[发明专利]一种可溶性酞菁化合物、其制备方法及一种有机薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及有机半导体材料技术领域，特别涉及一种可溶性酞菁化合物、其制备方法及一种有机薄膜晶体管。

背景技术

近年来，随着有机薄膜晶体管在集成电路和传感器等方面应用的发展，对高迁移率有机共轭半导体材料的研究和开发非常活跃。酞菁化合物具有独特的π共轭结构，使其具有独特的物理性质和优异的环境稳定性等特点，尤其是通过调控电子结构和固态下分子堆积模式，能使其形成具有强π-π相互作用的堆积结构，因此，酞菁化合物被作为高迁移率有机共轭半导体材料而广泛应用。美国专利文献US5969376公开了一种平面的金属酞菁，所述金属酞菁为酞菁铜（CuPc）、酞菁锌（ZnPc）或酞菁锡（SnPc），作为半导体层的空穴传输型有机薄膜晶体管，其空穴迁移率为10^-3cm²/V·s；申请号为200710055258.1的中国专利文献公开了采用轴向取代酞菁化合物作为半导体层的有机薄膜晶体管，其载流子迁移率为10^-3cm²/V·s；美国专利文献US2010140593也公开了采用轴向取代酞菁的有机薄膜晶体管，其中的酞菁铟氯（ClInPc）具有较高的空穴迁移率，能达到0.52cm²/V·s；先进材料（Adv.Mater.，2008，20，2142）和应用物理快报（Appl.Phys.Lett.，2008，92，143303）分别公开了采用酞菁锡二氯（Cl₂SnPc）和酞菁氧锡（OSnPc）的电子传输型有机薄膜晶体管。

上述文献报道的酞菁化合物在有机溶剂中溶解性很差，使制备有机薄膜晶体管中的半导体层需采用真空蒸镀的方法，但是，由于真空蒸镀方法复杂、条件苛刻、成本高，采用溶液加工的方法制备有机薄膜晶体管中的半导体层已成为有机电子器件发展的趋势。因此，开发可溶性酞菁半导体材料，使有机薄膜晶体管的半导体层可以通过溶液加工的方法制备，这是高迁移率有机半导体研发的主要方向之一。

目前，现有技术已公开了多种可溶性酞菁化合物，例如，日本专利文献JP2004149752、JP2008303383、JP2009218369、JP2010045186和JP201120483，美国专利文献US5932721和US5506708，世界专利文献WO2008/037695以及申请号为200810050658.8、201010520550.8的中国专利文献公开了含多种取代基的可溶性酞菁化合物。上述现有技术向单核酞菁外围苯环部分的取代位点引入亲油或亲水取代基，提高了酞菁化合物的溶解性，但是将上述可溶性酞菁化合物作为半导体层用于有机薄膜晶体管，表现出的迁移率在10^-3cm²/V·s~10^-1cm²/V·s，低于未取代酞菁化合物的迁移率，因而限制了它们的应用。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种可溶性酞菁化合物、其制备方法及一种有机薄膜晶体管，采用本发明提供的可溶性酞菁化合物制备的有机薄膜晶体管具有较高的载流子迁移率。

本发明提供一种可溶性酞菁化合物，具有式（I）结构或式（II）结构：

其中，R为烷基、烷氧基或烷硫基；M为二价金属或含配体的三价以上金属。

优选的，所述R为直链烷基、支链烷基、直链烷氧基、支链烷氧基、直链烷硫基或支链烷硫基。

优选的，所述R为C₄~C₁₈的直链烷基、C₄~C₁₈的直链烷氧基或C₄~C₁₈的直链烷硫基。

优选的，所述R为辛基、己基、十二烷基、己氧基、辛氧基或辛硫基。

优选的，所述二价金属为Cu、Zn、Ni、Co或Pb；

所述含配体的三价以上金属为InCl、SbCl、MnCl、GaCl、AlCl、TiCl、TiO、VO、SnO或SnCl₂。

本发明提供一种可溶性酞菁化合物的制备方法，包括以下步骤：

将5,6-二烷基-1,3-二氢-1,3-二亚胺基异吲哚啉、5,6-二烷氧基-1,3-二氢-1,3-二亚胺基异吲哚啉或5,6-二烷硫基-1,3-二氢-1,3-二亚胺基异吲哚啉与三乙胺、1,3,3-三氯异二氢氮杂茚在有机溶剂中混合进行反应，过滤后得到滤液；