、好ましくは0.01nm/秒〜1nm/秒である。有機材料から形成される有機半導体層の膜厚は、通常0.1nm〜10μm、好ましくは0.5nm〜5μm、より好ましくは1nm〜3μmである。
尚、有機半導体層形成のための有機材料を加熱、蒸発させ基板に付着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。
First, a method for obtaining an organic semiconductor layer by forming an organic material by a vacuum process will be described.
A method (vacuum deposition method) in which the organic material is heated in a crucible or a metal boat under vacuum and the evaporated organic material is attached (deposited) to a substrate (exposed portions of the insulator layer, the source electrode and the drain electrode). Preferably employed. Under the present circumstances, a vacuum degree is 1.0 * 10 < -1 > Pa or less normally, Preferably it is 1.0 * 10 <-4> Pa or less. In addition, since the characteristics of the organic semiconductor layer (film) and hence the field effect transistor vary depending on the substrate temperature during vapor deposition, it is preferable to carefully select the substrate temperature. The substrate temperature during vapor deposition is usually 0 to 200 ° C, preferably 10 to 150 ° C. The deposition rate is usually 0.001 nm / second to 10 nm / second, preferably 0.01 nm / second to 1 nm / second. The film thickness of the organic semiconductor layer formed from an organic material is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 3 μm.
Instead of heating and evaporating the organic material for forming the organic semiconductor layer and attaching it to the substrate, a sputtering method in which accelerated ions such as argon collide with the material target to knock out material atoms and attach them to the substrate. It may be used.
次に、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説明する。本発明における半導体材料は、有機溶媒に溶解しやすく、この溶液プロセスにより実用的な半導体特性が得られる。塗布による製造方法は製造時の環境を真空や高温状態にする必要が無い為、大面積の電界効果トランジスタを低コストで実現できるため有利であり、各種の半導体層を作製する方法の中でも好ましい。 Next, a method for obtaining an organic semiconductor layer by forming an organic semiconductor material by a solution process will be described. The semiconductor material in the present invention is easily dissolved in an organic solvent, and practical semiconductor characteristics can be obtained by this solution process. Since the manufacturing method by coating does not require a manufacturing environment to be in a vacuum or a high temperature state, it is advantageous because a large-area field effect transistor can be realized at low cost, and is preferable among methods for manufacturing various semiconductor layers.
まず式(1)〜(3)の化合物を溶媒に溶解することで半導体デバイス作製用のインクを調製する。この時の溶媒としては化合物が溶解し、基板上に成膜することが出来れば特に限定されるものではない。溶媒としては有機溶媒が好ましく、具体的にはクロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲノ炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール系溶媒;オクタフルオロペンタノール、ペンタフルオロプロパノールなどのフッ化アルコール系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル、炭酸ジエチルなどのエステル系溶媒;トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどの芳香族炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;テトラヒドロフラン、ジイソブチルエーテルなどのエーテル系溶媒などを用いることが出来る。これらは単独でも、混合して使用することも出来る。
インク中における上記式(1)〜(3)の化合物またはこれらの混合物の総量の濃度は、溶媒の種類や、作製する半導体層の膜厚によって異なるが、0.001%から50%程度、好ましくは0.01%から20%程度が挙げられる。
半導体層の成膜性の向上や、後述のドーピングなどの為に添加剤や他の半導体材料を混合することも可能である。
インクを使用する際には半導体材料などの材料を上記の溶媒に溶解させ、必要であれば加熱溶解処理を行う。さらに得られた溶液をフィルターを用いてろ過し、不純物などの固形分を除去することにより、半導体デバイス作製用のインクが得られる。このようなインクを用いると、半導体層の成膜性の向上が見られ、半導体層を作製する上で好ましい。
First, an ink for producing a semiconductor device is prepared by dissolving the compounds of the formulas (1) to (3) in a solvent. The solvent at this time is not particularly limited as long as the compound dissolves and a film can be formed on the substrate. The solvent is preferably an organic solvent, specifically, a halogeno hydrocarbon solvent such as chloroform, methylene chloride, or dichloroethane; an alcohol solvent such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, or butanol; an octafluoropentanol, pentafluoropropanol, or the like. Fluorinated alcohol solvents; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl benzoate and diethyl carbonate; aromatic hydrocarbon solvents such as toluene, xylene, benzene, chlorobenzene and dichlorobenzene; acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone Ketone solvents such as cyclopentanone and cyclohexanone; amide solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; tetrahydrofuran, diisobuty Etc. can be used ether solvents such as ether. These can be used alone or in combination.
The concentration of the total amount of the compounds of the above formulas (1) to (3) or a mixture thereof in the ink varies depending on the type of solvent and the thickness of the semiconductor layer to be produced, but is preferably about 0.001% to 50%. Is about 0.01% to 20%.
Additives and other semiconductor materials can be mixed for the purpose of improving the film formability of the semiconductor layer and doping described later.
When ink is used, a material such as a semiconductor material is dissolved in the above solvent, and if necessary, a heat dissolution treatment is performed. Furthermore, the obtained solution is filtered using a filter to remove solids such as impurities, thereby obtaining an ink for producing a semiconductor device. When such an ink is used, the film formability of the semiconductor layer is improved, which is preferable for manufacturing the semiconductor layer.
上記のようにして調製した半導体デバイス作製用のインクを、基板(絶縁体層、ソース電極及びドレイン電極の露出部)に塗布する。塗布の方法としては、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、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・グラビア印刷等の印刷法、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採用しうる。更に、塗布方法に類似した方法として水面上に上記のインクを滴下することにより作製した半導体層の単分子膜を基板に移し積層するラングミュアプロジェクト法、液晶や融液状態の材料を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採用出来る。この方法により作製される有機半導体層の膜厚は、機能を損なわない範囲で、薄い方が好ましい。膜厚が大きくなると漏れ電流が大きくなる懸念がある。有機半導体層の膜厚は、通常0.1nm〜10μm、好ましくは0.5nm〜5μm、より好ましくは1nm〜3μmである。 The ink for manufacturing a semiconductor device prepared as described above is applied to the substrate (exposed portions of the insulator layer, the source electrode, and the drain electrode). Coating methods include casting, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, spray coating and other coating methods, inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, gravure printing, and other micro contact methods. A soft lithography technique such as a printing method, or a combination of these techniques may be employed. Furthermore, as a method similar to the coating method, the Langmuir project method in which a monomolecular film of a semiconductor layer produced by dropping the above-described ink on the water surface is transferred to a substrate and laminated, and two substrates of liquid crystal or melted material are used. It is also possible to adopt a method of sandwiching between the substrates or introducing between the substrates by capillary action. The film thickness of the organic semiconductor layer produced by this method is preferably thinner as long as the function is not impaired. There is a concern that the leakage current increases as the film thickness increases. The film thickness of the organic semiconductor layer is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 5 μm, more preferably 1 nm to 3 μm.
このように作製された半導体層(図2(5)参照)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、熱処理により、成膜時に生じた膜中の歪みが緩和されること、ピンホール等が低減されること、膜中の配列・配向が制御できると考えられていること等の理由により、半導体特性の向上や安定化を図ることができる。本発明の電界効果トランジスタの作成時にはこの熱処理を行うことが特性の向上の為には効果的である。本熱処理は半導体層を形成した後に基板を加熱することによって行う。熱処理の温度は特に制限は無いが通常、室温から150℃程度で、好ましくは40℃から120℃、さらに好ましくは45℃から100℃である。この時の時間については特に制限は無いが通常1分から24時間、好ましくは2分から3時間程度である。その時の雰囲気は大気中でも良いが、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下でも良い。
熱処理は半導体層が形成されていればどの段階で行ってもよいが、半導体層に加えて電極を形成した後に熱処理を行う方が、電極の形成前に行うよりもより好ましい。
またその他の半導体層の後処理方法として、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や、酸化性あるいは還元性の液体などと処理することにより、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ものである。
The semiconductor layer thus manufactured (see FIG. 2 (5)) can be further improved in characteristics by post-processing. For example, it is considered that the heat treatment reduces strain in the film generated during film formation, reduces pinholes, etc., and can control the arrangement and orientation in the film. The characteristics can be improved and stabilized. In order to improve the characteristics, it is effective to perform this heat treatment when producing the field effect transistor of the present invention. This heat treatment is performed by heating the substrate after forming the semiconductor layer. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually about room temperature to 150 ° C, preferably 40 ° C to 120 ° C, more preferably 45 ° C to 100 ° C. The time at this time is not particularly limited, but is usually from 1 minute to 24 hours, preferably from about 2 minutes to 3 hours. The atmosphere at that time may be air, but may be an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
The heat treatment may be performed at any stage as long as the semiconductor layer is formed, but it is more preferable to perform the heat treatment after forming the electrode in addition to the semiconductor layer than before forming the electrode.
As another post-treatment method for the semiconductor layer, a property change due to oxidation or reduction may be induced by treatment with an oxidizing or reducing gas such as oxygen or hydrogen or an oxidizing or reducing liquid. it can. This is used, for example, for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film.
また、ドーピングと呼ばれる手法において、微量の元素、原子団、分子、高分子を半導体層に加えることにより、半導体層特性を変化させることができる。例えば、酸素及び水素など、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF5、AsF5、FeCl3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ことが出来る。これは、半導体層に対して、これらのガスを接触させたり、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半導体層の作製後でなくても、半導体材料の合成時に添加したり、半導体デバイス作製用のインクを用いて半導体層を作製するプロセスでは、そのインクに添加したり、さらに例えば特許文献2に開示された前駆体薄膜を形成する工程段階などで添加することができる。また蒸着時に半導体層を形成する材料に、ドーピングに用いる材料を添加して共蒸着したり、半導体層を作製する時の周囲の雰囲気に混合したり(ドーピング材料を存在させた環境下で半導体層を作製する)、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。
In addition, in a technique called doping, semiconductor layer characteristics can be changed by adding a trace amount of elements, atomic groups, molecules, and polymers to the semiconductor layer. For example, oxygen and hydrogen, acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and sulfonic acid, Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 , and FeCl 3 , halogen atoms such as iodine, metal atoms such as sodium and potassium, and the like can be doped. . This can be achieved by bringing these gases into contact with the semiconductor layer, immersing them in a solution, or performing an electrochemical doping process. These dopings may be added during the synthesis of the semiconductor material, even after the semiconductor layer is not formed, or may be added to the ink in the process of manufacturing the semiconductor layer using the ink for manufacturing the semiconductor device. It can be added in the process step of forming the precursor thin film disclosed in
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る。この様なドーピングは、特にシリコンなどの無機系の材料を用いた半導体素子では良く利用されているものである。 These doping effects include changes in electrical conductivity due to increase or decrease in carrier density, changes in carrier polarity (p-type and n-type), changes in Fermi level, and the like. Such doping is often used particularly in semiconductor elements using inorganic materials such as silicon.
(保護層)
半導体層上に保護層7を形成すると、外気の影響を最小限にでき、又、有機電界効果トランジスタの電気的特性を安定化できるという利点がある(図2(6)参照)。保護層材料としては前記のものが使用される。
保護層7の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を採用できるが、通常100nm〜1mmである。
保護層を成膜するにあたっては各種の方法を採用しうるが、保護層が樹脂からなる場合は、例えば、樹脂を含有する溶液を塗布後、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、ゾルゲル法等の溶液プロセスでの形成方法も用いることができる。
本発明の電界効果トランジスタにおいては半導体層上の他、各層の間にも必要に応じて保護層を設けることが出来る。それらの層は有機電界効果トランジスタの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。
(Protective layer)
Forming the
Although the film thickness of the
Various methods can be employed to form the protective layer. When the protective layer is made of a resin, for example, a solution containing a resin is applied and then dried to form a resin film, or a resin monomer is applied. Or the method of superposing | polymerizing after vapor deposition 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 such as a sol-gel method can be used.
In the field effect transistor of the present invention, a protective layer can be provided between the layers as needed in addition to the semiconductor layer. These layers may help to stabilize the electrical properties of the organic field effect transistor.
本発明は、有機材料を半導体材料として用いているため比較的低温プロセスでの製造が可能である。従って、高温にさらされる条件下では使用できなかったプラスチック板、プラスチックフィルム等フレキシブルな材質も基板として用いることができる。その結果、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい素子の製造が可能になり、ディスプレイのアクティブマトリクスのスイッチング素子等として利用することができる。ディスプレイとしては、例えば液晶ディスプレイ、高分子分散型液晶ディスプレイ、電気泳動型ディスプレイ、ELディスプレイ、エレクトロクロミック型ディスプレイ、粒子回転型ディスプレイ等が挙げられる。さらに本発明の電界効果トランジスタは塗布などの溶液プロセスでの製造が可能であることから、これまでの蒸着等の真空プロセスを用いなければ製造できなかった材料に比べても、大面積ディスプレイの製造にも適しており、従来のものと比較して非常に低コストで電界効果トランジスタを得ることが出来る。 Since an organic material is used as a semiconductor material, the present invention can be manufactured by a relatively low temperature process. Accordingly, flexible materials such as plastic plates and plastic films that could not be used under conditions exposed to high temperatures can be used as the substrate. As a result, it is possible to manufacture a light, flexible, and hard-to-break element, which can be used as a switching element for an active matrix of a display. Examples of the display include a liquid crystal display, a polymer dispersion type liquid crystal display, an electrophoretic display, an EL display, an electrochromic display, a particle rotation type display, and the like. Furthermore, since the field effect transistor of the present invention can be manufactured by a solution process such as coating, it is possible to manufacture a large-area display compared to materials that could not be manufactured without using a vacuum process such as conventional vapor deposition. Therefore, a field effect transistor can be obtained at a very low cost as compared with the conventional one.
本発明の電界効果トランジスタは、メモリー回路素子、信号ドライバー回路素子、信号処理回路素子などのデジタル素子やアナログ素子としても利用できる。さらにこれらを組み合わせることによりICカードやICタグの作製が可能となる。更に、本発明の電界効果トランジスタは化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、FETセンサーとしての利用も可能である。 The field effect transistor of the present invention can also be used as digital elements and analog elements such as memory circuit elements, signal driver circuit elements, and signal processing circuit elements. Further, by combining these, it is possible to produce an IC card or an IC tag. Furthermore, since the field effect transistor of the present invention can change its characteristics by an external stimulus such as a chemical substance, it can be used as an FET sensor.
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、電導度、絶縁層の静電容量、素子の構成(ソース・ドレイン電極間距離及び幅、絶縁層の膜厚等)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のうち、半導体層の材料としては、キャリア移動度の高いものほど好ましい。上記式(1)〜(3)の化合物、特に上記式(1)の化合物は半導体層材料として用いた場合に成膜性が良く、大面積への適用性がある。また該化合物は低コストで製造できる。さらにペンタセン誘導体などは、大気中においては大気に含まれる水分などにより分解を生じるなど、不安定で取扱が難しい化合物であるが、本発明の上記式(1)〜(3)で表される化合物を半導体層の材料として用いた場合には、半導体層の作製後においても安定性が高く寿命が長いという利点がある。 The operating characteristics of the field effect transistor are determined by the carrier mobility of the semiconductor layer, the conductivity, the capacitance of the insulating layer, the element configuration (distance and width between source and drain electrodes, film thickness of the insulating layer, etc.), and the like. Of the semiconductor materials used for the field effect transistor, the higher the carrier mobility, the more preferable as the material for the semiconductor layer. The compounds of the above formulas (1) to (3), particularly the compound of the above formula (1), have good film formability when used as a semiconductor layer material, and are applicable to a large area. The compound can be produced at a low cost. Further, pentacene derivatives and the like are unstable and difficult to handle compounds such as decomposition in the atmosphere due to moisture contained in the atmosphere, but the compounds represented by the above formulas (1) to (3) of the present invention. Is used as a material for the semiconductor layer, there is an advantage that it is stable and has a long life even after the semiconductor layer is manufactured.
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。実施例中、部は特に指定しない限り質量部を、また%は質量%をそれぞれ表す。又、記号Arはアルゴンを表す。
合成例にて得られた各種の化合物は、必要に応じて1H−NMR、13C−NMR(NMRは核磁気共鳴スペクトル)、MS(質量分析スペクトル)、mp(融点)、及び元素分析の各種の測定を行うことによりその構造式を決定した。測定機器は以下の通りである。
NMR :JEOL Lambda 400 spectrometer
MS :Shimadzu QP−5050A
元素分析:Parkin Elmer2400 CHN型元素分析計
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated still in detail, this invention is not limited to these examples. In the examples, unless otherwise specified, parts represent parts by mass, and% represents mass%. The symbol Ar represents argon.
The various compounds obtained in the synthesis examples are 1 H-NMR, 13 C-NMR (NMR is a nuclear magnetic resonance spectrum), MS (mass spectrometry spectrum), mp (melting point), and elemental analysis as necessary. The structural formula was determined by performing various measurements. The measuring equipment is as follows.
NMR: JEOL Lambda 400 spectrometer
MS: Shimadzu QP-5050A
Elemental analysis: Parkin Elmer2400 CHN type elemental analyzer
合成例1
1,4−Dibromo−2,5−diiodobenzene (5)の合成
Synthesis example 1
Synthesis of 1,4-Dibromo-2,5-diodobenzene (5)
1,4−ジブロモベンゼン(4)(34.8g,148mmol)、ヨウ素(144g,583mmol)を98%濃硫酸溶液(480ml)に加え、6時間125〜135℃で加熱した。それを亜硫酸水素ナトリウム水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水の順に洗浄し、一晩乾燥した。ベンゼンから再結晶することで無色針状晶を得た。(53g,74%)
1H−NMR(60MHz,CDCl3)δ7.97(s,2H,3,6位)
m.p.158−165℃
1,4-Dibromobenzene (4) (34.8 g, 148 mmol) and iodine (144 g, 583 mmol) were added to a 98% concentrated sulfuric acid solution (480 ml), and the mixture was heated at 125 to 135 ° C. for 6 hours. It was washed in turn with an aqueous sodium hydrogen sulfite solution, saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and water and dried overnight. Recrystallization from benzene gave colorless needle crystals. (53g, 74%)
1 H-NMR (60 MHz, CDCl 3 ) δ 7.97 (s, 2H, 3, 6 positions)
m. p. 158-165 ° C
合成例2
1,4−Dibromo−2,5−bis(trimethylsilylethynyl)benzene (6)の合成
Synthesis example 2
Synthesis of 1,4-Dibromo-2,5-bis (trimethylsilylethyl) benzene (6)
窒素雰囲気下、上記式(5)(10g,21mmol)を無水ジイソプロピルアミン(30mL)と無水ベンゼン(120mL)に溶解後、脱気を30分行った。室温でPd(PPh3)4(0.7g,610μmol)、CuI(0.2g,1.1mmol)、TMSA(5.8mL,41mmol)を加え、5時間室温で攪拌した。攪拌終了後、水(300ml)で反応を終了させ、クロロホルム(50mL×3)で抽出し、水(200mL×3)で洗浄した後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。クロロホルムを減圧下で留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、バッチ、Rf=0.6)により精製した。ヘキサンから再結晶することで無色針状晶を得た。(6.40g,73%)
1H−NMR(60MHz,CDCl3)δ7.59(s,2H,3,6位)0.26(s,18H,TMS)
m.p. 127−132
In a nitrogen atmosphere, the above formula (5) (10 g, 21 mmol) was dissolved in anhydrous diisopropylamine (30 mL) and anhydrous benzene (120 mL), and then degassed for 30 minutes. Pd (PPh 3 ) 4 (0.7 g, 610 μmol), CuI (0.2 g, 1.1 mmol), TMSA (5.8 mL, 41 mmol) were added at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. After completion of the stirring, the reaction was terminated with water (300 ml), extracted with chloroform (50 mL × 3), washed with water (200 mL × 3), and dried over anhydrous magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by column chromatography (silica gel, hexane, batch, Rf = 0.6). Recrystallization from hexane gave colorless needle crystals. (6.40 g, 73%)
1 H-NMR (60 MHz, CDCl 3 ) δ 7.59 (s, 2H, 3, 6 positions) 0.26 (s, 18H, TMS)
m. p. 127-132
合成例3
2.6−Ditrimethylsirylbenzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene (7)の合成
Synthesis example 3
2.6 Synthesis of Dimethylmethylsilylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (7)
窒素雰囲気下、上記式(6)(2.0g,4.7mmol)を無水エーテル(40mL)に溶解後、−78℃まで冷却し1.59M t−ブチルリチウム・ペンタン溶液(12.8mL,20.4mmol)を加え、その温度で1時間攪拌し、−30℃に昇温して、硫黄粉末(0.370g,11.5mmol)を加え室温まで昇温した。無水エタノール(20mL)で処理した後、3時間攪拌し、クロロホルム(30mL×3)により抽出し、水(200mL×3)で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥し減圧下で溶媒を留去した。カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン:塩化メチレン=3:1、バッチ、Rf=0.8)により精製した。ヘキサンから再結晶することで黄色針状晶を得た。(1.1g,67%)
1H−NMR(60MHz,CDCl3)δ8.19(s,2H,4,8位)7.39(s,2H,3,7位)0.39(s,18H,TMS)
m.p. 195−200℃
Under a nitrogen atmosphere, the above formula (6) (2.0 g, 4.7 mmol) was dissolved in anhydrous ether (40 mL), then cooled to −78 ° C., and a 1.59 M t-butyllithium / pentane solution (12.8 mL, 20 .4 mmol) was added, stirred at that temperature for 1 hour, heated to −30 ° C., sulfur powder (0.370 g, 11.5 mmol) was added, and the temperature was raised to room temperature. After treating with absolute ethanol (20 mL), the mixture was stirred for 3 hours, extracted with chloroform (30 mL × 3), washed with water (200 mL × 3), dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure. Purification by column chromatography (silica gel, hexane: methylene chloride = 3: 1, batch, Rf = 0.8). Recrystallization from hexane gave yellow needle crystals. (1.1g, 67%)
1 H-NMR (60 MHz, CDCl 3 ) δ 8.19 (s, 2H, positions 4, 8) 7.39 (s, 2H, positions 3, 7) 0.39 (s, 18H, TMS)
m. p. 195-200 ° C
合成例4
2,6−Diiodobenzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene (8)の合成
Synthesis example 4
Synthesis of 2,6-Diiobenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (8)
窒素雰囲気下、上記式(7)(4g,12mmol)を無水塩化メチレン(120mL)に溶解し、1M一塩化ヨウ素・塩化メチレン溶液(28.8mL)を−15℃で滴下した。滴下終了後、12時間攪拌した。その後、析出した固体を濾取し、エタノール(100mL)で洗浄した。クロロベンゼンから再結晶することで無色板状晶を得た。(3.8g,71%)
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ8.09(s,2H,4,8位)7.55(s,2H,4,8位)
M.S.(70eV,EI)m/z 442(M+)
m.p.>300℃
Under a nitrogen atmosphere, the above formula (7) (4 g, 12 mmol) was dissolved in anhydrous methylene chloride (120 mL), and 1M iodine monochloride / methylene chloride solution (28.8 mL) was added dropwise at −15 ° C. It stirred for 12 hours after completion | finish of dripping. Thereafter, the precipitated solid was collected by filtration and washed with ethanol (100 mL). Recrystallization from chlorobenzene gave colorless plate crystals. (3.8g, 71%)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.09 (s, 2H, 4, 8 positions) 7.55 (s, 2H, 4, 8 positions)
M.M. S. (70 eV, EI) m / z 442 (M + )
m. p. > 300 ° C
合成例5
2,6−Bis(Octyn−1−yl)benzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene (化合物No.88)の合成
Synthesis example 5
Synthesis of 2,6-Bis (Octyn-1-yl) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (Compound No. 88)
窒素雰囲気下、上記式(8)(1g,2.26mmol)を無水ジイソプロピルアミン(15mL)と無水ベンゼン(15mL)に溶解後、Arバブリングで脱気を30分行った。室温でPdCl2(PPh3)2(159mg,227μmol)、CuI(86mg,450μmol)、1−octyne(0.73ml,5.0mmol)、を加え、5時間室温で攪拌した。攪拌終了後、水(60mL)で反応を終了させ、クロロホルム(10mL×3)で抽出し、水(100mL×3)で洗浄した後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。クロロホルムを減圧下で留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン:塩化メチレン=3:1、バッチ、原点)により精製した。ヘキサンから再結晶することで無色板状晶を得た。(775mg,85%)
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ8.05(s,2H)7.33(s,2H) 2.47(t,J=7.2Hz,4H)1.65−1.24(m,16H)0.88(t,J=6.4Hz,6H)
MS(70eV,EI)m/z=406(M+)
m.p. 137.5〜138.5℃
Anal. Calcd for C26H30S2:C,76.79;H,7.44
Found :C,76.95;H,7.51
Under a nitrogen atmosphere, the above formula (8) (1 g, 2.26 mmol) was dissolved in anhydrous diisopropylamine (15 mL) and anhydrous benzene (15 mL), and then deaerated by Ar bubbling for 30 minutes. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (159 mg, 227 μmol), CuI (86 mg, 450 μmol) and 1-octyne (0.73 ml, 5.0 mmol) were added at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. After completion of the stirring, the reaction was terminated with water (60 mL), extracted with chloroform (10 mL × 3), washed with water (100 mL × 3) and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by column chromatography (silica gel, hexane: methylene chloride = 3: 1, batch, origin). Recrystallization from hexane gave colorless plate crystals. (775 mg, 85%)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.05 (s, 2H) 7.33 (s, 2H) 2.47 (t, J = 7.2 Hz, 4H) 1.65 to 1.24 (m, 16H) 0.88 (t, J = 6.4 Hz, 6H)
MS (70 eV, EI) m / z = 406 (M + )
m. p. 137.5-138.5 ° C
Anal. Calcd for C 26 H 30 S 2 : C, 76.79; H, 7.44
Found: C, 76.95; H, 7.51
合成例6
2,6−Dioctylbenzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene (化合物No.16)の合成
Synthesis Example 6
Synthesis of 2,6-Dioctylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (Compound No. 16)
Ar置換後、上記式(化合物No.88)(300mg,0.75mmol)とPd/C(100mg)を無水トルエン(15mL)に加えた。水素ガス置換を3回行った後、常温水素ガス雰囲気下で3日間攪拌した。反応溶液を濾過することによってPd/Cを取り除き、濾液の溶媒を減圧下で留去した後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、バッチ、原点)により精製した。ヘキサンより再結晶することで無色板状結晶を得た。(285mg,91%)
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ8.01(s,2H)6.98(s,2H)2.89(t,J=7.2Hz,4H)1.77−1.27(m,24H)0.88(t,J=6.4Hz,6H)
13C−NMR(100MHz,CDCl3)δ14.267,22.823,29.322,29.388,29.512,31.106,31.231,32.008,115.565,119.543,136.715,137.429,146.800
MS(70eV,EI)m/z=414(M+)
m.p. 133.5〜134.5℃
Anal. Calcd for C26H38S2:C,75.30;H,9.24
Found :C,75.07;H,9.21
After Ar substitution, the above formula (Compound No. 88) (300 mg, 0.75 mmol) and Pd / C (100 mg) were added to anhydrous toluene (15 mL). After performing hydrogen gas replacement three times, the mixture was stirred for 3 days in a room temperature hydrogen gas atmosphere. The reaction solution was filtered to remove Pd / C, and the solvent of the filtrate was distilled off under reduced pressure, followed by purification by column chromatography (silica gel, hexane, batch, origin). Recrystallization from hexane gave colorless plate crystals. (285 mg, 91%)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.01 (s, 2H) 6.98 (s, 2H) 2.89 (t, J = 7.2 Hz, 4H) 1.77-1.27 (m, 24H) 0.88 (t, J = 6.4 Hz, 6H)
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 14.267, 22.2.83, 29.322, 29.388, 29.512, 31.106, 31.231, 32.008, 115.565, 119.543 136.715, 137.429, 146.800
MS (70 eV, EI) m / z = 414 (M <+> )
m. p. 133.5-134.5 ° C
Anal. Calcd for C 26 H 38 S 2 : C, 75.30; H, 9.24
Found: C, 75.07; H, 9.21
合成例7
2,6−Bis(Dodecyn−1−yl)benzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene (化合物No.91)の合成
Synthesis example 7
Synthesis of 2,6-Bis (Dodecyn-1-yl) benzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (Compound No. 91)
窒素雰囲気下、上記式(8)(1g,2.26mmol)を無水ジイソプロピルアミン(15mL)と無水ベンゼン(15mL)に溶解後、Arバブリングで脱気を30分行った。室温でPdCl2(PPh3)2(159mg,227μmol)、CuI(86mg,450μmol)、1−dodecyne(1.1ml,5.0mmol)、を加え、5時間室温で攪拌した。攪拌終了後、水(60mL)で反応を終了させ、クロロホルム(10mL×3)で抽出し、水(100mL×3)で洗浄した後無水硫酸マグネシウムで乾燥した。クロロホルムを減圧下で留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン:塩化メチレン=3:1、バッチ、原点)により精製した。ヘキサンから再結晶することで無色板状晶を得た。(1.04g,89%)
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ8.04(s,2H)7.33(s,2H) 2.47(t,J=7.2Hz,4H)1.67−1.23(m,32H) 0.88(t,J=6.4Hz,6H)
MS(70eV,EI)m/z=518(M+)
m.p. 114.5〜115.5℃
Anal. Calcd for C34H46S2:C,78.70;H,8.94
Found :C,78.96;H,8.99
Under a nitrogen atmosphere, the above formula (8) (1 g, 2.26 mmol) was dissolved in anhydrous diisopropylamine (15 mL) and anhydrous benzene (15 mL), and then deaerated by Ar bubbling for 30 minutes. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (159 mg, 227 μmol), CuI (86 mg, 450 μmol), 1-dodecine (1.1 ml, 5.0 mmol) were added at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. After completion of the stirring, the reaction was terminated with water (60 mL), extracted with chloroform (10 mL × 3), washed with water (100 mL × 3) and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by column chromatography (silica gel, hexane: methylene chloride = 3: 1, batch, origin). Recrystallization from hexane gave colorless plate crystals. (1.04g, 89%)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.04 (s, 2H) 7.33 (s, 2H) 2.47 (t, J = 7.2 Hz, 4H) 1.67-1.23 (m, 32H) 0.88 (t, J = 6.4 Hz, 6H)
MS (70 eV, EI) m / z = 518 (M + )
m. p. 114.5-115.5 ° C
Anal. Calcd for C 34 H 46 S 2 : C, 78.70; H, 8.94
Found: C, 78.96; H, 8.99
合成例8
2,6−Didodecylbenzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene (化合物No.20)の合成
Synthesis Example 8
Synthesis of 2,6-Didodecylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophene (Compound No. 20)
Ar置換後、上記式(化合物No.91)(400mg,0.77mmol)とPd/C(100mg)を無水トルエン(20mL)に加えた。水素ガス置換を3回行った後、常温水素ガス雰囲気下で3日間攪拌した。反応溶液を濾過することによってPd/Cを取り除き、濾液の溶媒を減圧下で留去した後、ヘキサンより再結晶することで無色板状結晶を得た。(365mg,90%)
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ8.01(s,2H)6.98(s,2H)2.89(t,J=7.2Hz,4H)1.75−1.22(m,40H)0.88(t,J=6.4Hz,6H)
MS(70eV,EI)m/z=526(M+)
m.p. 127.5〜128.5℃
Anal. Calcd for C34H54S2:C,77.50;H,10.33
Found :C,77.35;H,10.37
After Ar substitution, the above formula (Compound No. 91) (400 mg, 0.77 mmol) and Pd / C (100 mg) were added to anhydrous toluene (20 mL). After performing hydrogen gas replacement three times, the mixture was stirred for 3 days in a room temperature hydrogen gas atmosphere. The reaction solution was filtered to remove Pd / C, and the solvent of the filtrate was distilled off under reduced pressure. Then, recrystallization from hexane gave colorless plate crystals. (365 mg, 90%)
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.01 (s, 2H) 6.98 (s, 2H) 2.89 (t, J = 7.2 Hz, 4H) 1.75-1.22 (m, 40H) 0.88 (t, J = 6.4 Hz, 6H)
MS (70 eV, EI) m / z = 526 (M + )
m. p. 127.5-128.5 ° C
Anal. Calcd for C 34 H 54 S 2 : C, 77.50; H, 10.33
Found: C, 77.35; H, 10.37
合成例9
2,6−bis(octyn−1−yl)benzo[1,2−b:4.5−b’]diselenophene(化合物No.95)の合成
Synthesis Example 9
Synthesis of 2,6-bis (octyn-1-yl) benzo [1,2-b: 4.5-b ′] diselenophene (Compound No. 95)
窒素雰囲気下、2,6−diiodo[1,2−b:4,5−b’]diselenophene(上記式(208)において、X1=X2=Se)(0.25g,0.5mmol)を無水ジイソプロピルアミン(5mL)と無水ベンゼン(5mL)に溶解後、Arバブリングで脱気を30分行った。室温でPdCl2(PPh3)2(35mg,0.05mol)、CuI(19mg,0.1mmol)、1−octyn(0.15ml,1.0mmol)、を加え、20時間室温で攪拌した。攪拌終了後、水(50mL)で反応を終了させ、クロロホルム(50mL×3)で抽出し、水(150mL×3)で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。クロロホルムを減圧下で留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、Rf=0.3)により精製し、無色固体(化合物No.95)を得た。(169mg, 72%)
m.p.151.3〜151.8℃
1H−NMR(400 MHz,CDCl3)δ 8.08(s,2H,ArH)7.49(s,2H,ArH)2.47(t,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.64〜1.32(m,16H,CH2)0.91(t,J=7.0 Hz,6H,CH3)
EIMS(70 eV)m/z=502(M+)
IR(KBr)ν 869cm−1,2215cm−1 (C≡C),2856〜2951cm−1 (C−H)
Anal.Calcd for C26H30Se2:C,62.40;H,6.04% Found C,62.39;H,6.03%
Under a nitrogen atmosphere, 2,6-diodo [1,2-b: 4,5-b ′] diselenophene (in the above formula (208), X 1 = X 2 = Se) (0.25 g, 0.5 mmol) After dissolving in anhydrous diisopropylamine (5 mL) and anhydrous benzene (5 mL), degassing was performed by Ar bubbling for 30 minutes. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (35 mg, 0.05 mol), CuI (19 mg, 0.1 mmol) and 1-octyn (0.15 ml, 1.0 mmol) were added at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 20 hours. After completion of the stirring, the reaction was terminated with water (50 mL), extracted with chloroform (50 mL × 3), washed with water (150 mL × 3), and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by column chromatography (silica gel, hexane, Rf = 0.3) to obtain a colorless solid (Compound No. 95). (169 mg, 72%)
m. p. 151.3-151.8 ° C
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.08 (s, 2H, ArH) 7.49 (s, 2H, ArH) 2.47 (t, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.64~1.32 (m, 16H, CH 2 ) 0.91 (t, J = 7.0 Hz, 6H, CH 3)
EIMS (70 eV) m / z = 502 (M + )
IR (KBr) ν 869 cm −1 , 2215 cm −1 (C≡C), 2856 to 2951 cm −1 (C—H)
Anal. Calcd for C 26 H 30 Se 2 : C, 62.40; H, 6.04% Found C, 62.39; H, 6.03%
合成例10
2,6−dioctylbenzo[1,2−b:4,5−b’]diselenophene(化合物No.47)の合成
Synthesis Example 10
Synthesis of 2,6-dioctylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] diselenophene (Compound No. 47)
Ar置換後、上記式(化合物No.95)(100mg,0.20mmol)とPd/C(35mg)を無水トルエン(5mL)に溶解させた。水素ガス置換を3回行った後、常温水素ガス雰囲気下で20時間攪拌した。反応溶液を濾過することによってPd/Cを取り除き、濾液の溶媒を減圧下で留去した後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、Rf=0.3)により精製し無色固体を得た。(82mg,81%).
m.p.143.0〜143.8℃
1H−NMR(400 MHz,CDCl3)δ 8.05(s,2H,ArH)7.13(s,2H,ArH)2.93(t,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.73(quint,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.40〜1.27(m,20H,CH2)0.88(t,J=7.0 Hz,6H,CH3)
13C−NMR(100 MHz,CDCl3)δ 150.63 139.51 137.21 123.01 120.69 33.45 31.83 31.77 29.35 29.21 29.10 22.65 14.11
EIMS(70 eV)m/z=510(M+)
Anal.Calcd for C26H38Se2:C,61.41;H,7.53%Found C,61.56;H,7.53%
After Ar substitution, the above formula (Compound No. 95) (100 mg, 0.20 mmol) and Pd / C (35 mg) were dissolved in anhydrous toluene (5 mL). After performing
m. p. 143.0-143.8 ° C
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.05 (s, 2H, ArH) 7.13 (s, 2H, ArH) 2.93 (t, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.73 (quant, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.40 to 1.27 (m, 20H, CH 2 ) 0.88 (t, J = 7.0 Hz, 6H, CH 3 )
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 150.63 139.51 137.21 123.01 120.69 33.45 31.83 31.77 29.35 29.21 29.10 22.65 14. 11
EIMS (70 eV) m / z = 510 (M + )
Anal. Calcd for C 26 H 38 Se 2 : C, 61.41; H, 7.53% Found C, 61.56; H, 7.53%
合成例11
2,6−bis(decyn−1−yl)benzo[1,2−b:4.5−b’]diselenophene(化合物No.96)の合成
Synthesis Example 11
Synthesis of 2,6-bis (decyn-1-yl) benzo [1,2-b: 4.5-b ′] diselenophene (Compound No. 96)
窒素雰囲気下、2,6−diiodo[1,2−b:4,5−b’]diselenophene(上記式(208)において、X1=X2=Se)(0.25g,0.5mmol)を無水ジイソプロピルアミン(5mL)と無水ベンゼン(5mL)に溶解後、Arバブリングで脱気を30分行った。室温でPdCl2(PPh3)2(35mg,0.05mol)、CuI(19mg,0.1mmol)、1−decyne(0.19ml,1.0mmol)、を加え、20時間室温で攪拌した。攪拌終了後、水(50mL)で反応を終了させ、クロロホルム(50mL×3)で抽出し、水 (150mL×3)で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。クロロホルムを減圧下で留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、Rf=0.3)により精製し無色固体(化合物No.96)を得た。(220mg,84%)
m.p.136.2〜137.0℃
1H−NMR(400 MHz,CDCl3)δ 8.08(s,2H,ArH)7.49(s,2H,ArH)2.47(t,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.65〜1.28(m,24H,CH2)0.89(t,J=7.0 Hz,6H,CH3)
13C−NMR(68 MHz,CDCl3)δ 140.22 138.70 130.62 125.98 121.57 99.50 76.45 31.90 29.24 29.04 28.53 22.72 20.05 14.15
EIMS(70 eV)m/z=558(M+)
IR(KBr)ν 871cm−1,2215cm−1 (C≡C),2851〜2952cm−1 (C−H)
Anal.Calcd for C30H38Se2:C,64.74;H,6.88% Found C,64.71;H,6.92%
Under a nitrogen atmosphere, 2,6-diodo [1,2-b: 4,5-b ′] diselenophene (in the above formula (208), X 1 = X 2 = Se) (0.25 g, 0.5 mmol) After dissolving in anhydrous diisopropylamine (5 mL) and anhydrous benzene (5 mL), degassing was performed by Ar bubbling for 30 minutes. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (35 mg, 0.05 mol), CuI (19 mg, 0.1 mmol) and 1-decyne (0.19 ml, 1.0 mmol) were added at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 20 hours. After completion of stirring, the reaction was terminated with water (50 mL), extracted with chloroform (50 mL × 3), washed with water (150 mL × 3), and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by column chromatography (silica gel, hexane, Rf = 0.3) to obtain a colorless solid (Compound No. 96). (220 mg, 84%)
m. p. 136.2-137.0 ° C
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.08 (s, 2H, ArH) 7.49 (s, 2H, ArH) 2.47 (t, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.65~1.28 (m, 24H, CH 2 ) 0.89 (t, J = 7.0 Hz, 6H, CH 3)
13 C-NMR (68 MHz, CDCl 3 ) δ 140.22 138.70 130.62 125.98 121.57 99.50 76.45 31.90 29.24 29.04 28.53 22.72 20. 05 14.15
EIMS (70 eV) m / z = 558 (M + )
IR (KBr) ν 871 cm −1 , 2215 cm −1 (C≡C), 2851 to 2952 cm −1 (C—H)
Anal. Calcd for C 30 H 38 Se 2 : C, 64.74; H, 6.88% Found C, 64.71; H, 6.92%
合成例12
2,6−didecylbenzo[1,2−b:4,5−b’]diselenophene(化合物No.49)の合成
Synthesis Example 12
Synthesis of 2,6-dideylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] diselenophene (Compound No. 49)
Ar置換後、上記式(化合物No.96)(100mg,0.18mmol)とPd/C(35mg)を無水トルエン(5mL)に溶解させた。水素ガス置換を3回行った後、常温水素ガス雰囲気下で20時間攪拌した。反応溶液を濾過することによってPd/Cを取り除き、濾液の溶媒を減圧下で留去した後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、Rf=0.3)により精製し無色固体を得た。(88mg,87%).
m.p.133.8〜135.0℃
1H−NMR(400 MHz,CDCl3)δ 8.05(s,2H,ArH)7.13(s,2H,ArH)2.93(t,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.73(quint,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.40〜1.27(m,28H,CH2)0.88(t,J=7.0 Hz,6H,CH3)
13C−NMR(100 MHz,CDCl3)δ 150.99 139.87 137.56 123.37 121.05 33.82 32.25 32.13 29.94 29.90 29.75 29.68 29.46 23.04 14.48
EIMS(70 eV)m/z=566(M+)
Anal.Calcd for C30H46Se2:C,63.82;H,8.21% Found C,63.73;H,8.08%
After Ar substitution, the above formula (Compound No. 96) (100 mg, 0.18 mmol) and Pd / C (35 mg) were dissolved in anhydrous toluene (5 mL). After performing
m. p. 133.8-135.0 ° C
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.05 (s, 2H, ArH) 7.13 (s, 2H, ArH) 2.93 (t, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.73 (quant, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.40 to 1.27 (m, 28H, CH 2 ) 0.88 (t, J = 7.0 Hz, 6H, CH 3 )
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 150.99 139.87 133.56 123.37 121.05 33.82 32.25 32.13 29.94 29.90 29.75 29.68 29. 46 23.04 14.48
EIMS (70 eV) m / z = 566 (M + )
Anal. Calcd for C 30 H 46 Se 2 : C, 63.82; H, 8.21% Found C, 63.73; H, 8.08%
合成例13
2,6−bis(dodecyn−1−yl)benzo[1,2−b:4.5−b’]diselenophene(化合物No.97)の合成
Synthesis Example 13
Synthesis of 2,6-bis (dodecyn-1-yl) benzo [1,2-b: 4.5-b ′] diselenophene (Compound No. 97)
窒素雰囲気下、2,6−diiodo[1,2−b:4,5−b’]diselenophene(上記式(208)において、X1=X2=Se)(0.25g,0.5mmol)を無水ジイソプロピルアミン(5mL)と無水ベンゼン(5mL)に溶解後、Arバブリングで脱気を30分行った。室温でPdCl2(PPh3)2(35mg,0.05mol)、CuI(19mg,0.1mmol)、1−dodecyne(0.22ml,1.0mmol)、を加え、20時間室温で攪拌した。攪拌終了後、水(50mL)で反応を終了させ、クロロホルム(50mL×3)で抽出し、水(150mL×3)で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。クロロホルムを減圧下で留去し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、Rf=0.3)により精製し無色固体(化合物No.97)を得た。(245mg,85%)
m.p.128.0〜129.0℃
1H−NMR(400 MHz,CDCl3)δ 8.08(s,2H,ArH)7.49(s,2H,ArH)2.47(t,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.63〜1.28(m,32H,CH2)0.88(t,J=7.0 Hz,6H,CH3)
13C−NMR(68 MHz,CDCl3)δ 140.07 138.56 130.49 125.86 121.46 99.43 76.45 32.06 29.73 29.66 29.48 29.29 29.14 28.63 22.84 20.16 14.27
EIMS(70 eV)m/z=612(M+)
IR(KBr)ν 871cm−1,2214cm−1 (C≡C),2850〜2953cm−1 (C−H)
Anal.Calcd for C34H46Se2:C,66.66 H,7.57% Found C,66.84;H,7.65%
Under a nitrogen atmosphere, 2,6-diodo [1,2-b: 4,5-b ′] diselenophene (in the above formula (208), X 1 = X 2 = Se) (0.25 g, 0.5 mmol) After dissolving in anhydrous diisopropylamine (5 mL) and anhydrous benzene (5 mL), degassing was performed by Ar bubbling for 30 minutes. PdCl 2 (PPh 3 ) 2 (35 mg, 0.05 mol), CuI (19 mg, 0.1 mmol), 1-dodecine (0.22 ml, 1.0 mmol) were added at room temperature, and the mixture was stirred at room temperature for 20 hours. After completion of the stirring, the reaction was terminated with water (50 mL), extracted with chloroform (50 mL × 3), washed with water (150 mL × 3), and then dried over anhydrous magnesium sulfate. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by column chromatography (silica gel, hexane, Rf = 0.3) to obtain a colorless solid (Compound No. 97). (245 mg, 85%)
m. p. 128.0-129.0C
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.08 (s, 2H, ArH) 7.49 (s, 2H, ArH) 2.47 (t, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.63-1.28 (m, 32 H, CH 2 ) 0.88 (t, J = 7.0 Hz, 6 H, CH 3 )
13 C-NMR (68 MHz, CDCl 3 ) δ 140.07 138.56 130.49 125.86 121.46 99.43 76.45 32.06 29.73 29.66 29.48 29.29 29. 14 28.63 22.84 20.16 14.27
EIMS (70 eV) m / z = 612 (M + )
IR (KBr) ν 871 cm −1 , 2214 cm −1 (C≡C), 2850 to 2953 cm −1 (C—H)
Anal. Calcd for C 34 H 46 Se 2 : C, 66.66 H, 7.57% Found C, 66.84; H, 7.65%
合成例14
2,6−didodecylbenzo[1,2−b:4,5−b’]diselenophene(化合物No.51)の合成
Synthesis Example 14
Synthesis of 2,6-didedecylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] diselenophene (Compound No. 51)
Ar置換後、上記式(化合物No.97)(100mg,0.16mmol)とPd/C(35mg)を無水トルエン(5mL)に溶解させた。水素ガス置換を3回行った後、常温水素ガス雰囲気下で20時間攪拌した。反応溶液を濾過することによってPd/Cを取り除き、濾液の溶媒を減圧下で留去した後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、ヘキサン、Rf=0.3)により精製し無色固体を得た。(84mg,83%).
m.p.127.0〜128.5℃
1H−NMR(400 MHz,CDCl3)δ 8.05(s,2H,ArH)7.13(s,2H,ArH)2.93(t,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.73(quint,J=7.2 Hz,4H,CH2)1.42〜1.26(m,36H,CH2)0.88(t,J=7.0 Hz,6H,CH3)
13C−NMR(100 MHz,CDCl3)δ 151.02 139.88 137.57 123.38 121.03 33.82 32.27 32.14 29.99 29.90 29.72 29.72 29.45 23.05 14.50
EIMS(70 eV)m/z=620(M+)
Anal.Calcd for C34H54Se2:C,65.79 H,8.77% Found C,65.58;H,8.55%
After Ar substitution, the above formula (Compound No. 97) (100 mg, 0.16 mmol) and Pd / C (35 mg) were dissolved in anhydrous toluene (5 mL). After performing
m. p. 127.0-128.5 ° C
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.05 (s, 2H, ArH) 7.13 (s, 2H, ArH) 2.93 (t, J = 7.2 Hz, 4H, CH 2 ) 1.73 (quint, J = 7.2 Hz , 4H, CH 2) 1.42~1.26 (m, 36H, CH 2) 0.88 (t, J = 7.0 Hz, 6H, CH 3 )
13 C-NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 151.02 139.88 137.58 123.38 121.03 33.82 32.27 32.14 29.99 29.90 29.72 29.72 29. 45 23.05 14.50
EIMS (70 eV) m / z = 620 (M + )
Anal. Calcd for C 34 H 54 Se 2 : C, 65.79 H, 8.77% Found C, 65.58; H, 8.55%
実施例1
上記の合成例5で得た化合物No.88の化合物を0.6%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクをOTS(オクタデシルトリクロロシラン)処理を行った200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(4000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下80℃で30分熱処理を行った。
次いでこの基板を真空蒸着装置内に設置し、装置内の真空度が1.0×10−3Pa以下になるまで排気し、抵抗加熱蒸着法によって、金の電極(ソース及びドレイン電極、チャネル長50μm、チャネル幅1500μm)を80nmの厚さに蒸着し本発明の電界効果トランジスタを得た。本実施例における電界効果トランジスタにおいては、熱酸化膜付きnドープシリコンウェハーにおける熱酸化膜が絶縁層(4)の機能を有し、nドープシリコンウェハーが基板(6)及びゲート層(5)の機能を有している(図3を参照)。
Example 1
Compound No. obtained in Synthesis Example 5 above. 88 compounds were dissolved in chloroform to a concentration of 0.6% to prepare an ink for producing a semiconductor device.
The obtained ink was applied on an n-doped silicon wafer (surface resistance 0.02 Ω · cm or less) with a 200 nm SiO 2 thermal oxide film subjected to OTS (octadecyltrichlorosilane) treatment, and spin coating (4000 rpm, 25 seconds). ) Was used to form a semiconductor thin film (layer), and this thin film was further heat-treated at 80 ° C. for 30 minutes under argon.
Next, this substrate is placed in a vacuum vapor deposition apparatus, evacuated until the degree of vacuum in the apparatus becomes 1.0 × 10 −3 Pa or less, and gold electrodes (source and drain electrodes, channel length are formed by resistance heating vapor deposition). 50 μm, channel width 1500 μm) was deposited to a thickness of 80 nm to obtain a field effect transistor of the present invention. In the field effect transistor in this example, the thermal oxide film in the n-doped silicon wafer with the thermal oxide film has the function of the insulating layer (4), and the n-doped silicon wafer is the substrate (6) and the gate layer (5). It has a function (see FIG. 3).
得られた電界効果トランジスタをプローバー内に設置し、半導体パラメーターアナライザーを用いて半導体特性を大気下において測定した。半導体特性はゲート電圧を20Vから−100Vまで20Vステップで走査し、又ドレイン電圧を10Vから−100Vまで走査し、ドレイン電流−ドレイン電圧を測定した。その結果、電流飽和が観測され、得られた電圧電流曲線より、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は3×10−4cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x102であり、閾値電圧は−30Vであった。 The obtained field effect transistor was installed in a prober, and semiconductor characteristics were measured in the air using a semiconductor parameter analyzer. For semiconductor characteristics, the gate voltage was scanned from 20 V to -100 V in 20 V steps, the drain voltage was scanned from 10 V to -100 V, and the drain current-drain voltage was measured. As a result, current saturation was observed, and the obtained device showed a p-type semiconductor from the obtained voltage-current curve. The carrier mobility was 3 × 10 −4 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 2 and the threshold voltage was −30V.
実施例2
化合物No.12を0.4%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(4000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下110℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は4×10−5cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x104であり、閾値電圧は−30Vであった。
なお、化合物No.12は、合成例5で使用した1−octyneを、1−hexyneに代える以外は同様にして、合成例5及び6の方法に従って合成できる。得られた化合物No.12の融点は144.5〜145.5℃であった。
Example 2
Compound No. 12 was dissolved in chloroform to a concentration of 0.4% to prepare an ink for producing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer with 200 nm SiO 2 thermal oxide film (surface resistance 0.02 Ω · cm or less), and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (4000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 110 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 4 × 10 −5 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 4 and the threshold voltage was −30V.
In addition, Compound No. 12 can be synthesized according to the methods of Synthesis Examples 5 and 6 in the same manner except that 1-octyne used in Synthesis Example 5 is replaced with 1-hexyne. The obtained Compound No. The melting point of 12 was 144.5 to 145.5 ° C.
実施例3
合成例6で得られた化合物No.16を0.4%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(4000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下100℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は1×10−2cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x105であり、閾値電圧は−30Vであった。
Example 3
Compound No. obtained in Synthesis Example 6 16 was dissolved in chloroform to a concentration of 0.4% to prepare an ink for preparing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer with 200 nm SiO 2 thermal oxide film (surface resistance 0.02 Ω · cm or less), and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (4000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 100 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 1 × 10 −2 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 5 and the threshold voltage was −30V.
実施例4
化合物No.18を0.4%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(4000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下110℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は2.5×10−2cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x107であり、閾値電圧は−20Vであった。
なお、化合物No.18は、合成例5の1−octyneを1−decyneに代える以外は同様にして、合成例5及び6の方法に従って合成できる。得られた化合物No.18の融点は121.2〜122.1℃であった。
Example 4
Compound No. 18 was dissolved in chloroform to a concentration of 0.4% to prepare an ink for preparing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer with 200 nm SiO 2 thermal oxide film (surface resistance 0.02 Ω · cm or less), and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (4000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 110 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 2.5 × 10 −2 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 7 and the threshold voltage was −20V.
In addition, Compound No. 18 can be synthesized according to the methods of Synthesis Examples 5 and 6 in the same manner except that 1-octyne of Synthesis Example 5 is replaced with 1-decyne. The obtained Compound No. The melting point of 18 was 121.2-122.1 ° C.
実施例5
合成例8で得られた化合物No.20を0.4%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(4000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下100℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は2.6×10−2cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x107であり、閾値電圧は−20Vであった。
Example 5
Compound No. obtained in Synthesis Example 8 20 was dissolved in chloroform to a concentration of 0.4% to prepare an ink for preparing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer with 200 nm SiO 2 thermal oxide film (surface resistance 0.02 Ω · cm or less), and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (4000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 100 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 2.6 × 10 −2 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 7 and the threshold voltage was −20V.
実施例6
合成例10で得られた化合物No.47を0.8%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(3000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下80℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は0.03cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x106であり、閾値電圧は−25Vであった。
Example 6
Compound No. obtained in Synthesis Example 10 47 was dissolved in chloroform to a concentration of 0.8% to prepare an ink for preparing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer (surface resistance 0.02 Ω · cm or less) with a 200 nm SiO 2 thermal oxide film, and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (3000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 80 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 0.03 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 6 and the threshold voltage was −25V.
実施例7
合成例12で得られた化合物No.49を1.0%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(3000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下80℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は0.01cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x105であり、閾値電圧は−15Vであった。
Example 7
Compound No. obtained in Synthesis Example 12 49 was dissolved in chloroform to a concentration of 1.0% to prepare an ink for producing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer (surface resistance 0.02 Ω · cm or less) with a 200 nm SiO 2 thermal oxide film, and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (3000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 80 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 0.01 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 5 and the threshold voltage was −15V.
実施例8
合成例14で得られた化合物No.51を1.2%の濃度になるようにクロロホルムに溶解させ、半導体デバイス作製用インクを調製した。
得られたインクを200nmのSiO2熱酸化膜付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下)上に塗布し、スピンコート法(3000rpm、25秒)を用いて半導体薄膜(層)を形成し、さらにこの薄膜をアルゴン下100℃で30分熱処理を行った。この基板に実施例1と同様に電極を作成し、本発明の電界効果トランジスタを得た。同様に半導体特性の測定を行ったところ、本素子はp型半導体を示した。キャリア移動度は0.03cm2/Vsであった。オン/オフ比は1x106であり、閾値電圧は−20Vであった。
Example 8
Compound No. obtained in Synthesis Example 14 51 was dissolved in chloroform to a concentration of 1.2% to prepare an ink for preparing a semiconductor device.
The obtained ink was applied onto an n-doped silicon wafer (surface resistance 0.02 Ω · cm or less) with a 200 nm SiO 2 thermal oxide film, and a semiconductor thin film (layer) was formed using a spin coating method (3000 rpm, 25 seconds). Then, this thin film was heat-treated at 100 ° C. for 30 minutes under argon. An electrode was formed on this substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a field effect transistor of the present invention. Similarly, when the semiconductor characteristics were measured, the device showed a p-type semiconductor. The carrier mobility was 0.03 cm 2 / Vs. The on / off ratio was 1 × 10 6 and the threshold voltage was −20V.
各実施例に記載した半導体特性より、本発明の電界効果トランジスタは大気中で安定に動作し、半導体特性も高く、また特別な設備などを必要とする蒸着法を用いることなく、スピンコートなどの塗布法などにより簡便かつ安価に作製できることが確認された。従って、本発明の電界効果トランジスタは極めて有用なものである。 From the semiconductor characteristics described in each example, the field effect transistor of the present invention operates stably in the atmosphere, has high semiconductor characteristics, and does not use a vapor deposition method that requires special equipment, such as spin coating. It was confirmed that it can be easily and inexpensively produced by a coating method or the like. Therefore, the field effect transistor of the present invention is extremely useful.
図1〜図3において同じ名称には同じ番号を付すものとする。
1 ソース電極
2 半導体層
3 ドレイン電極
4 絶縁体層
5 ゲート電極
6 基板
7 保護層
The same number is attached | subjected to the same name in FIGS. 1-3.
1
Claims (12)
(式(1)中、X1及びX2は、同一であり、硫黄原子またはセレン原子を表す。R1及びR2はそれぞれ独立に無置換または置換C4−C20脂肪族炭化水素基を表す。) A field effect transistor comprising a compound represented by the following formula (1) as a semiconductor material.
(In the formula (1), X 1 and X 2 are identical and represent an unsubstituted or substituted C4-C20 aliphatic hydrocarbon group, respectively .R 1 and R 2 are independently represents a sulfur atom or selenium atom .)
(式(1)中、X 1 及びX 2 は、同一であり、硫黄原子またはセレン原子を表す。R 1 及びR 2 はそれぞれ独立に無置換または置換C4−C20脂肪族炭化水素基を表す。) A compound represented by the following formula ( 1 ).
(In the formula (1), X 1 and X 2 are identical and represent an unsubstituted or substituted C4-C20 aliphatic hydrocarbon group each independently .R 1 and R 2 represents a sulfur atom or selenium atom. )
(式(3)中、R5及びR6はそれぞれ独立にC2−C18脂肪族炭化水素基を表し、X1及びX2は、同一であり、硫黄原子またはセレン原子を表す。) The compound of Claim 11 represented by following formula (3).
(Wherein (in 3), R 5 and R 6 each independently represent a C2-C 18 aliphatic hydrocarbon group, X 1 and X 2 are the same. Representing a sulfur atom or selenium atom)
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