[发明专利]扩展的非线性并苯衍生物和它们作为有机半导体的用途

说明书

发明领域

本发明涉及扩展的(extended)非线性并苯衍生物、它们的制备方法、它们作为有机电子(OE)器件中的半导体的用途和包含它们的OE器件。

背景和现有技术

近年来，已经开发有机半导体(OSC)材料以制造更通用、更低成本的电子器件。这样的材料可在多种多样的器件或装置中找到应用，仅举几例，包括有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、光电探测器、有机光伏(OPV)电池、传感器、记忆元件和逻辑电路。有机半导体材料通常以例如小于1微米厚的薄层形式存在于电子器件中。

OFET器件的性能主要基于半导体材料的电荷载流子迁移率和电流开/关比，因此理想的半导体应在关闭(off)状态下具有低电导率并兼具高电荷载流子迁移率(>1x 10^-3cm²/Vs)。此外，重要的是，半导体材料对于氧化是相对稳定的，即其具有高的电离电势，因为氧化导致降低的器件性能。对半导体材料的进一步要求是良好的加工性，尤其是对于大规模生产薄层和所需图案的良好加工性，以及有机半导体层的高稳定性、膜均匀性和完整性。

在现有技术中，已提出用作OFET中的OSC的各种材料，包括小分子，例如并五苯，和聚合物，例如聚己基噻吩。

共轭小分子半导体的有前景的类型基于并五苯单元(参见J.E.Anthony,Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,452)。当通过真空沉积以薄膜形式沉积时，表明具有超过1cm²/Vs的载流子迁移率以及高于10⁶的极高电流开/关比(参见S.F.Nelson,Y.Y.Lin,D.J.Gundlach和T.N.Jackson,Appl.Phys.Lett.,1998,72,1854)。但是，真空沉积是不适合制造大面积膜的昂贵的加工技术。通过添加增溶基团，如三烷基甲硅烷基乙炔基来改进初始器件制造，以使迁移率＞0.1cm²/Vs(参见Maliakal,K.Raghavachari,H.Katz,E.Chandross和T.Siegrist,Chem.Mater.,2004,16,4980)。还已报道，在并五苯核心单元上添加进一步取代基可改进其在场效应晶体管(FET)器件中的半导体性能。

但是，迄今已研究的现有技术的OSC材料和包含它们的器件的确仍具有若干缺点，它们的性质，尤其是溶解性、加工性、电荷载流子迁移率、开/关比和稳定性仍有进一步改进的空间。

因此，仍然需要表现出良好电子性质，尤其是高电荷载流子迁移率，和良好加工性，尤其是在有机溶剂中的高溶解性的OSC材料。此外，为了用在OFET中，需要能够改进从源-漏电极向半导体层中的电荷注入的OSC材料。

本发明的一个目的是提供没有如上所述的现有技术材料的缺点并的确尤其表现出良好的加工性、在有机溶剂中的良好溶解性和高电荷载流子迁移率的用作有机半导体材料的化合物。本发明的另一目的是扩大可供专业人员使用的有机半导体材料库

已经发现这些目的可以通过提供如本文以下公开并且要求保护的化合物实现。本发明的发明人已经发现这些化合物展现出在大多数有机溶剂中非常良好的溶解性，尤其是通常用于有机电子器件制造的那些有机溶剂，显示出良好的热稳定性和高电荷载流子迁移率，并且当用作电子器件例如OFET中的半导体层时显示出高的性能。

WO2012/076092A1公开了一类基于非线性并苯单元的共轭小分子，然而，其中未公开如本文以下要求保护的化合物，其含有扩展的多环单元(具有一系列超过5个的稠合环)。

发明详述

本发明涉及式I的化合物

其中

X表示S、O或Se，

A表示C、Si或Ge，

R',R",R'"彼此独立地表示H、具有1至20个C原子的直链、支链或环状的烷基或烷氧基、具有2至20个C原子的直链、支链或环状的烯基、具有2至20个C原子的直链、支链或环状的基团、具有2至20个C原子的直链、支链或环状的烷基羰基、具有4至20个环原子的芳基或杂芳基、具有4至20个环原子的芳基烷基或杂芳基烷基、具有4至20个环原子的芳氧基或杂芳氧基、或具有4至20个环原子的芳基烷氧基或杂芳基烷氧基，其中所有上述基团任选被一个或多个基团R^S取代，