新型稠合多環(huán)芳族化合物及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及稠合多環(huán)芳族化合物、包含所述稠合多環(huán)芳族化合物的有機(jī)半導(dǎo)體材 料和有機(jī)半導(dǎo)體裝置、以及制造稠合多環(huán)芳族化合物和有機(jī)半導(dǎo)體裝置的方法。更具體地， 本發(fā)明涉及稠合多環(huán)芳族化合物、包含所述稠合多環(huán)芳族化合物的有機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī) 半導(dǎo)體裝置、以及制造稠合多環(huán)芳族化合物和有機(jī)半導(dǎo)體裝置的方法，所述稠合多環(huán)芳族 化合物即使在空氣氣氛中仍使得晶體管穩(wěn)定運(yùn)行。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，包含有機(jī)半導(dǎo)體材料的薄膜裝置如有機(jī)EL裝置、有機(jī)晶體管裝置和有機(jī) 薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置已經(jīng)引起了關(guān)注并開始投入實(shí)際使用。在要用于這些薄膜裝置的有機(jī)半 導(dǎo)體材料的基本物理性質(zhì)中，載流子迀移率和開關(guān)比（〇n/off ratio)是重要的。例如，在 有機(jī)EL裝置中，高效的發(fā)光和低電壓下的驅(qū)動需要有效的電荷傳輸，因此載流子迀移率是 重要的。在有機(jī)晶體管裝置中，直接影響其開關(guān)速度（switching speed)和所驅(qū)動裝置性 能的載流子迀移率和開關(guān)比也是重要的。
[0003] 此外，重要的是，其能夠在空氣氣氛中穩(wěn)定地驅(qū)動。如果在空氣氣氛中穩(wěn)定地驅(qū) 動，則將會使惰性氣氛中的工作或運(yùn)作和密封等是不必要的。因此，生產(chǎn)工藝能夠簡化且生 產(chǎn)所必需的設(shè)備的成本可以大大降低。
[0004] 在有機(jī)半導(dǎo)體材料中，如同無機(jī)半導(dǎo)體材料，常規(guī)已知的是p型（空穴傳輸）有機(jī) 半導(dǎo)體材料（下文中稱作"p型材料"）和η型（電子傳輸）有機(jī)半導(dǎo)體材料（下文中稱作 "η型材料")。例如，為了制造邏輯電路如CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體），需要ρ型材料和 η型材料。
[0005] 至今已經(jīng)對ρ型材料進(jìn)行了大量研究，且已經(jīng)對顯示高性能并在空氣氣氛中穩(wěn)定 驅(qū)動的材料進(jìn)行了報道。相反，對η型材料的研究則沒有如此多的進(jìn)展。近期開發(fā)的大部 分材料僅能在真空中驅(qū)動，而能夠在空氣氣氛中穩(wěn)定驅(qū)動的材料則有限。
[0006] 具有醌型結(jié)構(gòu)的化合物是一種能夠在空氣氣氛中穩(wěn)定驅(qū)動的η型材料，且已經(jīng)開 發(fā)了醌型低聚噻吩和醌型苯并二噻吩等（專利文獻(xiàn)1和2、以及非專利文獻(xiàn)1和2)。然而， 不能說這些化合物具有足夠的性能，且它們不能投入商業(yè)用途。因此，需要具有高迀移率和 高開關(guān)比的半導(dǎo)體材料。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn) I :TO2008-032715
[0010] 專利文獻(xiàn) 2 :JP 2〇〇9_242339 A
[0011] 非專利文獻(xiàn)
[0012] 非專利文獻(xiàn) 1 :美國化學(xué)學(xué)會（J. Am. Chem. Soc.)，2002,124,4184
[0013] 非專利文獻(xiàn)2 :化學(xué)通訊（Chem. Lett. )，2009,第38卷，568

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 技術(shù)問題
[0015] 本發(fā)明的目的是提供一種在空氣氣氛中穩(wěn)定并具有高迀移率和大開關(guān)比的η型 半導(dǎo)體材料。
[0016] 技術(shù)方案
[0017] 為了解決上述問題，本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了新型稠合多環(huán)芳族化合物，并還對其用 于有機(jī)電子裝置的潛能進(jìn)行了研究，由此完成了本發(fā)明。
[0018] SP，本發(fā)明涉及以下內(nèi)容。
[0019] [1] 一種由通式（1)表示的稠合多環(huán)芳族化合物：
[0020]
[0021] 其中A表不1，5-二氫化奈壞或2, 6-
二氫化奈壞；&、R2、R3和R 4各自獨(dú)立地表示 氫原子、鹵族原子、取代的或未取代的脂族烴基、取代的或未取代的脂環(huán)族烴基、取代的或 未取代的芳族烴基、取代的或未取代的烴氧基、取代的或未取代的酯基、取代的或未取代的 ?；蛘呷〈幕蛭慈〈那杌?；且XJPX 2各自獨(dú)立地表示氧原子、硫原子或硒原子。 [0022] [2]根據(jù)[1]所述的稠合多環(huán)芳族化合物，其中XJP X 2是硫原子。
[0023] [3]根據(jù)[1]或[2]所述的稠合多環(huán)芳族化合物，其中私和R4是氫原子。
[0024] [4]根據(jù)[1]~[3]中任一項(xiàng)所述的稠合多環(huán)芳族化合物，其中氏和R2是具有 1~30個碳原子的脂族烴基。
[0025] [5]根據(jù)[4]所述的稠合多環(huán)芳族化合物，其中M5P R2是具有1~30個碳原子 的直鏈或支鏈烷基。
[0026] [6] -種有機(jī)半導(dǎo)體材料，其包含根據(jù)[1]~[5]中任一項(xiàng)所述的稠合多環(huán)芳族化 合物。
[0027] [7]根據(jù)[6]所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料，其中所述有機(jī)半導(dǎo)體材料是晶體管材料。
[0028] [8] -種薄膜形成用組合物，所述組合物包含根據(jù)[1]~[5]中任一項(xiàng)所述的稠合 多環(huán)芳族化合物和有機(jī)溶劑。
[0029] [9]根據(jù)[8]所述的薄膜形成用組合物，其中相對于100重量份的所述溶劑，所述 稠合多環(huán)芳族化合物的含量在〇. 01重量份以上且10重量份以下的范圍內(nèi)。
[0030] [10] -種薄膜，所述薄膜包含根據(jù)[1]~[5]中任一項(xiàng)所述的稠合多環(huán)芳族化合 物。
[0031] [11] -種有機(jī)半導(dǎo)體裝置，其包含根據(jù)[10]所述的薄膜。
[0032] [12]根據(jù)[11]所述的有機(jī)半導(dǎo)體裝置，其中所述裝置是有機(jī)晶體管裝置。
[0033] [13] -種制造有機(jī)半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包括通過溶液法將根據(jù)[8]或 [9]所述的薄膜形成用組合物施加到基板上的步驟。
[0034] 有益效果
[0035] 本發(fā)明涉及一種新型稠合多環(huán)芳族化合物，其是能夠在空氣氣氛中穩(wěn)定驅(qū)動的η 型半導(dǎo)體并具有高迀移率和大的開關(guān)比。所述化合物由此能夠用于提供有機(jī)電氣裝置。
【附圖說明】
[0036] [圖1]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的有機(jī)晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037] [圖2]圖2顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的制造有機(jī)晶體管的方法的示意圖。
[0038] [圖3]圖3顯示應(yīng)用到光電轉(zhuǎn)換裝置和太陽能電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0039] [圖4]圖4是顯示在根據(jù)本發(fā)明的化合物119的情況中電子吸收光譜與吸收波長 之間關(guān)系的圖。
[0040] [圖5]圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的化合物119的循環(huán)伏安圖的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下文中將對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042] 對由以下通式（1)表示的稠合多環(huán)芳族化合物進(jìn)行說明。
[0043]
[0044] 在通式（1),……，。一
，。一" R1~尺4各自獨(dú)立 地表示氫原子、鹵族原子、脂族烴基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、烴氧基、酯基、?；蚯杌?，其 中所述脂族烴基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、烴氧基、酯基、?；颓杌梢允侨〈幕蛭慈〈?的。取代基的位置、數(shù)量和類型沒有特別限制；且在具有兩個以上取代基的情況中，可以同 時存在兩種以上的取代基。所述取代基可以是鹵族原子、脂族烴基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、 烴氧基、酯基、?；蚯杌?。&和X 2各自獨(dú)立地表示氧原子、硫原子或硒原子。
[0045] 優(yōu)選地，&~R 4都是氫原子；或R JP R 2是氫原子，且R 3和R 4各自是脂族烴基或 芳族烴基；或&和R 2各自是鹵族原子、脂族烴基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、烴氧基、酯基、?；?或氰基，且RjPR 4是氫原子。更優(yōu)選地，RjPR 2各自是脂族烴基，且R JPR4是氫原子。X1 和乂2優(yōu)選為硫原子。
[0046] 所述齒族原子包括氟原子、氯原子、溴原子和碘原子。
[0047] 脂族烴基包括飽和或不飽和的直鏈或支鏈脂族烴基；且其碳原子數(shù)優(yōu)選為1~ 30,更優(yōu)選1~20,還更優(yōu)選6~18。飽和或不飽和直鏈或支鏈烷基的實(shí)例包括甲基、乙 基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、烯丙基、叔丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二 烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十七烷基、正丁烯基、2-乙基己基、3-乙基 庚基、4-乙基辛基、2-丁基辛基、3-丁基壬基、4-丁基癸基、2-己基癸基、3-辛基^^一烷基、 4_辛基十二烷基、2-辛基十二烷基和2-癸基十四烷基。脂族烴基可以優(yōu)選為飽和直鏈或支 鏈烷基且尤其優(yōu)選為正辛基、正癸基、正十二烷基、正十六烷基、2-乙基己基、2- 丁基辛基、 2_己基癸基或4_乙基辛基。
[0048] 脂環(huán)族烴基包括飽和或不飽和的環(huán)狀烴基；且環(huán)狀烴基的實(shí)例包括具有3~12個 碳原子的環(huán)狀烴基如環(huán)己基、環(huán)戊基、金剛烷基和降冰片基。
[0049] 芳族烴基包括苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基和苯并芘基。其中，優(yōu)選的是苯基和萘 基；尤其優(yōu)選的是苯基。
[0050] 雜環(huán)基團(tuán)或稠合的雜環(huán)基團(tuán)包括吡啶基、吡唑基、嘧啶基、喹啉基、異喹啉基、吡咯 基、二氫吲哚基、咪唑基、咔唑基、噻吩基、呋喃基、吡喃基、吡啶酮基（pyridonyl)、苯并喹啉 基、蒽喹啉基、苯并噻吩基和苯并呋喃基。其中，優(yōu)選的是吡啶基和噻吩基；尤其優(yōu)選的是噻 吩基。
[0051 ] 所述烴氧基包括包含上述脂族烴基中的任一種的烴氧基。
[0052] 所述酯基和?；ò鲜鲋鍩N基中的任一種的酯基和包含上述脂族烴基 中的任一種的?；?。
[0053] 式（1)中札~R 4與X JP X 2的優(yōu)選組合是上述優(yōu)選基團(tuán)或原子的組合。
[0054] 按以下方案，通過通式（2)的化合物與通式（3)的化合物的反應(yīng)能夠得到通式（1) 的稠合多環(huán)芳族化合物。
[0055]
[0056] 在通式⑵中，XjP 乂2各自獨(dú)立地表示氧原子、硫原子或硒原子。a表示萘環(huán)。 札~1?4各自獨(dú)立地表示氫原子、鹵族原子、脂族烴基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、烴氧基、酯基、 酰基或氰基，其中所述脂族烴基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、烴氧基、酯基、?；颓杌梢允?取代的或未取代的。取代基的位置、數(shù)量和類型沒有特別限制；且在具有兩個以上取代基的 情況中，能夠同時存在兩種以上的取代基。所述取代基可以是鹵族原子、脂族烴基、脂環(huán)族 烴基、芳族烴基、烴氧基、酯基、?；蚯杌Ｋ鲋鍩N基、脂環(huán)族烴基、芳族烴基、烴氧基、 酯基、酰基和氰基為如Ri~R 4所提及的。Y :表示鹵族原子；且所述鹵族原子包括氟原子、氯 原子、溴原子和碘原子。優(yōu)選的是溴原子和碘原子。
[0057] 式⑵中&~R 4與X JP X 2的優(yōu)選組合與式⑴中R廣R 4與X JP X 2所提及的 優(yōu)選組合相同。
[0058] 通過應(yīng)用例如有機(jī)化學(xué)期刊（J. Org. Chem. )，1994, 59, 3077中所述的方法能夠合 成根據(jù)本發(fā)明的由通式（1)表示的稠合多環(huán)芳族化合物。具體地，通過在催化劑和堿的存 在下使通式（2)的化合物與通式（3)的化合物在溶劑中或沒有溶劑的情況下反應(yīng)能夠得到 通式（1)的稠合多環(huán)芳族化合物。
[0059] 用于反應(yīng)中的催化劑優(yōu)選包括鈀系催化劑如PdCl2 (PPh3) 2、Pd (PPh3) 4、Pd (OAc) 2和 PdCl2。催化劑的量沒有特別限制，但相對于每摩爾通式（2)的化合物，為0. 001摩爾~1摩 爾，優(yōu)選0. 01摩爾~0. 5摩