[发明专利]有机半导体材料和有机场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及具有低聚噻吩骨架的有机半导体材料和使用该有机半导体材料形成的有机场效应晶体管。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，以下适宜称为“TFT”)，作为电子设备中的开关元件而被广泛使用，尤其在有源矩阵型液晶显示装置或智能卡等广泛范围的应用领域中被使用。薄膜晶体管(TFT)大部分是场效应晶体管(field-effect transistor：以下适宜称作“FET”)。

现在，大部分的TFT器件是使用无定形硅作为半导体材料制作的。但是，在无定形硅TFT的制造中需要等离子体强化化学气相沉积法等的高成本的装置，其工艺也必须在真空中、高温(约360℃)下进行，不仅成本高，而且难以使用软质塑料基板。

另一方面，作为TFT的半导体材料，有机半导体材料已引起关注。有机半导体材料的例子在专利文献1中有记述。有机半导体材料(小分子，短链低聚物和聚合物)可以通过容易的工艺来成膜，因此人们期待提供替代无定形硅的低成本TFT。特别是，如果使用可溶于溶剂的有机半导体材料，则可以通过旋涂(spin-coating)、浸涂(dip-coating)、微接触印刷(microcontact printing)等廉价的工艺，制作大面积的元件。进而，可以使有机半导体材料在低温下粘附，并且也包含了塑料的基板材料的范围更为广泛，因此可以期待进行利用以实现在挠性电子器件中的应用。

到目前为止，可合成短链低聚物性的多种有机半导体材料(例如α-六噻吩：α-6T)，已证实其迁移率是0.1～0.6cm²/Vs，与无定形硅相近。但是，这些有机半导体材料中的大部分难溶于有机溶剂，因此只能通过真空蒸镀法实现这样的比较高的迁移率。

为了提高在有机溶剂中的溶解性，尝试对上述低聚物性的有机半导体材料引入烷基等。例如，专利文献2或非专利文献1中，报道了α位被烷基取代的低聚噻吩。但是，即使使该烷基取代的低聚噻吩溶解于有机溶剂也不能得到充分的溶解性，实际情况为稳定涂布成膜是困难的。

另外，从提高溶解性的观点出发，报道了迁移率是0.001～0.01cm²/Vs的多种可溶性的高分子半导体材料(例如聚烷基噻吩)。但是，这样的高分子半导体材料是高分子，因此难以精制，得到高纯度的材料是非常麻烦的。另外，为了提高迁移率必须设法提高结晶性，然而难以稳定地获得高特性。此外，这些材料易于氧化，因此通常开/关(on·off)比小，必须在惰性气体的气氛中涂布，并且为了显示半导体的效应，必须用碱充分处理以减少不希望引入聚合中的掺杂物。

另外，近年来为了提高聚烷基噻吩的开/关比，出现了经分子设计而使电离电位提高的半导体材料(例如专利文献3)，由于是聚合物材料，因此半导体特性的差异大，杂质除去得也不充分。

非专利文献1：Journal ofMaterials Chemistry，2000年，pp.571-588

专利文献1：美国专利第5347144号说明书

专利文献2：日本特开平4-133351号公报

专利文献3：日本特开2003-268083号公报

发明内容

由于以上背景，人们需要一种有机半导体材料，所述有机半导体材料可以进行涂布工序，能够维持高规则性和结晶性，并且稳定性也优异。

本发明是鉴于上述课题而完成的。即，本发明的目的在于：提供一种有机半导体材料，所述有机半导体材料可以进行涂布工序，具有高规则性和结晶性，并且稳定性也优异；以及通过使用所述有机半导体材料，提供迁移率等电特性优异并且耐氧化性等稳定性也优异的有机场效应晶体管。

鉴于以往的材料开发课题，本发明人进行了刻苦研究，结果发现，作为提高电离电位的结构在取代基中引入芳香族基团而提高了溶解性的低聚噻吩是有希望的，该低聚噻吩是可以精制成高纯度的低分子低聚物。以往，人们已发现在低聚噻吩中引入大体积的易于采取非平面结构的芳香族基团作为取代基，破坏了分子的平面性，使半导体特性降低，但是本发明人发现通过调整取代基的引入位置，可以得到可进行涂布工序、能够维持高规则性和结晶性并且稳定性优良的低分子低聚噻吩半导体材料，从而完成了本发明。