JP3313357B2 - 電子デバイス用化合物 - Google Patents

電子デバイス用化合物

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JP3313357B2 JP2000510790A JP2000510790A JP3313357B2 JP 3313357 B2 JP3313357 B2 JP 3313357B2 JP 2000510790 A JP2000510790 A JP 2000510790A JP 2000510790 A JP2000510790 A JP 2000510790A JP 3313357 B2 JP3313357 B2 JP 3313357B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、電子デバイスに用いられる共役
有機化合物に関し、さらに詳しくは、薄膜トランジスタ
(TFT)または電界効果トランジスタ(FET)を構
成するために用いられる縮合チオフェンオリゴマーまた
はポリマーに関する。
【0002】共役オリゴマーまたはポリマーからなる有
機半導体は、基本的な光電子物理的特性と、フォトダイ
オード(参考文献1参照)、発光デバイス(LED)
(参考文献2参照)、および薄膜トランジスタ(TF
T)(参考文献3参照)等への応用が可能であることか
ら現在研究対象として大きな関心を集めている。異なる
長さのオリゴマーまたはポリマーを形成するための共役
セグメントや、それらの種々の組み合わせを慎重に選択
することによって、前記分子半導体を高度に微調製でき
るようになり、その結果、非常に有益な特性が得られる
ようになる。
【0003】ガルニエ(Garnier)およびその共同研究
者らは、四量体〜八量体の範囲のチオフェンのオリゴマ
ーについて検討し、機能性カードや可撓性フラットパネ
ル・ディスプレイの製造を実現可能なものとするTFT
のための活性物質として有望であると提唱している(参
考文献4〜6参照)。しかしながら、チオフェンオリゴ
マーの電界効果電荷移動度は、共役長によって増加し、
六量体以上では同等であることが判明した。また、共役
長が長くなるほど、長い範囲にわたって分子が配列する
ことが困難になるだけでなく、合成過程および精製の問
題も招くようになる。したがって、電界効果移動度およ
びオン/オフ比にも好ましくない影響を与えるようにな
る。
【0004】可溶化位置規則性ポリ(3−ヘキシルチオ
フェン)は、上述の理由から、オン/オフ比は比較的低
いが(10〜103)、ごく最近、高い移動度(10-5
〜0.045cm2/Vs)が示された(参考文献7参
照)。したがって、有機TFT材料への過去の研究の大
部分は、チオフェンの六量体(またはセキシチオフェン
(sexithiophene)、a−ヘキサチエニル、a−6T)
とそのアルキル化誘導体に集中している。結果として、
0.03cm2-1-1の移動度と、106以上のオン/
オフ比を有するTFTが得られている。セキシチオフェ
ン(sexithiophene)TFTの高移動度の方向は、基板
に対して平行であり、チオフェンオリゴマーの長軸に対
して垂直である。これは、電荷移動度を得るためには、
π積層が重要であることを示している。
【0005】カツ(Katz)ら(参考文献8参照)は、最
近、他の有機TFT材料としてビス(ベンゾジチオフェ
ン)について検討し、高移動度(0.04cm2-1
-1)を得ることに成功した。ベンゾ縮合チオフェンは、
その詳細な結晶構造は不明であるが、π共役単位が大幅
に重複することにより構成されるようである。市販のペ
ンタアセン、すなわち、より高度な縮合環状化合物は、
過去においては、チオフェンオリゴマーに比べると着目
されなかった。この理由は、移動度が0.002(参考
文献9参照)または0.009cm2-1-1(参考文
献10、11参照)と低いためであると思われる。
【0006】分子光線成膜によって形成されたペンタセ
ンTFTは、最近になって高移動度(0.03cm2
-1-1)を示した。純度の高い材料を使用して成長速度
を緩やかにすることにより、研究者は、ペンタセンTF
Tの移動度を0.3〜0.7cm2-1-1という高さ
にまで引き揚げた(参考文献12、13参照)。高い移
動度は、π積層と昇華ペンタセン薄膜の巨視的な単結晶
性質に関連している(参考文献14参照)。しかしなが
ら、有機材料の多くは、オン/オフ特性(102〜1
5)が低く、閾値勾配が高いという不具合がある。
【0007】本発明の目的は、従来技術の材料やデバイ
スに関連して発生する上述の問題を解決することにあ
る。したがって、本発明は少なくとも2つの部分からな
る化合物または錯体を提供する。各部分は、互いに直接
縮合した2以上のチオフェンからなる。この発明の文脈
において、用語「部分」は、単一のモノマー分子の異な
る部分、および二量体、オリゴマー、またはポリマーの
繰り返し単位にも及ぶことを意図する。
【0008】本発明は、上述のような化合物を製造する
方法も提供する。この方法は、ある縮合チオフェン誘導
体を別の縮合チオフェン誘導体と結合させることからな
る。
【0009】本発明はさらに、上述のような化合物を含
む電気、電子、または光電子要素部品またはデバイスを
提供する。
【0010】以下に、添付図面を参照しながら本発明の
実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。
【0011】本発明は、材料の薄い層を用いることによ
って、固体状態の不均一構造のデバイス、例えば、高い
性能を有する薄膜トランジスタ(TFT)の製造を可能
にする縮合チオフェンを基本とする有機半導体を用いる
ものである。有機半導体は、最大の分子間π重複が、超
分子構造において圧縮π積層体を形成するような縮合チ
オフェンを基本とするオリゴマーまたはポリマーからな
る。したがって、この種の有機半導体を活性材料として
用いることによって、高電界効果移動度と高オン/オフ
比が達成される。
【0012】本発明は、高性能TFTまたはFETにお
いて用いられる高移動度およびオン/オフ比を有する有
機半導体を設計し合成する手段を提供する。オリゴマー
またはポリマーのための構造体ブロックとして、縮合チ
オフェン、典型的にはジチエノ[3、2−b:2’、
3’−d]チオフェンが用いられている。縮合チオフェ
ンは、平面共役セグメントを供給するだけでなく、硫黄
に富む供給源であり、これは、分子構造や分子配列を調
製する。0.05cm2-1-1という高い電界効果移
動度と108以上の高いオン/オフ比が達成される。特
に、α、α’−ビス(ジチエノ[3、2−b:2’、
3’−d]チオフェン)単結晶のX線分析は、最初にπ
積層において互いに対向し合う平面同士の最小面間距離
が3.56オングストロームであることを示す。このた
め、デバイスを製造する際に、この材料の巨視的単結晶
が実現できるのであれば、高移動度が達成されるであろ
う。
【0013】本発明は、電子デバイス、特に薄膜トラン
ジスタにおいて活性材料として採用される新規性のある
縮合複素環環状化合物、それらのオリゴマーおよびポリ
マーと、それらの用法に関する。縮合複素環状(さらに
詳しくは、チオフェン)は、2個、3個、4個および5
個の縮合チオフェンからなる。好ましくは、3個の縮合
チオフェンからなる(図式1)。特に、縮合チオフェン
二量体5は、本発明の化合物を例示している。共役オリ
ゴマーまたはポリマーを溶液処理可能な形態とするため
に、可溶化側鎖を結合させることができ、または前駆体
材料を使用して溶液から膜の形成を引き起こすことがで
きる。
【0014】可溶化官能基は、溶液処理能力やデバイス
の活性層における超分子の配列において有益な効果をも
たらす。これらの官能基は、不均一環上で種々の位置に
付加され、溶液処理可能な有機材料を提供する。溶液処
理可能性は、最終的に薄膜の形態を制御する際、重要な
役割を果たす。オリゴマーやポリマーの基質は、以下の
範疇の1つから選択することができる(図式1)。単量
体単位もまた、図式1に示される代表例から選択されて
もよい。
【0015】
【化8】
【0016】
【化9】
【0017】
【化10】
【0018】
【化11】
【0019】
【化12】
【0020】図式1において、R1、R2、R3およびR4
は、以下の中のいかなる組み合わせから選択されてもよ
い。すなわち、H、(CH2nCH3、O(CH2n
3、S(CH3nCH3または分岐鎖誘導体アリール、
アルキルまたは複素環状置換体または他の可溶性側鎖ア
ルキル、アリールまたは複素環状置換体のうちのいかな
る組み合わせから選択されてもよい。R1は、また、C
OOH、トリアゾール、テトラゾールまたはそれらの誘
導体であってもよい。
【0021】好適なオリゴマーは、以下を含む。すなわ
ち、4(R1=C817、R2=R3=R4=H)、5(R1
=C613S−、R2=R3=H)、5(R1=C817
2=R3=H)、5(R1=C1021S−、R2=R3
H)、5(R1=C1225、R2=R3=H)、5(R1
1225S−、R2=R3=H)、2(R1=COOH、
2=R3=R4=H)および2(R1=COOH、R2
3=H、R4=C817)である。
【0022】ポリマー単位は、構造6および図式2の繰
り返しを選択することによって選ばれる。
【0023】
【化13】
【0024】
【化14】
【0025】
【化15】
【0026】
【化16】
【0027】
【化17】
【0028】
【化18】
【0029】図式2において、R1、R2およびR3は、
以下のいかなる組み合わせから選択されてもよい。すな
わち、H、(CH2nCH3、O(CH2nCH3、S
(CH2)nCH3または分岐鎖誘導体担持アリール、ア
ルキルまたは複素環状置換基または他の可溶性側鎖アル
キル、アリールまたは複素環状置換基のいかなる組み合
わせから選択されてもよい。R1は、COOH、トリア
ゾール、テトラゾール、またはその誘導体とすることが
できる。
【0030】好適には、ポリマー6は、繰り返し単位1
0(R1=H、R2=アルキル、R3=H)と、10(R1
=R2=アルキル、R3=H)を担持する。
【0031】輸送材料の樹脂状錯体における超分子配列
【0032】クラフト(Kraft)らによる最近の研究
(参考文献27参照)では、アリールカルボン酸とポリ
イミダゾール塩基との水素結合により得られる自己組織
化(self assembled)樹脂状体は、大きな平面状錯体を
形成することが示されている。図式3に示されるカルボ
ン酸2(R1=COOH、R2=R3=R4=H)とトリス
(4、5−ジヒドロイミダゾール−2−イル)ベンゼン
との錯体12は、図式3(図9も参照)に示される錯体
を供与する。これは、シンクロトロンX線分析によって
明確となるように、かなりの配列を示している。このよ
うな配列は、それ自身、FET用の高い配列の薄膜を形
成するものであり、さらに、超分子配列は、高移動度ト
ランジスタ材料に適していることは明らかである。
【0033】
【化19】
【0034】さらに、2(R1=C817またはC613
S−、R2=R3=H、R4=COOH)に基づいて、図
式3の錯体12に類似している超分子組織化錯体が形成
される。特に実施例は、2(R1=C817、R2=R3
H、R4=COOH)と1、3、5−トリス(ジヒドロ
イミダゾール)から誘導された錯体13である。これ
は、興味深いことにメソフェーズ挙動を示し、超分子配
列を制御することに貢献する。本発明において、超分子
配列を利用することによって、FETにおける高移動度
を達成するために特別な処理と材料の配向を行うことが
できる。
【0035】特に実施例において、α、α’−ビス(ジ
チエノ[3、2−b:2’、3’−d]チオフェン)
(BDT)(5 (R1=R2=R3=H))、2(R1
2=R3=R4=H)の「二量体」は合成されて、充分
にキャラクタリゼーション化される。縮合チオフェン化
合物である、ジチエノ[3、2−b:2’、3’−d]
チオフェン)(2 (R1=R2=R3=H))は、出版
物に公開された、3−ブロモチオフェンを原料とするプ
ロトコルにしたがって合成された(参考文献15参
照)。この「二量体化」は、酸化カップリング剤として
アセチルアセトン酸第2鉄を用い、a−リチウム化単量
体3のカップリング反応を介することにより行った(図
式4)。他のカップリング剤、例えば、CuCl2もま
た、カップリングをもたらした。BDT(5 (R1
2=R3=H))は、沸騰したトルエン内または高温の
DMF内で再結晶化するには充分な可溶性を示し、TH
F(2g/l)内ではわずかに溶解した。これによっ
て、精製や1H−NMRによる同定が極めて簡便にな
る。この微結晶粉は、金のような光沢を持ち、2ヶ月に
及ぶ試験期間中に周囲条件において化学的変化を示すこ
ともない。種々のキャラクタリゼーション化、すなわ
ち、1H NMR、UV、FTIR、微量分析および高
分解質量分光は、全て、5 (R1=R2=R3=H)
の構造に一致する。
【0036】
【化20】
【0037】さらに精製するため、勾配昇華管(gradie
nt sublimation tube)中で、二量体BDTは、真空
(10-4〜10-5mmHg)下で2001℃にて急速に
昇華された(参考文献16参照)。最終的に得られるB
DTのサンプルは、結晶サイズがより微細であるととも
に昇華前よりも明るい色を呈する。
【0038】BDTは紫外線が照射されると、固体状態
においてはオレンジ色の蛍光、希釈溶液においては青色
の蛍光を発することが判明した。図2に、二量体の、紫
外線吸収および放射スペクトルを示す。希釈溶液(溶媒
としてはCH3Cl3を使用した)中においては、吸収端
またはフォトルミネッセンス放射のピークから2.8e
Vのπ−π*ギャップが観察された。また、固体薄膜放
射ピークから得られた固体薄膜中においては、2.3e
Vのπ−π*ギャップが観察された。このようにして、
有機エレクトロルミネッセンスデバイスにおけるBDT
の放射特性を利用することができる。
【0039】BDT薄膜のサイクリックボルタンメトリ
ー測定が、電子と正孔を前記膜に注入することができる
ことは明らかにされている。言い換えれば、BDTはn
型もしくはp型にドープされることが明らかとされた。
図3に、金が被覆されたガラス基板上のBDT膜に対
し、全面にスイープしたサイクリックボルタモグラム
(voltammogram)を示す。0→0.9→0V(対FO
C)の酸化スイープにおいて、黄色→茶色→黄色への認
識可能な色変化が観察され、この色変化はp型ドーピン
グ(または正孔注入)における電気化学的、かつ準可逆
的な過程を示した。これは、ラジカル陽イオンの生成と
関係があるものと考えられる(参考文献17参照)。還
元スイープの間、類似した電気化学的な過程が見受けら
れたが、これは可逆的なn型ドーピング(または電子注
入)を示唆するものである。明確な色の変化は、前記還
元スイープの間には観察されなかった。酸化還元のピー
ク位置によれば、BDTの最高被占分子軌道(HOM
O)および最低空分子軌道(LUMO)の比は、−5.
6eV/−3.3eVであると評価された。これは、電
気化学的測定により得られた2.3eVのバンドギャッ
プが、電子分光学的測定から測定された固体状態におけ
るバンドギャップと良好に一致することを示すものであ
る。酸化電位が1.2Vを超える場合、2つの電子が注
入されるという特性が観察され、BDTの色が暗緑また
は黒に変化したことは、多分、2価の陽イオンの形成を
示すものであり、これは共役ポリマーにとって全く普遍
的なことである(参考文献17、18参照)。
【0040】発明者は、トルエン中でBDTの飽和溶液
を除冷することによってBDTの単結晶を成長させた。
この単結晶は比較的小さいので、結晶学的な全データが
以下に詳細に述べるシンクロトロン放射源により収集さ
れた。BDT結晶は、α−6Tおよびα−オクタチオフ
ェンに類似して単斜晶系であるが、C2/c空間群を有
している。BDTは、最も大きな密度を有することが明
らかであって、これは分子におけるS/C比が高いこと
やその詰め込み構造が密(packed)であることによるも
のと考えられる。6Tおよびペンタセンのように、前記
BDT分子は、完全に平坦な配列を有する(図4参
照)。
【0041】 表1 BDTの結晶学的なデータ(160±2Kにおいて測定されたもの) 化学式 C1666 分子量 309.57 波長 0.68790Å 結晶 単斜晶 空間群 C2/c 単位胞次元 a=33.689(2)Å、α=90゜ b=3.8834(2)Å、β=101.0932(2)゜ c=11.1055(5)Å、γ=90゜ 体積 1425.75(13)Å3 Z 4 濃度(計算値) 1.820Mg/cm3 吸収係数 0.948mm-1 F(000) 792 結晶サイズ 0.07×0.02×0.02mm データ収集Q範囲 3.58〜26.89゜ 指数範囲 −42<h<34、−4<k<5、−14<1<13 収集された反射 1272 独立反射 813(Rint=0.0429) 吸収補正 サダブス 精製方法 F2の最小二乗法(full-matrix least-squares) データ/制限/パラメータ 813/0/100 F2への良好な適合性 1.043 最終的なR表示[I>2s(I)]R1=0.078,wR2=0.1265 R表示(全データ) R1=0.0556,wR2=0.1314 ピークと正孔での大きな差異 0.44および−0.490eÅ-3
【0042】 表2 BDTの結合長[Å]、および結合角度[゜] S(1)−C(4)1.738(4) S(1)−C(S)1.739(4) S(2)−C(1)1.724(4) S(2)−C(2)1.726(4) C(9)−C(7)1.377(6) C(9)−C(5)1.410(5) C(9)−H.(9)0.95 C(6)−C(1)1.356(6) C(6)−C(4)1.428(6) C(6)−H(6) 0.95 C(5)−C(3)1.392(6) C(4)−C(2) 1.378(6) C(3)−C(2)1.426(5) C(3)−S(3) 1.724(4) C(1)−H(1)0.95 S(3)−C(7) 1.750(4) C(7)−C(7)* 1.445(7) C(4)−S(1)−C(5)90.0(2) C(1)−S(2)−C(2)90.7(2) C(7)−C(9)−C(5)112.0(3) C(7)−C(9)−H(9)124.0(2) C(5)−C(9)−H(9)124.0(2) C(1)−C(6)−C(4)110.3(4) C(1)−C(6)−H(6)124.9 C(4)−C(6)−H(6)124.9(2) C(3)−C(5)−C(9)113.7(4) C(30)−C(5)−S(1) 112.9(3) C(9)−C(5)−S(1)133.4(3) C(2)−C(4)−C(6)113.8(4) C(2)−C(4)−S(1)113.3(3) C(6)−C(4)−S(1)132.9(3) C(5)−C(3)−C(2)111.7(3) C(5)−C(3)−C(3)111.1(3) C(2)−C(3)−S(3)137.2(3) C(4)−C(2)−C(3)112.0(4) C(4)−C(2)−C(2)111.1(3) C(3)−C(2)−S(2)136.9(3) C(6)−C(1)−S(2)114.2(5) C(6)−C(1)−H(1)122.9(2) S(2)−C(1)−H(1)122.9(2) C(3)−S(3)−C(7)91.4(2) C(9)−C(7)−C(7)* 128.4(5) C(9)−C(7)−S(3)111.9(3) C(7)−*C(7)−S(3)119.7(4) *相応する原子を発生するのに用いられた対称のトランスフォーメーション:−
x+1/2,−y+1/2,−z+1
【0043】それぞれの結晶単位胞において、6Tおよ
びペンタセンとは異なる様式で詰め込まれた(packin
g)4つの分子を有する。驚くべきことに、ヘリングボ
ーン充填方式に代えて、ペンタセン(ヘリングボーン角
度:54゜)または6T(ヘリングボーン角度:66
゜)よりも平坦化されるようにBDT分子が組みこまれ
ている(図5参照)。BDT分子は、実際、2つの隣接
する積層面間の所定角度で互いに対向するように積層し
て組み込まれる。このように独特に組み込む駆動力は、
進歩した縮合チオフェン系および硫黄原子の自己認識に
よるものであると考えられる。
【0044】3つの物質の2つの分子間の最小の距離を
比較すると、BDTはπ(A)とπ(B)との距離が、
ペンタセンの3.71Å、6Tの3.82Åと比較して
最も短く(3.56Å)、BDTが分子系の記録的な近
接構造を有するものであることがわかる。このπ(A)
−π(B)積層の距離は、平行なπ系の相互作用をどの
ように強くし、どの程度近接させるかを決定づけるので
重要である。π積層の距離を短くするにつれて電荷の移
動度が高くなる。BDT系において、このような最短の
距離は、2つの傾斜した(tilted)分子の硫黄原子間の
原子距離であり、これは3.39Åである。本発明は、
有機薄膜が蒸気や溶解方法により処理することで成膜可
能かつ容易にオリゴマー、ポリマーおよび前駆物質を含
有するようになるという現象について研究したものであ
る。
【0045】オプトエレクトロニクス的性質および電界
効果的な移動性
【0046】共役有機半導体を基本とする薄膜トランジ
スタ(TFT)は、低価格の鍵となる要素部品、可撓性
プラスチック基板上における大面積の電子機器として検
討されている。TFTの応用に際し、2つの最も重要な
物質パラメータは、電界効果移動度(FFE)およびオン
/オフ比、すなわち、(TFTがオン状態での電流)/
(TFTがオフ状態での電流)の比である。有機薄膜と
ゲート誘電体の間の界面において高いキャリア移動度を
得るために、該膜の面において隣接する分子間で強い波
動関数が重なり合うように前記膜の結晶度を高めなけれ
ばならない。短鎖共役オリゴマーまたは分子半導体(α
−6T(参考文献7)、Cu−Pc(参考文献19)、
60(参考文献20))が真空昇華により形成されれ
ば、最も容易に分子間配列をすることができる。発明者
らは、プロトタイプのオリゴチオフェンよりも立体配座
の自由度が小さい縮合環化合物においては(参考文献1
9参照)、分子内あるいは分子間で、さらに強いπ重な
り合いが形成されると考えた。しかしながら、規則度の
高い溶解から製造された共役ポリマーは、自己形成メカ
ニズムを用いることにより得られる(参考文献20参
照)ということは言及に値するであろう。
【0047】多くのメモリやディスプレイに応用するた
めには、移動度が高いことよりも10を超える高いオン
/オフ比の方が重要である。すなわち、低い外部ドーピ
ングレベルが要求されている。大多数の有機TFTにお
いては、オン/オフ比は103〜105と比較的低い(参
考文献8、20、21参照)。オン/オフ比が108
あることがペンタセンTFTにおいても要求されている
ものの、ON状態、OFF状態を切り替えるには、20
0Vという電圧範囲は大きすぎる(参考文献12参
照)。現在までに、入念に精製されたα−6Tでは、1
6〜107のオン/オフ比を有する鋭いターンオン特性
が報告されている(参考文献22参照)。
【0048】本発明の縮合環化合物、ビス(ジチエノチ
オフェン)(BDT)を有するTFTは、例外的に、鋭
い閾値特性と高い108未満のオン/オフ比を有する。
電界効果移動度は、0.02〜0.05cm2/Vsで
ある。TFT基板は、2000ÅのSiO2ゲート酸化
物および指状のAuからなるソース・ドレインコンタク
トを有する、高濃度にドープされたシリコンウエハであ
る。SiO2の表面は、疎水性を付与するために、70
℃にて3時間、ヘキサメチルジシラザン/クロロホルム
の溶液(1:2)を用いて処理されることにより成膜準
備が行われた。次に、1〜2×10-6Torrの気圧下
において、真空昇華によって100〜200nmの膜厚
のBDT膜が成膜された。それぞれ、前記基板の温度を
室温と約130℃の間において変化させ、製膜速度をr
=0.2〜10Å/sの間で変化させた。最適なTFT
の特性は、基板温度Tが略100℃、製膜速度rが略3
Å/sである際に得られた。このTFTの特性について
は、HP4145Bパラメータ分析器により、乾燥窒素
雰囲気中で測定されたものである。
【0049】図6に、100℃にて成膜された典型的な
BDTTFTの出力(a)および伝送(b)特性を示
す。BDTは、その他の大半の共役有機物質と同様に、
p型の半導体であって、半導体装置としては積層型にす
ることで動作するようになっている。チャネルをオフす
るのは、2〜6Vのような、ゲートの小さい逆バイアス
により充分であって(IOFF=2〜3pA)、これは、
前記物質が僅かにp型にドープされているだけであるこ
とを示している。ゲート電圧範囲が40Vのサンプルに
おいては、オン/オフ比は典型的には107であるが、
108に至るまでのオン/オフ比を有するサンプルもい
くつか得られている(図6参照)。このターンオン特性
は、鋭く、0.6V/デケードのS=(d(logIs
d)/dVg)-1の小さな閾値勾配を伴う。これらが、
有機TFTに対して最良のオン/オフ特性であると信じ
られている。アモルファスシリコンTFTにおけるター
ンオン特性と対比可能である(参考文献23参照)。
【0050】電荷キャリア移動度は、しかしながら、α
−Siの電荷キャリア移動度よりも桁違いに小さい。前
記移動度は、飽和レジームにおける伝送特性から、次の
式を用いて算出される(参考文献24参照)。
【0051】
【式1】
【0052】この式において、絶縁キャパシタンスCi
は16.9nF/cm2である。実験的な特徴は、5V
<|Vg|<20Vの範囲のみにおける上記二次方程式
であらわされ、ゲート電圧が高くなるほど飽和電流が小
さくなることが諒解される。上記二次方程式によれば、
最適な成膜条件下(基板温度が1001℃、成膜速度が
1〜3Å/s)においては、Fsat FE=0.02〜0.
05cm2/Vsが得られる。また、閾値電圧は小さ
く、|VT|<5Vである。上昇する温度に対して、移
動度が顕著に依存するのが観察された。室温で形成され
たTFTは、100℃で形成されたときよりも、略1桁
低い移動度を示す。しかしながら、SiO2上のBDT
の固着率が小さくなり、膜が非連続的になるために、1
001℃を大幅に超えるような温度に上昇させることは
できない。130℃を超えると、基板上に膜が形成され
ないようになる。このような反応は、ベンゾジチオフェ
ンにおいて観察されるのと類似しており、高温度では粒
径が巨大化するためであると説明されている(参考文献
8参照)。
【0053】図6に示されたTFT特性においては、非
理想的な箇所がある。Vds=0に近づくと、出力特性は
非線型になり、特にゲート電圧が高くなるとそうであ
る。Vgが20Vを超えると、飽和電流は少なくなり、
トランジスタを飽和駆動させるために、Vsdは|Vg
T|を大幅に上まわらなければならない。これらの非
理想的な特性は、少なくとも部分的には、オーミックソ
ース/ドレインコンタクトに関係しうる。以下に述べら
れるように、BDTは、高いバンドギャップを有する半
導体であり、金のような高い仕事関数を有する金属とで
さえもオーミック接触を形成しないであろう。
【0054】108のオン/オフ比を得るために、蒸着
用のBDT物質は再結晶および真空熱勾配昇華により精
製される。膜成長後に、前記膜は約5分以内に窒素グロ
ーブボックスに転送され、FET特性が測定される。乾
燥窒素下に保存された場合、TFTの特性は数週間を超
えて安定であるが、空気中で操作された場合には早急な
劣化を招く。空気中でチャネルがターンオンされた場
合、操作の数分後にはIsdが急速に増加するとともに、
光学顕微鏡では、金正孔注入ソース電極の周囲が粗くな
っていることが観察される。なお、これに反してドレイ
ン電極はそのままである。デクタック(Dektak)のプロ
ファイル解析(profilometry)によれば、金ソース電極
の膜厚は、所定の時間内(操作の2〜3時間後に最初の
150nmから約40nm)に減少されることが判明し
た。デクタックによれば、金は還元電位が高くまた不活
性であるにも関わらず、BDTと正孔を注入する金電極
との間における接触部位に、電気化学的反応および/ま
たはエレクトロマイグレーション(electromigration)
が発生するということが明確に示されている。この反応
は、水およびまたは酸素の存在下のみで起こり、また、
BDT中の硫黄の存在にも関係しうる。このような接触
部位の不安定性は、異なるソース/ドレインの金属化ま
たは封止により解決されうるが、上記したような理由に
よって、空気中でのドーピングに対するBDTの安定性
の研究がこれまで妨げられてきた。
【0055】薄膜における分子配列は、TFTにおける
キャリア移送に重大であるので、X線回折(XRD)に
より多結晶BDT膜を分析した。図7は、SiO2上に
約100℃にて成膜された250nmのBDTにおける
6〜2θの回折パターンである。このような幾何学的配
列においては、基板の垂直に沿ったブラッグ(Bragg)
反射だけを測定することができる。観察される鋭い反射
パターンは、BDTが結晶構造を有することを証明する
ものであって、詳細に述べられてきたように、単結晶に
関するシンクロトロンXRDにより決定されたものであ
る。よって、単位胞が空間群C2/cで単斜晶であると
いうことを説明するのに十分である。前記セルのパラメ
ータは、a=33.689Å、α=90゜、b=3.8
83Å、β=101.093゜、c=11.106Å、
γ=90゜である。単結晶構造を用いることによって、
BDTの粉末回折パターンがシミュレーションされた。
このシミュレーションによれば、薄膜の実験的な回折パ
ターンは、(h,0,0)面からの反射のみが観察され
る(図7の挿入図参照)。それらの位置および強度は、
実験パターンとよく一致する。これらの結果は、多結晶
膜における全ての粒子が、基板に平行である単位セルの
bc面に配列されていることを証明している。この配列
において、前記分子の長軸は、基板に隣接している。
【0056】図8に、スペクトロシル(Spectrosil)ガ
ラス基板上に100℃付近で形成されたBDT膜の分極
光学的吸収スペクトルを示す。この吸収は、3.7e
V、4.7eVにおける2つの主なピークによりキャラ
クタリゼーション化されている。このスペクトルは、前
記膜中での高度な構造秩序を確認する顕著な分極依存性
について示すものである。3.7eVでの吸収は、2〜
3のTM分極に関する要因によって一層強くなる。通
常、分子軸は基板の垂線近傍であるために、このピーク
は分子軸の長軸に沿って分極された遷移に対応するもの
でなければならない。TM分極においては、3.7eV
での主な吸収よりも低い電圧である、少なくとも約2.
65eVおよび2.9eVである2つのより弱い遷移が
再現性よく観察された。吸収は2.4±0.2eVにて
開始される。光の散乱を減少させるために、不活性な液
体テフロン溶液(Fluorinert FC−104、3MTM
に浸漬させて、厚膜(図示せず)を測定することによっ
て吸収の開始電圧が決定された。その値は、2.25e
Vにてピークを示すBDT膜のフォトルミネッセンスの
スペクトルとよく一致している。
【0057】前記BDTスペクトルは、オリゴチオフェ
ン n−T(n=4,5,6,8)の分極した吸収スペ
クトルときわめて類似しており(参考文献25参照)、
前記分子軸に沿って強いπ−π*ピークのエネルギが分
子縮合長の増加を伴って低いエネルギにシフトするとい
うこと(4T:Emax=3.8eV;5T:3.55e
V;6T:3.0eV)が示されている。BDTにおい
ては、3.7eVで遷移が起こる。このことは、BDT
分子の縮合長は4Tのように比較的短いことを示唆する
ものである。これは、ヒュッケル分子軌道(MO)演算
が最も高く占有された分子軌道(HOMO)と最も低く
占有された分子軌道(LUMO)ではBDTが4Tに類
似するように見受けられる2つの縮合環単位それぞれに
おける硫黄原子中心上に唯一小さな電荷密度があるとい
う理由による。
【0058】比較的短いBDT分子の縮合長により、前
記TFTのオン/オフ比が大きいことが説明される。高
いπ−π*エネルギギャップを有する短鎖分子は、合成
および成膜の間に、意図しない科学的ドーピングに対し
てより安定化する傾向がある。金属絶縁型半導体(MI
S)ダイオードにてキャパシタンス電圧を測定すること
により、BDTの外因的(extrinsic)なドーピングレ
ベルが1〜2×1016cm-3のオーダーであると推測さ
れる。この小さな値は、チャネルをオフするのに必要と
されるゲートにおける逆方向電圧の大きさ(2〜6
V)、すなわち、200nmのBDT薄膜の空乏層とよ
く一致する。しかしながら、驚くべきことに、このよう
な短鎖分子により、0.02〜0.05cm2/Vsの
ような比較的高い移動度をもつようになるものであり、
これは、α−6T(0.01〜0.03cm2/Vs)
において測定された移動度(参考文献1参照)および4
T(2〜5×10-3cm2/Vs)において測定された
移動度(参考文献25参照)よりも大きい。
【0059】比較的高い移動度を持つ理由は、BDTの
結晶構造に関連づけられる。オリゴチオフェンにおける
と同様に、平面的な分子の長軸は基板上に起立してい
る。このため、分子の積層方向に沿う面内のキャリア移
送に好ましい。しかしながら、BDT内の分子の詰め込
みと、オリゴチオフェン内の分子の詰め込みとのあいだ
には重要な違いが見られる。単結晶XRDの結果によれ
ば(前記参照)、最隣接の詰め込み、すなわち、BDT
内の対向する面分子は、ヘリンボーン型ではない。π−
π積層方向に沿った分子平面は、互いに、厳密に平行の
位置にある。一方、すべてのオリゴチオフェンにおい
て、これらの分子平面は、ヘリンボーン角度(α−6T
でτ=66゜)をなす(参考文献26参照)。BDT内
の共平面積層は、近接する分子間で、より強力なπ−π
重なり合いをもたらす可能性がある。対向する面分子間
のS−SおよびC−C間の最短距離は、α−6Tにおけ
る4.19Å、3.56Åに比べると、b=3.39Å
および3.56Åである。結晶構造におけるこの重要な
差異は、共役長が短いにもかかわらず、比較的高いキャ
リア移動度を示唆している。
【0060】BDTは、有機TFTにとって優れた材料
である。BDTは、例外的に、108までの高いオン/
オフ比を有し、α−Si(アモルファスシリコン)TF
Tに比較してS=0.6V/ディケード(decade)の副
閾値勾配による鋭いターンオン特性を有する。比較的高
い移動度(0.02〜0.05cm2/Vs)は、BD
T分子の共平面積層によって説明される。キャリア移動
度のさらなる向上は、ソース/ドレンコンタクトにおけ
るキャリア注入を改良することにより、また、構造体と
してジチエノチオフェンを用いてその共役長を延長する
ことにより達成される。
【0061】実験の詳細
【0062】ジチエノ[3、2−b:2’、3’−d]
チオフェン (2(R1=R2=R3=R4=H))は、3
−ブロモチオフェンを原材料とし、公開された方法に従
って合成された(参考文献15参照)。
【0063】融点66〜68℃。
【0064】1H NMR(CD2Cl2、250MH
z):δ7.33(2H、d、J5.2)、7.41
(2H、d、J5.2)13 C NMR(CD2Cl2、100MHz):δ12
1.0、126.2、131.0、141.9
【0065】ビス(ジチエノ[3、2−b:2’、3’
−d]チオフェン)(5(R1=R2=R3=H))
【0066】−78℃において、乾性テトラヒドロフラ
ン(THF)(5ml)中の2(R1=R2=R3=H)
(230mg、1.17mmol)の溶液にブチルリチ
ウム(1.6M、1.17mmol)を緩やかに添加し
た。1時間撹拌した後、カニューレ管を介して有機リチ
ウム溶液をTHF(5ml)内のアセチルアセトン酸第
2鉄[Fe(acac)3](413mg、1.17mmo
l)の還流溶液に添加した。暗赤色の混合液を、アルゴ
ン雰囲気下で2時間還流し、その後、水(100ml)
に注入することにより褐色の固体を得た。濾過した後、
その固体をそれぞれ稀HCl(2%)、水、稀Na2
3(10%)およびアセトンによって洗浄した。トル
エンから二度再結晶化することにより、金のような粉状
結晶の淡褐色粉が最終的に得られた(130mg、57
%)。
【0067】融点3171C(DSC(示差熱分析)、
10℃/min、N21 H NMR(THF−d8、250MHz):δ6.9
5(2H、d、J5.2)、7.51(2H、d、J
5.2)、7.85(2H,s); FTIR(KBr) νmax/cm-1 3070s、1
670m、1465m、1427m、1364s、11
85m、1072m、897m、796s、688s、
593s; UVλmax:392nm;
【0068】実測値:C、49.2%、H、1.51
%、HRMS:389.8794(M+)、
【0069】C1666では、C、49.2%、H、
1.55%、M+389.8794である。
【0070】X線データ収集および構造解析
【0071】データは、Siemens SMART COD 回折計(N.
feeder 博士および W.clegg 博士からの無償提供)を用
いて、ドレスバレイ シンクロトロン(Daresbury Sync
hrotron)放射源のステーション8、9で収集された。
フレーム幅は0.30であり、1フレームについて2秒
露光された。全てのデータは、160Kで収集した。合
計で1272になる収集された反射光のうち、813は
独立していた[R(int)=0.0429;(3.5
8≦q≦26.89)]。
【0072】この構造は、直接法(SIR92)によっ
て解析され、F2(SHELXL93)に関する最小2
乗法(full-matrix least-squares)によって精度を一
層向上させた。最終的な値は、Rl [I>2s
(I)]=0.047、wR2=0.1265、S=
1.112[w=1/[\s2(Fo2)+(0.097
7P)2]]であった。なお、P=(Fo2+2Fc2
/3である。
【0073】最終的な差マップでの最大のピークは0.
445であり、窪み(hole)は−0.490eÅ-3であ
った。
【0074】実施例
【0075】
【化21】
【0076】2−(1−チオヘキシル)−ジチエノチオ
フェン 2(R1=C613S−、R2=R3=R4=H)
の調製
【0077】方法Ngに従って行った(参考文献28参
照)。ジチエノチオフェン 2(R1=R2=R3=R4
H)(1.178g、6.0mmol)を乾性THF
(5cm3)中に溶解させ、−78℃においてアルゴン
雰囲気下で撹拌した。この溶液を撹拌しながら、n−ブ
チルリチウム(4cm3、1.5M、6.0mmol)
を滴下することにより添加した。この添加の際、黄色の
懸濁物が形成された。この混合液は室温まで加温され
た。さらに室温で45分間撹拌した後、この混合液を0
℃に冷却し、ジヘキシルジサルファイド(1.41cm
3、d=0.95、6.0mmol)を滴下して添加し
た。この混合液を室温で一時間撹拌し、次に、冷却する
前に45分間還流させ、水(20cm3)に注入した。
この生成物をエーテル(3×50cm3)で抽出し、水
酸化ナトリウム溶液(50cm3、2%)および水で洗
浄し、乾燥(Na2SO4)および蒸発させることにより
濃緑色のオイルが得られた。これを真空充填されたカラ
ムクロマトグラフィ(20×4.5cm シリカおよび
ヘキサンを使用)によって精製すると標題の化合物2
(R1=C613S−、R2=R3=R4=H)(1.20
2g、64%)が得られた。
【0078】Rf(ヘキサン):0.28 δH:0.89(3H、t、J6.9)、1,23〜
1.48(6H、m)、1.66(2H、ペンテット、
J7.3)、2.85(2H、t、J7.3)、7.2
7(1H、d、J5.3)、7.33(1H、s)、
7.35(1H、d、J5.3) δc:14.0(CH3)、22.6(アルキル)、2
8.1(アルキル)、29.5(アルキル)、29.5
(アルキル)、31.4(アルキル)、39.4(S−
CH2)、120.7(ArCH)、126.2(Ar
CH)、131.0(ArCH)、133.4(Ar
q)、135.8(Ar q)、 140.3(Ar
q)および141.4(Ar q) m/z 314(M++2、15%)、313(M+
1、11)、312(M+、65)、230(18)、
229(20)、228(100)、227(66)、
196(22)、183(34)、152(24)、1
51(18)、69(19)、43(53)および41
(56)
【0079】1214 116 324のm/zの計算値は31
2.001348であり、一方、実測値は312.01
3500であった。
【0080】u max/cm-1(CDCl3)309
0w、2598s、2930s、2858m、2359
w、2246w、1466m、1360s、1189
w、1153w、1088m、1001w、964w、
829mおよび604m。
【0081】2,2’−ジチオヘキシル−ビスジチエノ
チオフェン(DTH−BDT)5(R1=C613S−、
2=R3=H)の調製
【0082】2−(1−チオヘキシル−ジチエノチオフ
ェン 2(R1=C613S、R2=R3=R4=H)(2
00mg、0.64mmol)を乾性THF(4c
3)中に溶解させ、0℃において窒素雰囲気中で撹拌
した。撹拌中、n−ブチルリチウム(0.40cm3
1.6M、0.64mmol)を滴下することにより添
加した。この添加の際に、この混合液は緑色に変化し、
室温で40分間撹拌した際にもこの色を維持した。アセ
チルアセトン酸第2鉄(226mg、0.64mmo
l)を乾性THF中に懸濁させ、窒素雰囲気中で還流し
た。シリンジを介してリチウム化ジチエノチオフェンを
添加し、1時間還流した。この間、混合物は、濃赤色
(dart red)になり、幾らかの沈殿物が観察された。こ
の混合物を冷却し、水(40cm3)に注ぎ込み、固形
物を濾過し、2%のHCl水溶液(2×50cm3)、
水(40cm3)、Na2CO3水溶液、さらに、アセト
ン(3×30cm3)によって洗浄した。暗褐色の濾滓
をトルエン中で再結晶することを試みた。懸濁物の色合
いが極めて濃い暗褐色であることから、溶解を判断する
ことが困難であるため、この試みを達成することは困難
であった。混合物を、徐々に冷却し後、固形物を濾過し
て除去することにより、より淡い褐色の濾滓が得られ
た。これをTHF中に溶解させ、濾過することにより残
余の固形物(Fe(acac)2と推定される)を除去し
た。このTHFを蒸発させ、トルエンから再結晶させる
ことによって金色の固形物(68mg、34%)を生成
させると、これが標題の化合物であることが判明した。
【0083】δH(400MHz、THF−d8):
0.91(3H、t、J7.0)、1.30〜1.38
(6H、m)、1.47(2H、ペンテット、J7.
3)、2.92(2H、t、J7.4)、7.44(1
H、s)、7.60(1H、s)m/z624(M-
2、1%)、622(M-、2)、537(1)、50
6(2)、421(4)、277(7)、199(1
0)、149(15)、135(15)、121(1
7)、91(62)、81(65)、69(100)お
よび55(40)
【0084】1228 130 328のm/zの計算値は62
2.011318であり、一方、実測値は622.01
1300であった。
【0085】nmax/cm-1(KBr)2954m、2
924s、2854m、1466m、1426m、13
61s、1161w、1001w、924m、788
s、688mおよび594m。
【0086】C28308は、Cを53.98、Hを
4.85必要とするが、実測値は、Cが52.68、H
が4.25、Feが0.23であった。
【0087】この化合物は、1.5×10-5Torr/
175℃で昇華することが判明した。電界効果移動度は
およそ10-3cm2-1-1であり、オン/オフ比はお
よそ106であった。
【0088】ジチエノチオフェン−2−カルボン酸 2
(R1=COOH、R2=R3=R4=H)の調製
【0089】グロノウイッツ(Gronowitz)ら(参考文
献28参照)の方法に従って行った。ジチエノチオフェ
ン 2(R1=R2=R3=R4=H)(368mg、1.
88mmol)をシュレンクチューブ(Schlenk tube)
内で真空状態で加熱することによって乾燥した。窒素を
用いて置換した後、乾性THF(4cm3)を添加し、
得られた溶液を−78℃で撹拌した。冷却された状態の
撹拌した溶液にn−ブチルリチウム(1.175c
3、1.60M、1.88mmol)を滴下すること
によって添加し、10分間撹拌したところ、曇りがかっ
た緑色になったが、室温にまで加温すると透明な緑色に
なった。この溶液を室温でさらに40分間撹拌させた
後、約−40℃まで冷却した(リチウム化ジチエノチオ
フェンが沈殿するような冷却ではない)。
【0090】急速な窒素の流れに対し、フラスコに少量
の二酸化炭素を加えた。このフラスコを窒素バブラー下
に封止し、−78℃に冷却した。二酸化炭素と撹拌され
た混合物を覆うようにTHFを添加した。シリンジを介
して冷却されたリチウム化ジチエノチオフェンを滴下す
ることによって添加したところ、激しい反応が観察さ
れ、黄色の懸濁物が生成した。添加を終了し、混合物を
室温まで温めている際に、この混合物は、黄白色(off
white)になった。さらに30分間撹拌し、水(30c
3)を加えたところ、この混合物は、淡緑/褐色の溶
液になった。この溶液をエーテル(2×20cm3)で
洗浄し、有機物を廃棄した。HCl(10cm3、5
M)を添加することによって水層を酸性にすると、細か
い黄色の固形物が沈殿した。33%の酢酸中で再結晶化
させることを試みた。加熱することによって細かい不溶
性の懸濁物が残留した。細かい黄色/緑色の粉末である
標題の化合物(286mg、61%)を生成させるため
に、これをさらに一夜の間放置した。
【0091】δH7.31、(1H、d、J5.1)、
7.56(2H、d、J5.1)、7.94(1H、
s) ν max/cm-1(KBr)3090m、2823
m、2559m、1652s、1504s、1470
w、1428s、1311s、1265m、1164
m、928s、750s、716sおよび602s 融点276℃(昇華)、融点(参考文献29参照)27
5〜277℃。
【0092】トリス94,5−ジヒドロイミダゾール−
イル)ベンゼンとジチエノチオフェン−2−カルボン酸
との錯体の調製
【0093】ジチエノチオフェン−2−カルボン酸 2
(R1=COOH、R2=R3=R4=H)(240mg、
1mmol)とトリス(4,5−ジヒドロイミダゾール
−2−イル)ベンゼン(93mg、0/33mmol)
とを20cm3のエタノールと150cm3のCHCl3
との混合液内で還流させることによって溶解させた。こ
れにより得られた濁った溶液を加熱して目の細かい濾紙
で濾過した後に冷却し、一夜の間放置した。極めて細か
い沈殿が観察され、混合液の量は蒸発して40cm3
減少した。この混合液をさらに冷凍装置内で冷却する
と、極めて細かい沈殿がさらに観察され、溶液は蒸発に
よって20cm3に減少した。この状態で、生成物は急
激に溶液から沈殿し、当初の量の溶液を加えて混合物を
還流させるまでは、再溶解しなかった。この混合液を乾
燥するまで蒸発させ、前記と同様の方法でエタノールお
よびクロロホルム内で再び溶解させた。この際、極めて
慎重に大気圧に近い圧力で50℃で蒸発させることによ
り溶液を30cm3にまで減少させると、少量の沈殿が
生成される。溶液を冷却した後、冷凍装置内に一夜の間
放置させると、大量の錯体12が沈殿した状態で形成さ
れていた。これを濾過することによって以下の錯体を得
ることができた。189.1mg、57%、融点265
℃(分解)。
【0094】δH(CD3OD、500MHz)7.3
8、(3H、d、J5.1)、7.59(3H、d、
J.5.1)、7.84(3H、s)および8.48
(3H、s)、νmax/cm-1(KBr)3086、2
924、2706、1582。
【0095】錯体13の調製
【0096】2’−オクチルジチエノチオフェン−2−
カルボン酸(130mg、0.369mmol)および
1,3,5−トリス(4,5−ジヒドロイミダゾール−
2−イル)ベンゼン(34.7mg、0123mol)
を高温のエタノール(30ml)/ジクロロメタン(2
0ml)内に溶解させ、これによって得られた黄色の溶
液を、加熱して濾過し、溶液から固形物が沈殿を開始す
るまで真空状態で約35mlに濃縮した。この溶液を、
再度加熱して還流させ、二日の間−20℃になるように
維持した。吸引濾過することによって黄色の沈殿物を収
集し、エタノール(10ml)で洗浄して60℃/10
-5mbarで乾燥させた。13の収量は、42mg(2
5%)であった。想像していたように、オクチル置換基
(octyl substituent)によって化合物の融点が約16
0〜165℃に引き下げられる。融解した際に、1
NMRにおいて、粘度の比較的に小さなメソフェーズが
検出される。
【0097】1H NMR(500MHz、CDCl3
1.1mg/0.8ml):δ=0.88(t、J=
7.0Hz、CH3)、1.23〜1.43(m)、
1.73(qui.、J=7.4Hz、CH2)、2.
90(t、J=7.4Hz、CH2)、4.22(s、
NCH2)、6.98および7.80(s、チオフェン
−CH)、10.00(s;C63)、12.8(b
r.s、NH) IR(KBr);νmax/cm-1 3426(m)、2
925(m)、1582(s)、1500(m)、13
72(s)、1288(m)、773(m)、694
(m)。
【0098】C6678669)1339.92)
は、計算値は、C59.16、H5.87、N6.27
であるが、実測値は、C58.89、H5.82、N
6.37であった。
【0099】オクタノイル−ジチエノチオフェン 2
(R2=COC715、R2=R3=R4=H)
【0100】
【化22】
【0101】ジチエノチオフェン 2 (R1=R2=R
3=R4=H)(765mg、3.90mmol)を乾性
ジクロロメタン(35cm3)中で溶解し、この溶液に
AlCl3(790mg、5.92mmol)を一度に
添加する前に氷によって冷却し、黒い混合物を生成し
た。ジクロロメタン(20cm3)中にオクタノイル塩
化物(1.00g、6.02mmol)を含有する溶液
を20分間滴下することによって添加し、混合液をさら
に30分間室温に維持した。これに氷を加え、混合液を
稀塩酸(100cm3)で酸性にした。さらにジクロロ
メタン(100cm3)を添加し、層を分離させた。有
機層を水で洗浄し、MgSO4上で乾燥させて濃縮し
た。カラムクロマトグラフィ(ヘキサン−30%のジク
ロロメタン/ヘキサン)によって790mg(63%)
の標題の化合物が得られた。分析用サンプルは、ジクロ
ロメタンとメタノールの混合物から再結晶化させること
によっても調製することが可能である。
【0102】R10.31(1:1 ジクロロメタン/
ヘキサン) 融点 130〜131℃
【0103】1H(250MHz、CDCl3)δ0.8
9(3H、t、J6.5、CH2CH3)1.25(8
H、br s、CH2CH2CH2)、1.78(2H、
m、CH2CH2CO)、2.93(2H、t、J7.
5、CH2CO)、7.32(1H、d、J5.0、D
t−H)、7.52(1H、d、J5.0、Dt−
H)、7.91(1H、s、Dt−H)、13C(100
MHz、CDCl3)δ14.1、22.6、25.
0、29.1、29.3、30.9、31.7、39.
0、120.9、125.5、129.0、141.
4、144.4、144.9、193.7 ν(cm-1、KBr)600、702、1191、13
64、1466、1493、1644、(C=O)、2
925
【0104】C16183Oは、計算値は、C59.
6、H5.6であるが、実測値は、C59.2、H5.
6であった。
【0105】α−オクチル−ジチエノチオフェン 2
(R1=C817、R2=R3=H)
【0106】無水ジエチルエーテル(6cm3)中に塩
化アルミニウム(82mg、0.615mmol)を溶
解させ、この溶液を、無水ジエチルエーテル(6c
3)中にリチウムアルミニウム水素化物(103m
g、2.71mmol)を含有するとともに氷によって
冷却された混合液に徐々に添加した。乾性トルエン(7
cm3)中に2(R1=COC715、R2=R3=R4
H)(89mg、0.276mmol)の溶液を添加
し、混合液を一時間撹拌した。TCLの分析(1:1
ジクロロメタン/ヘキサン)は、出発材料が完全に消滅
していることと、2箇所の新たなスポット(Rf=0.
69、0.22)とを示した。これらのうちの低い方
は、介在するアルコールのためであると推定される。さ
らに、AlCl3(39mg、0.29mmol)を添
加し、混合液をさらに一時間撹拌した。エチルアセテー
ト(2cm3)および稀塩酸(4cm3)を連続的に添加
することによって、得られた灰色の混合物を濾過した。
濾滓を追加のトルエンによってさらに洗浄すると、層が
分離した。有機層をMgSO4上で乾燥し、真空下で濃
縮した。ヘキサンを溶離剤として用いたカラムクロマト
グラフィによって標記の化合物が64mg(75%)得
られた。標題の化合物はRf0.38(ヘキサン)であ
った。
【0107】ビス(オクチルジチエノチオフェン) 5
(R1=C827、R2=R3=H)
【0108】上述した方法に従った2(R1=C917
2=R3=H)の二量体化によって41%の収量で融点
195〜196℃の標題の化合物が得られた。1H N
MR(d8−THF、400MHz)δ0.91(6
H、t、J7)、1.26〜1.49(20H、m)、
1.67〜1.81(4H、m THFの信号下)、
2.96(4H、t、J7)、7.1(2H、s)およ
び7.56(2H、s)電界効果移動度は、およそ10
-2cm2-1-1であった。
【0109】参考文献 1. J.J.M.ホールズ、C.A.ウォルシュ、
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ワレン、P.カンダナーキ、J. Org. Che
m.、1995、60、4481 [図面の簡単な説明]
【図1】頂部接触TFT(a)と底部接触TFT(b)
の構成を示す図である。
【図2】BDTのUV吸収スペトルと放射スペクトルで
ある。
【図3】0−>0.9−>0−>−1.7>0V(CH
3CN中のEt4BF4、0.1M)から始まるAu上の
BDT膜のサイクリックボルタモグラムを示す。
【図4】番号を付されたBDT分子の正面図および側面
図である。
【図5】BDT結晶における詰め合わせ構造(packin
g)を示す図である。
【図6】100℃(チャネル長L=20Fm、チャネル
幅W=1cm、BDTの厚さ=200nm)で形成され
たBDT TFTの出力(a)と転送特性(b)を示す
図である。
【図7】100℃で成膜されたSiO2上の250nm
BDT薄膜のCuKα放射により測定された0−2θの
回折パターンである。挿入部は、Cerius2 Mol
ecular Simultations プログラム
を用いたパターンの理論計算値を示す。これは、BDT
が単結晶構造であり、かつ粒子の好適な配向が基板平面
の単位胞のbc平面であると仮定するものである。
【図8】ガラス基板上に100℃で成膜された300Å
のBDT膜の入射角60゜における偏光光吸収(円)を
示す図である(挿入部参照)。実線で示されたスペクト
ルは、吸収の初期近傍におけるTMスペクトルを拡大し
た図である。
【図9】錯体12のX線構造を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モラッティ、ステファン、カール イギリス国、ケンブリッジ シービー3 9ジェイエイチ オウルストーン ロ ード 28 (72)発明者 リー、シャオ−チャン アメリカ合衆国、マサチューセッツ州 02169 クインシー、ジャーマン アベ ニュー 26 アパートメント 2 (72)発明者 シリングハウス、ヘニング イギリス国、ケンブリッジ シービー3 0エイチイー マジングリー ロード ユニバーシティ オブ ケンブリッジ カベンディッシュ ラボラトリー デ パートメント オブ フィジックス (72)発明者 クラフト、アルノ ドイツ国、デュッセルドルフ ディー− 40321 カール−ジャウセン ストラッ セ 170 (72)発明者 ムレー、マイケル、マーク アイルランド国、コーク ビショップス タウン、ザ ライズ 50 (56)参考文献 米国特許4639328(US,A) 米国特許4663001(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 61/12 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】以下の化学式(6) −[縮合チオフェン]m− (6) の繰り返し単位からなる化合物であって、 mは、2、3、4、あるいは4を越える整数であり、縮
    合チオフェンは、以下の化学式(II)、(III)、
    (IV)、(V)から選択される化学式を有する群を含
    むことを特徴とする化合物。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】 (ただし、R1、R2およびR3は、それぞれ独立にH、
    −(CH2nCH3、−O(CH2nCH3、−S(CH
    2nCH3、可溶化側鎖、アルキル基、アリール基であ
    るか、あるいは、望ましくは、R1および/またはR
    2が、それらが結合する炭素原子と近接する炭素原子と
    で飽和または不飽和環状置換基を形成するものであり、
    1はCOOH、トリアゾール基、テトラゾール基また
    はそれらの誘導体であってもよく、かつn=1または0
    〜40であり、また、化学式(6)の繰り返し単位から
    なる化合物が化学式(II)の群の縮合チオフェンから
    なりかつR1=R2=Hである場合、mは2、3または4
    である。)
  2. 【請求項2】請求項1記載の化合物において、前記化合
    物が以下の化学式(I)の1つ以上の単位を含むことを
    特徴とする化合物。 【化5】 (ただしR1およびR2は、請求項1で記載されたとお
    り。)
  3. 【請求項3】請求項1または2記載の化合物において、
    前記化合物がさらに一つ以上の非縮合チオフェン単位を
    含むことを特徴とする化合物。
  4. 【請求項4】請求項1記載の化合物において、前記化合
    物は、以下の化学式(VI)または(VII)を含むこ
    とを特徴とする化合物。 【化6】 【化7】
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合
    物を製造する製造方法であって、前記方法は、1つの縮
    合チオフェン誘導体を別の縮合チオフェン誘導体と結合
    させることからなることを特徴とする製造方法。
  6. 【請求項6】請求項5記載の方法において、前記結合
    は、単一の縮合チオフェン誘導体自身の自己結合である
    ことを特徴とする製造方法。
  7. 【請求項7】請求項6記載の方法において、前記方法
    は、 (a)3−ハロチオフェン誘導体をBuLi、次いで
    (PhSO22Sと接触させて、スルフィド架橋を有す
    るチオフェン化合物を形成する工程と、 (b)形成された化合物をBuLi、次いでCuCl2
    と接触させて、縮合チオフェン化合物を形成する工程
    と、 (c)形成された縮合チオフェン化合物をBuLi、次
    いでFe(acac)3またはCuCl2と接触させて自
    己結合させる工程と、 からなることを特徴とする製造方法。
  8. 【請求項8】請求項7記載の方法において、前記3−ハ
    ロチオフェン誘導体は、3−クロロチオフェン、3−ブ
    ロモチオフェン、または3−ヨードチオフェン誘導体で
    あることを特徴とする製造方法。
  9. 【請求項9】請求項5〜8のいずれか1項に記載の方法
    において、前記結合させる工程の後に、形成された化合
    物が、再結晶法および/または真空熱勾配昇華法によっ
    て精製されることを特徴とする製造方法。
  10. 【請求項10】請求項1〜4のいずれか1項に記載され
    る化合物を含む電気的、電子的、光電子的部品またはデ
    バイス。
  11. 【請求項11】請求項10記載の部品またはデバイスに
    おいて、前記部品またはデバイスは、光電子的部品また
    はデバイスであることを特徴とする部品またはデバイ
    ス。
  12. 【請求項12】請求項10または11記載の部品または
    デバイスにおいて、前記部品またはデバイスは、発光ダ
    イオード(LED)のような発光デバイスまたは薄膜ト
    ランジスタ(TFT)であることを特徴とする部品また
    はデバイス。
  13. 【請求項13】請求項12記載の部品またはデバイスに
    おいて、請求項1〜4のいずれか1項に記載される化合
    物を含む電荷移送/注入層を含むことを特徴とする部品
    またはデバイス。
  14. 【請求項14】請求項10〜13のいずれか1項に記載
    の部品またはデバイスにおいて、前記部品またはデバイ
    スは、106以上であるオン/オフ電流比を有する薄膜
    トランジスタ(TFT)部品またはデバイスであること
    を特徴とする部品またはデバイス。
  15. 【請求項15】請求項14記載の部品またはデバイスに
    おいて、前記部品またはデバイスは、108以上である
    オン/オフ電流比を有することを特徴とする部品または
    デバイス。
  16. 【請求項16】請求項10〜15のいずれか1項に記載
    の部品またはデバイスにおいて、前記部品またはデバイ
    スは、0.02cm2/Vs以上の電界効果移動度を有
    することを特徴とする部品またはデバイス。
  17. 【請求項17】請求項16記載の部品またはデバイスに
    おいて、前記部品またはデバイスは、0.05cm2
    Vs以上の電界効果移動度を有することを特徴とする部
    品またはデバイス。
  18. 【請求項18】請求項10〜17のいずれか1項に記載
    の部品またはデバイスを製造する製造方法において、請
    求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物を基板上に成
    膜させることを特徴とする製造方法。
  19. 【請求項19】請求項18記載の方法において、前記成
    膜は、真空昇華法によってなされることを特徴とする製
    造方法。
  20. 【請求項20】請求項18記載の方法において、前記成
    膜は、溶液から行われることを特徴とする製造方法。
  21. 【請求項21】請求項18〜20のいずれか1項に記載
    の方法において、前記成膜は、前駆物質からの成膜によ
    りなされることを特徴とする製造方法。
  22. 【請求項22】請求項18〜21のいずれか1項に記載
    の方法において、前記基板は、ドープされたシリコンを
    含むことを特徴とする製造方法。
  23. 【請求項23】請求項22記載の方法において、前記基
    板は、さらにゲート絶縁物を含むことを特徴とする製造
    方法。
  24. 【請求項24】請求項22または23記載の方法におい
    て、前記基板は、さらにソースコンタクトおよびドレイ
    ンコンタクトを含むことを特徴とする製造方法。
  25. 【請求項25】請求項12〜17のいずれか1項に記載
    されるLEDまたはTFTの電気的、電子的、光電子的
    部品またはデバイスにおける使用。
  26. 【請求項26】106以上のオン/オフ電流比を実現す
    るための電気的、電子的、光電子的部品またはデバイス
    における縮合チオフェン化合物の使用。
  27. 【請求項27】0.02cm2/Vs以上の電荷移送移
    動度を実現するための電気的、電子的、光電子的部品ま
    たはデバイスにおける縮合チオフェン化合物の使用。
  28. 【請求項28】請求項26または27記載の使用におい
    て、前記縮合チオフェン化合物は請求項1〜4のいずれ
    か1項に記載される化合物であることを特徴とする使
    用。
  29. 【請求項29】請求項26〜28のいずれか1項に記載
    の使用において、前記部品またはデバイスは、発光ダイ
    オード(LED)のような発光デバイスまたは薄膜トラ
    ンジスタ(TFT)であることを特徴とする使用。
  30. 【請求項30】請求項1に記載された化合物を構造中に
    含むことを特徴とする錯体。
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