[發明專利]有機半導體材料和有機場效應晶體管

有效

• 申請號: 200680034697.8
• 申請日: 2006-09-20
• 公開（公告）號: CN101268566A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 大場好弘;佐藤和昭;酒井良正;荒牧晉司
• 申請（專利權）人: 三菱化學株式會社
• 主分類號: H01L51/30
• 分類號: H01L51/30;H01L51/05;H01L29/786
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 丁香蘭

技術領域

本發明涉及具有低聚噻吩骨架的有機半導體材料和使用該有機半導體材料形成的有機場效應晶體管。

背景技術

薄膜晶體管(Thin?Film?Transistor，以下適宜稱為“TFT”)，作為電子設備中的開關元件而被廣泛使用，尤其在有源矩陣型液晶顯示裝置或智能卡等廣泛范圍的應用領域中被使用。薄膜晶體管(TFT)大部分是場效應晶體管(field-effect?transistor：以下適宜稱作“FET”)。

現在，大部分的TFT器件是使用無定形硅作為半導體材料制作的。但是，在無定形硅TFT的制造中需要等離子體強化化學氣相沉積法等的高成本的裝置，其工藝也必須在真空中、高溫(約360℃)下進行，不僅成本高，而且難以使用軟質塑料基板。

另一方面，作為TFT的半導體材料，有機半導體材料已引起關注。有機半導體材料的例子在專利文獻1中有記述。有機半導體材料(小分子，短鏈低聚物和聚合物)可以通過容易的工藝來成膜，因此人們期待提供替代無定形硅的低成本TFT。特別是，如果使用可溶于溶劑的有機半導體材料，則可以通過旋涂(spin-coating)、浸涂(dip-coating)、微接觸印刷(microcontact?printing)等廉價的工藝，制作大面積的元件。進而，可以使有機半導體材料在低溫下粘附，并且也包含了塑料的基板材料的范圍更為廣泛，因此可以期待進行利用以實現在撓性電子器件中的應用。

到目前為止，可合成短鏈低聚物性的多種有機半導體材料(例如α-六噻吩：α-6T)，已證實其遷移率是0.1～0.6cm²/Vs，與無定形硅相近。但是，這些有機半導體材料中的大部分難溶于有機溶劑，因此只能通過真空蒸鍍法實現這樣的比較高的遷移率。

為了提高在有機溶劑中的溶解性，嘗試對上述低聚物性的有機半導體材料引入烷基等。例如，專利文獻2或非專利文獻1中，報道了α位被烷基取代的低聚噻吩。但是，即使使該烷基取代的低聚噻吩溶解于有機溶劑也不能得到充分的溶解性，實際情況為穩定涂布成膜是困難的。

另外，從提高溶解性的觀點出發，報道了遷移率是0.001～0.01cm²/Vs的多種可溶性的高分子半導體材料(例如聚烷基噻吩)。但是，這樣的高分子半導體材料是高分子，因此難以精制，得到高純度的材料是非常麻煩的。另外，為了提高遷移率必須設法提高結晶性，然而難以穩定地獲得高特性。此外，這些材料易于氧化，因此通常開/關(on·off)比小，必須在惰性氣體的氣氛中涂布，并且為了顯示半導體的效應，必須用堿充分處理以減少不希望引入聚合中的摻雜物。

另外，近年來為了提高聚烷基噻吩的開/關比，出現了經分子設計而使電離電位提高的半導體材料(例如專利文獻3)，由于是聚合物材料，因此半導體特性的差異大，雜質除去得也不充分。

非專利文獻1：Journal?ofMaterials?Chemistry，2000年，pp.571-588

專利文獻1：美國專利第5347144號說明書

專利文獻2：日本特開平4-133351號公報

專利文獻3：日本特開2003-268083號公報

發明內容

由于以上背景，人們需要一種有機半導體材料，所述有機半導體材料可以進行涂布工序，能夠維持高規則性和結晶性，并且穩定性也優異。

本發明是鑒于上述課題而完成的。即，本發明的目的在于：提供一種有機半導體材料，所述有機半導體材料可以進行涂布工序，具有高規則性和結晶性，并且穩定性也優異；以及通過使用所述有機半導體材料，提供遷移率等電特性優異并且耐氧化性等穩定性也優異的有機場效應晶體管。

鑒于以往的材料開發課題，本發明人進行了刻苦研究，結果發現，作為提高電離電位的結構在取代基中引入芳香族基團而提高了溶解性的低聚噻吩是有希望的，該低聚噻吩是可以精制成高純度的低分子低聚物。以往，人們已發現在低聚噻吩中引入大體積的易于采取非平面結構的芳香族基團作為取代基，破壞了分子的平面性，使半導體特性降低，但是本發明人發現通過調整取代基的引入位置，可以得到可進行涂布工序、能夠維持高規則性和結晶性并且穩定性優良的低分子低聚噻吩半導體材料，從而完成了本發明。