[发明专利]新型有机半导体化合物、其制造方法、以及含有其的有机半导体组合物、有机半导体薄膜和元件

说明书

技术领域

本发明涉及具有多环芳香族核的新型多环芳香族有机半导体化合物、其制造方法、含有前述化合物的有机半导体组合物、有机半导体薄膜、有机场效应晶体管、太阳能电池等电子、光学或电子光学用元件。 

背景技术

在柔性塑料基板上制作柔性显示器的实现，由于有机半导体的出现而成为可能。自从报道了简单的共轭性高分子物质聚乙炔表现出半导体特性且若进行掺杂则可以具有金属的导电度这一研究结果以来，对有机半导体原材料的研究和开发在最近正以有机发光二极管为中心活跃地进行着，有机发光二极管逐渐被应用于各种便携电子制品中而变得常用，以至于连这类发光二极管的驱动元件也希望通过有机材料来制造，因此对有机薄膜晶体管的技术开发正在活跃地进行中。 

有机薄膜晶体管的结构和工作原理与利用非晶硅、多晶硅的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors，金属氧化物半导体场效应管)基本相同。然而，有机薄膜晶体管和MOSFET的最大差别在于，使用的是有机物半导体而非硅作为半导体物质。截至数年前，研究的主要是活性层半导体 物质利用有机物半导体、基板使用玻璃板/电阻非常低的硅晶片、电极/绝缘层部分使用金属和无机物氧化膜的有机薄膜晶体管，但最近包括基板、绝缘层、甚至电极都使用高分子物质的有机薄膜晶体管的研究正逐渐活跃，由此柔性显示器的实用化正在飞速推进。 

与此同时，有机半导体的开发已成为有机太阳能电池开发中的核心。利用硅的p-n结太阳能电池已成为太阳能电池的主流，另一方面，硅太阳能电池的性能和价格竞争力的改善已达极限。由此，新的超越目前太阳能电池技术的局限性的太阳能电池的开发非常必要。超越硅太阳能电池的太阳能电池存在多种具有可能性的技术，可以划时代地改善硅太阳能电池的经济性的有机太阳能电池是最有可能性的方向之一。有机太阳能电池的开发中，最重要的要素是可以吸收光的光吸收层的开发、和可以接受此时产生的空穴和电子的n型半导体和p型半导体层的开发。就p型半导体而言，已开发出多种有机高分子，可以有多种选择，与此相对，n型半导体尚不存在具有可靠的技术优异性的系统。染料敏化型太阳能电池中，利用TiO₂形成n型半导体，使用利用钌(Ruthenium)有机金属化合物的光敏剂，然而该技术已经受到保护且价格上并不便宜。最终，在具有高效率和价格竞争力的有机太阳能电池开发中，有机半导体的开发是最核心的。 

与现有的利用Si等无机半导体的半导体元件相比，利用有机半导体的半导体元件和太阳能电池可以谋求制造费用的降低，还可以期待制成具有柔性的半导体元件和太阳能电池。并且，就有机半导体组合物而言，已研究出例如聚噻吩、红荧烯等各种有机半导体组合物，并有报道指出，由这些有机半导体组合物形成通道形成区域的晶体管有时也具有类似于由无定形硅形成的通道形 成区域的晶体管程度的移动度[例如，参照APL Vol.80，No.6，1088-1090(2002)]。 

已知大量的具有高空穴移动度的有机半导体组合物(例如戊省)或导体聚合物作为有机TFT、有机发光二极管、太阳能电池等中使用的p型有机半导体。 

然而，在由这些有机半导体组合物形成通道形成区域时，由于这些有机半导体组合物难溶于有机溶剂、难以应用涂布工艺，因此基于真空沉积法形成膜。另一方面，通过在这些有机半导体组合物中导入简单的烷基链或其它取代基而使其对有机溶剂具有亲和性，可以使这些有机半导体组合物能溶解于有机溶剂中。实际上已经报导了如下的例子：在聚乙撑二氧噻吩中导入了己基的聚-3-己基噻吩(P3HT)溶于氯仿、甲苯等有机溶剂，通过旋转涂布法等涂布工艺而形成了通道形成区域[例如，参照APL 69(26)4108-4110(1996)]。 

另一方面，属于稠合多环化合物的多并苯(POLYACENE)化合物与聚乙炔、聚苯等同样是具有π-电子共轭体系的分子，进而与聚乙炔等相比理论上带隙更小，是作为有机半导体组合物可能具有优异机能的化合物。出于将分子彼此结合或与绝缘膜表面的官能团结合的目的，或为了控制并苯骨架的距离、位置和排列或布图等，可以利用导入多并苯化合物的取代基。然而，多并苯化合物是苯环线性连接而成的化合物，不具有取代基的多并苯化合物具有随着苯环数增加而难溶于有机溶剂的性质。特别是5个苯环连续融合而成的戊省和以上的多并苯化合物，对大部分有机溶剂失去溶解性，通过旋转涂布法等形成均一的膜是非常困难的，即使可以进行，有机溶剂和温度条件也非常受限(例如，三氯苯、60～180℃)。