[发明专利]有机半导体材料、含有该材料而成的涂布液以及有机薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料、含有该材料而成的涂布液、以及使用该涂布液制造而得的有机薄膜晶体管。此外，本发明还涉及具备上述有机薄膜晶体管的装置。

背景技术

薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)作为液晶显示装置等的显示用开关元件而被广泛使用。代表性的TFT在基板上依次层叠有栅电极、绝缘体层、半导体层，且在半导体层上具有隔着规定的间隔而形成的源电极和漏电极。通过使有机半导体层形成沟道区域且利用对栅电极施加的电压来控制流过源电极与漏电极之间的电流，从而进行开/关工作。

以往，上述TFT使用无定形硅或多晶硅来制作，但是存在使用这种硅的TFT的制作中所使用的CVD装置非常昂贵，且使用TFT的显示装置等的大型化会伴随制造成本的大幅增加这样的问题。另外，使无定形硅或多晶硅成膜的工艺需要在非常高的温度下进行，因此，可作为基板使用的材料的种类受到限制，因此存在无法使用轻质的树脂基板等之类的问题。

为了解决这样的问题，提出了使用有机物代替无定形硅或多晶硅而制得的TFT(以下有时简称为有机TFT。)。作为利用有机物形成TFT时所使用的成膜方法，已知真空蒸镀法、涂布法等，利用这些成膜方法，可在抑制制造成本的上升的同时实现元件的大型化(TFT的集成电路的高密度化和大型化)。而且，能够使成膜时所需要的工艺温度达到比较低的温度，因此，具有选择用于基板的材料时的限制少这样的优点，其实用化受到期待，且进行了大量的研究报告。特别是，通过使用涂布法作为成膜方法，从而期待材料使用效率的提高和成本的大幅降低，因此，更加需要适于涂布法的有机半导体材料。

实用的有机TFT需要较高的载流子迁移率、优异的保存稳定性。

在使用利用涂布法的成膜方法的情况下，与使用利用真空蒸镀法的成膜方法的情况不同，需要使所使用的有机半导体材料可溶解在溶剂中。通常具有高迁移率(以下，有时将载流子迁移率简记为迁移率)的有机半导体材料为π共轭体系扩大的有机化合物，多数情况下不溶于溶剂。

由于基本上通过加热会提高在溶剂中的溶解度，因此有时可通过加热来制造有机半导体材料的涂布液。但是，在这种情况下，涂布液的制造工序中的溶剂的蒸发量的考虑、成膜工程中的温度控制等应控制的参数增加，而且还会招致消耗电力的增加。因此，需要兼具较高的载流子迁移率和优异的保存稳定性且溶解性更高的有机半导体材料。

目前为止，作为用于有机TFT的p型有机半导体材料，提出了共轭系聚合物、聚噻吩等多聚体、金属酞菁化合物、并五苯等稠环化合物等。

特别是作为并苯类稠环化合物的并五苯，作为通过其扩大的π共轭系而显示出与无定形硅同样的高载流子迁移率的材料而受到关注，并进行了广泛的研究。但是，由于并五苯在溶剂中的溶解性低，因此无法适用于涂布法，另外，还存在大气中的保存稳定性低这样的问题。

另外，以聚3-己基噻吩为代表的聚噻吩类可溶于溶剂中，就溶解性这点而言，其为适于涂布法的有机半导体材料，但是存在大气中的保存稳定性低这样的问题。

基于这样的背景，正在进行具有大气中的保存稳定性且显示出高载流子迁移率的涂布用有机半导体的研究开发。

在非专利文献1中，作为具备溶解性和氧化稳定性的有机半导体材料，公开了作为在萘环上稠合2个噻吩骨架而成的4环稠环化合物的2，7-二辛基萘并[1，2-b：5，6-b’]二噻吩。在该文献中得出以下结论：上述化合物虽然具有溶解性但是所得涂布膜的物性差，载流子迁移率不佳。

专利文献1公开了将在萘环上稠合2个苯并噻吩骨架而成的6环稠环化合物用于有机半导体层而得的有机晶体管，且公开了该有机晶体管的电荷迁移率高，具有较大的电流开/关比，且保存稳定性优异。另外，还公开了使用湿法使该化合物形成有机半导体层而得的有机晶体管。但是，该有机半导体材料的溶解性并不能说是充分的，且并未看到有机TFT的迁移率的改善。

基于上述情况，提出了各种涂布用有机半导体材料，但是，仍然难以说已获得了满足实用性能的特性，因此，仍需要载流子迁移率高、具有大气中的保存稳定性且在溶剂中的溶解性高的材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-267134号公报

非专利文献

非专利文献1：J.Org.Chem.Vol.75，No.4，2010，pp1228-1234

发明内容