專利名稱：半導體材料及其制備方法和用途的制作方法
半導體材料及其制備方法和用途相關申請的交叉引用本申請要求2008年5月30日遞交的美國臨時專利申請系列號61/057，547的優(yōu) 先權和利益，后者的公開內容引入這里供參考。背景新一代的光電裝置例如有機薄膜晶體管(TFT)、有機發(fā)光二極管(OLED)、可印刷 性電路、有機光電池裝置、電容和傳感器是在有機半導體作為它們的活性組分的基礎上建 立的。這些裝置需要達到與起預期應用相適應的性能，例如顯示器背板、收音機頻率識別標 記、印刷傳感器和光電池。與基于無機材料的電子裝置一樣，如果P型和η型半導體材料在 環(huán)境條件下顯示高的電荷載體遷移性和穩(wěn)定性，則基于有機半導體的裝置能有效地且以高 速操作，并可以以成本有效的方式加工。最有希望的有機半導體包括π -共軛的小分子和聚合物，它們具有與有效電荷輸 送相容的電子結構，并且適用于來自電接觸的電荷注入。迄今為止，大多數(shù)已經(jīng)研究和優(yōu) 化的有機半導體是P型半導體材料，這是由于它們具有改進的環(huán)境穩(wěn)定性。相比之下，η型 半導體受限于小數(shù)目的分子和聚合物，它們大多數(shù)在環(huán)境條件下是不活潑的。已經(jīng)報道了 一些核心氰酸酯化的并苯化合物，包括茈、蒽、萘等，在環(huán)境條件下可以是活性的，并可以顯 示加工多用性。參見例如 Tang，C. W. (1986)，Appl. Phys. Lett, 48 :183 ；Law, K. Y. (1993)， Chem. Rev. ,93 :449 ；以及 Forrest, R. F. (1997)，Chem. Rev. ,97 :1793。雖然接觸型和非接觸型印刷技術都已經(jīng)用于生產(chǎn)電子裝置，但是有機半導體材料 在印刷電路中的廣泛應用已經(jīng)受到合適配料的不易得性的限制。例如，滿意的印刷僅僅能 在這些材料能在具有合適粘度的印刷介質中配制的情況下實現(xiàn)。在一些情況下，包含粘合 劑并不是可行的選擇，這是因為它們對半導體材料的載體遷移率有不利影響。因此，需要新的η型有機半導體材料，尤其是能在寬粘度范圍的溶液中配制并適 用于各種溶液加工技術(包括但不限于接觸和非接觸型印刷)配制。概述基于上述描述，本發(fā)明提供有機半導體材料和相關裝置，其能解決現(xiàn)有技術的各 種缺陷和缺點，包括上述缺點。更具體地說，本發(fā)明提供基于二聚并苯化合物的有機半導體材料，包括二聚的茈 化合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的化合物能提供有用的電子性能和適用于各種溶液相工藝的寬粘 度范圍。在一個方面，本發(fā)明提供式I的化合物Q-L-Q，其中Q和Q’各自是任選取代的并苯結構部分，L是這里描述的連接基。本發(fā)明還提供制備這些化合物和半導體材料的方法，以及包含這些化合物和半導 體材料的各種組合物、制品、結構和裝置。從下面的路線、附圖、表、描述和權利要求更詳細地描述本發(fā)明的上述和其它的特 征和優(yōu)點。
附圖簡述應當理解的是，下面的附圖僅僅用于說明目的。這些圖不是必須按比例的，不限制 本發(fā)明的范圍。

圖1顯示了制備本發(fā)明化合物的通用合成流程。圖2顯示了制備本發(fā)明特定化合物例如PDIBrCN的示例方法。圖3顯示了制備本發(fā)明特定化合物例如BPDI-BT的示例方法。圖4顯示了制備本發(fā)明特定化合物例如BPDI-BTZ的示例方法。圖5顯示了有機場效應晶體管的不同結構。圖6顯示了用根據(jù)本發(fā)明的特定底部柵極頂部接觸有機場效應晶體管在環(huán)境條 件下獲得的輸出圖。詳細描述本發(fā)明提供了有機半導體材料，包括化合物和組合物。這里描述的有機半導體材 料可以顯示有用的電子性能并且是可溶液加工的，例如能旋涂和能印刷。另外，這些材料可 以被認為是η型半導體材料并能用于生產(chǎn)各種有機電子制品、結構和裝置，包括場效應晶 體管、單極電路、互補電路、光電池裝置和發(fā)光裝置。具體而言，本發(fā)明提供了 二聚的并苯化合物，包括二聚的茈化合物。這些化合物通 常具有在一種或多種常規(guī)溶劑中的一定溶解度并在環(huán)境條件下是穩(wěn)定的。本發(fā)明還提供制 備和應用這些化合物的方法，包括組合物、制品、結構，以及包含這些化合物裝置。在本申請中，當組合物作為具有、包括或包含特定組分描述時，或當工藝方法作為 具有、包括或包含具體工藝步驟時，認為本發(fā)明的組合物也基本上包含所述組分或由所述 組分組成，并且本發(fā)明方法基本上包含所述工藝步驟或由所述工藝步驟組成。在本申請中，當元件或組分是包括在和/或從一系列所述元件或組分的列表中選 擇時，應當理解的是元件或組分可以是任何一種所述元件或組分，并可以選自兩種或多種 所述元件或組分組成的組。另外，應當理解的是這里所述的組合物、裝置或方法的元件和/ 或特征可以在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下以各種方式組合，不論是否公開或暗示。術語“包括”或“具有”應當一般理解為是開放式的和非限制性的，除非另有說明。單數(shù)的應用在這里包括多數(shù)(或相反)，除非另有說明。另外，當在定量數(shù)據(jù)之前 使用術語“約”時，其內容也包括具體的定量數(shù)據(jù)本身，除非另有說明。在這里使用的術語 “約”表示從公稱值偏差士 10%。應當理解的是，步驟的順序或對于進行特定操作的順序是不重要的，只要教導內 容保持可操作即可。此外，兩個或多個步驟或操作可以同時進行。在這里使用的術語“可溶液加工的”表示可以在各種溶液相工藝中使用的化合物 (例如二聚的茈化合物)、材料或組合物，所述溶液相工藝包括旋涂、印刷(例如噴墨印刷、 篩網(wǎng)印刷、移印、膠版印刷、照相凹版印刷、苯胺印刷、石印等)、噴涂、電噴涂、滴鍍、浸涂和 刮刀涂覆。在這里使用的術語“環(huán)狀結構部分”可以包括一個或多個(例如1-6個)碳環(huán)或雜 環(huán)。在其中環(huán)狀結構部分是多環(huán)結構部分的實施方案中，多環(huán)體系可以包括一個或多個彼 此稠合的環(huán)(即分享一個共用鍵)和/或彼此經(jīng)由螺原子連接。環(huán)狀結構部分可以是環(huán)烷 基、雜環(huán)烷基、芳基或雜芳基，并可以如這里所描述的那樣被取代。在這里使用的“雙多環(huán)”
其中c°可以是0-4范圍內的整數(shù)。稠合結構部分可以是如這里所描述被取代的。在這里使用的術語“鹵代”或“鹵素”表示氟、氯、溴和碘。這里使用的術語“氧代”表示雙鍵氧(即，=0)。在這里使用的術語“烷基”表示直鏈或支化的飽和烴基。烷基的例子包括甲基 (Me)、乙基 t)、丙基(例如正丙基和異丙基)、丁基(例如正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁 基)、戊基(例如正戊基、異戊基、新戊基)、己基等。在各種實施方案中，烷基可以具有1-40 個碳原子(即C1,烷基)，例如1-20個碳原子(即CV2tl烷基)。在一些實施方案中，烷基可 以具有1-6個碳原子，并可以稱為“低級烷基”。低級烷基的例子包括甲基、乙基、丙基(例
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或“雙多環(huán)化合物”表示包含通過共價鍵或二價基團連接的兩個多環(huán)結構部分的分子。在 雙環(huán)化合物中的多環(huán)結構部分可以是相同或不同的，并且每個多環(huán)結構部分任選地可以如 這里所描述的那樣被取代。在這里使用的“稠合環(huán)”或“稠合環(huán)結構部分”表示具有至少兩個環(huán)的多環(huán)體系， 其中至少一個環(huán)是芳族的，并且這種芳環(huán)(碳環(huán)或雜環(huán))具有與至少一個可以為芳族或非 芳族以及碳環(huán)或雜環(huán)的其它環(huán)共享的鍵。這些多環(huán)體系可以是高度η-共軛的，并可以包 括多環(huán)芳烴，例如具有下式的并苯
權利要求
1.具有式I的化合物 Q-L-Q， I 其中Q和Q'獨立地選自
2.權利要求1的化合物，其中在每次出現(xiàn)時是選自
3.權利要求1 或 2 的化合物，L 是選自 a) - (Ar1) n-、b) - (Ar2) n,-、c) - (Ar1) n- (Ar2) n,_ (Ar1) n’’_ 和 CO-(Ar2)iy-(Ar1)n-(Ar2)n,,-，其中Ar1在每次出現(xiàn)時獨立地是5或6元的芳基或雜芳基，各自任選地被1-4個Ri基團取代；Ar2在每次出現(xiàn)時獨立地是多環(huán)的8-22元芳基或雜芳基，各自任選地被1-12個Ri基 團取代；n、n'和η〃獨立地是1、2、3、4、5、6 ；和 Ri如權利要求1中所定義。
4.權利要求3 的化合物，其中 L 是選自-(Ar1)n^-(Ar2)n.-和-(Ar1)n-(Ar2)-(Ar1)n^ 其中ΑΛΑΛικπ'和η"如權利要求3中所定義。
5.權利要求3或4的化合物，其中Ar1在每次出現(xiàn)時獨立地選自
6.權利要求3-5中任一項的化合物，其中Ar2在每次出現(xiàn)時獨立地選自任選被取代的 多環(huán)8-22元芳基或雜芳基，其含有一個或多個與選自以下的結構部分稠合的苯基、噻吩基 或噻二唑基團
7.權利要求1-6中任一項的化合物，其中L是-(Ar1)n-并選自
8.權利要求1-6中任一項的化合物，其中L是-(Ar2)-，并且Ar2選自
9.權利要求1-6中任一項的化合物，其中L是
10.權利要求1-9中任一項的化合物，其中Rb選自而_2(1烷基，C2_2。鏈烯基，C2_2Q炔基，-Y-C3_14環(huán)烷基，-Y-C6_14-芳基，-Y-3-14元雜環(huán)烷基，以及-Y-5-14元雜芳基，其中每個 C1^20烷基、C2_2(1鏈烯基、C2_2(1炔基、C3_14環(huán)烷基、C6_14芳基、3-14元雜環(huán)烷基和5-14元雜芳 基任選地被1-4個Ri基團取代，其中Y和Ri如權利要求1中所定義。
11.權利要求1-10中任一項的化合物，其中所述化合物具有下式
12.一種包含溶解或分散在液體介質中的一種或多種如權利要求1-11中任一項所述 的化合物的組合物。
13.一種電子、光學或光電的裝置，其包含含有一種或多種如權利要求1-11中任一項 所述的化合物的薄膜半導體。
14.權利要求13的裝置，其中所述裝置是有機場效應晶體管裝置、有機光電池裝置或 有機發(fā)光二極管。
15.一種生產(chǎn)權利要求13的裝置的方法，此方法包括將權利要求12的組合物沉積在基材上，其中沉積所述組合物的操作包括印刷、旋涂、滴鍍、區(qū)域流延、浸涂、刮刀涂覆和噴涂 中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了從二聚苝化合物制備的新半導體材料。這些化合物能顯示高的n型載體遷移率和/或良好的電流調節(jié)特性。另外，本發(fā)明的化合物具有特定的加工優(yōu)點，例如溶液加工性和/或在環(huán)境條件下的良好穩(wěn)定性。
文檔編號C07D471/06GK102066373SQ200980120293
公開日2011年5月18日 申請日期2009年5月29日 優(yōu)先權日2008年5月30日
發(fā)明者A·法凱蒂, F·德茲, M·卡斯特勒, T·J·馬克斯, 鄭焱, 陳志華, 顏河 申請人:巴斯夫歐洲公司, 破立紀元有限公司