专利名称：半导体材料及其制备方法和用途的制作方法
半导体材料及其制备方法和用途相关申请的交叉引用本申请要求2008年5月30日递交的美国临时专利申请系列号61/057，547的优 先权和利益，后者的公开内容引入这里供参考。背景新一代的光电装置例如有机薄膜晶体管(TFT)、有机发光二极管(OLED)、可印刷 性电路、有机光电池装置、电容和传感器是在有机半导体作为它们的活性组分的基础上建 立的。这些装置需要达到与起预期应用相适应的性能，例如显示器背板、收音机频率识别标 记、印刷传感器和光电池。与基于无机材料的电子装置一样，如果P型和η型半导体材料在 环境条件下显示高的电荷载体迁移性和稳定性，则基于有机半导体的装置能有效地且以高 速操作，并可以以成本有效的方式加工。最有希望的有机半导体包括π -共轭的小分子和聚合物，它们具有与有效电荷输 送相容的电子结构，并且适用于来自电接触的电荷注入。迄今为止，大多数已经研究和优 化的有机半导体是P型半导体材料，这是由于它们具有改进的环境稳定性。相比之下，η型 半导体受限于小数目的分子和聚合物，它们大多数在环境条件下是不活泼的。已经报道了 一些核心氰酸酯化的并苯化合物，包括茈、蒽、萘等，在环境条件下可以是活性的，并可以显 示加工多用性。参见例如 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。虽然接触型和非接触型印刷技术都已经用于生产电子装置，但是有机半导体材料 在印刷电路中的广泛应用已经受到合适配料的不易得性的限制。例如，满意的印刷仅仅能 在这些材料能在具有合适粘度的印刷介质中配制的情况下实现。在一些情况下，包含粘合 剂并不是可行的选择，这是因为它们对半导体材料的载体迁移率有不利影响。因此，需要新的η型有机半导体材料，尤其是能在宽粘度范围的溶液中配制并适 用于各种溶液加工技术(包括但不限于接触和非接触型印刷)配制。概述基于上述描述，本发明提供有机半导体材料和相关装置，其能解决现有技术的各 种缺陷和缺点，包括上述缺点。更具体地说，本发明提供基于二聚并苯化合物的有机半导体材料，包括二聚的茈 化合物。已经发现本发明的化合物能提供有用的电子性能和适用于各种溶液相工艺的宽粘 度范围。在一个方面，本发明提供式I的化合物Q-L-Q，其中Q和Q’各自是任选取代的并苯结构部分，L是这里描述的连接基。本发明还提供制备这些化合物和半导体材料的方法，以及包含这些化合物和半导 体材料的各种组合物、制品、结构和装置。从下面的路线、附图、表、描述和权利要求更详细地描述本发明的上述和其它的特 征和优点。
附图简述应当理解的是，下面的附图仅仅用于说明目的。这些图不是必须按比例的，不限制 本发明的范围。
图1显示了制备本发明化合物的通用合成流程。图2显示了制备本发明特定化合物例如PDIBrCN的示例方法。图3显示了制备本发明特定化合物例如BPDI-BT的示例方法。图4显示了制备本发明特定化合物例如BPDI-BTZ的示例方法。图5显示了有机场效应晶体管的不同结构。图6显示了用根据本发明的特定底部栅极顶部接触有机场效应晶体管在环境条 件下获得的输出图。详细描述本发明提供了有机半导体材料，包括化合物和组合物。这里描述的有机半导体材 料可以显示有用的电子性能并且是可溶液加工的，例如能旋涂和能印刷。另外，这些材料可 以被认为是η型半导体材料并能用于生产各种有机电子制品、结构和装置，包括场效应晶 体管、单极电路、互补电路、光电池装置和发光装置。具体而言，本发明提供了 二聚的并苯化合物，包括二聚的茈化合物。这些化合物通 常具有在一种或多种常规溶剂中的一定溶解度并在环境条件下是稳定的。本发明还提供制 备和应用这些化合物的方法，包括组合物、制品、结构，以及包含这些化合物装置。在本申请中，当组合物作为具有、包括或包含特定组分描述时，或当工艺方法作为 具有、包括或包含具体工艺步骤时，认为本发明的组合物也基本上包含所述组分或由所述 组分组成，并且本发明方法基本上包含所述工艺步骤或由所述工艺步骤组成。在本申请中，当元件或组分是包括在和/或从一系列所述元件或组分的列表中选 择时，应当理解的是元件或组分可以是任何一种所述元件或组分，并可以选自两种或多种 所述元件或组分组成的组。另外，应当理解的是这里所述的组合物、装置或方法的元件和/ 或特征可以在不偏离本发明精神和范围的情况下以各种方式组合，不论是否公开或暗示。术语“包括”或“具有”应当一般理解为是开放式的和非限制性的，除非另有说明。单数的应用在这里包括多数(或相反)，除非另有说明。另外，当在定量数据之前 使用术语“约”时，其内容也包括具体的定量数据本身，除非另有说明。在这里使用的术语 “约”表示从公称值偏差士 10%。应当理解的是，步骤的顺序或对于进行特定操作的顺序是不重要的，只要教导内 容保持可操作即可。此外，两个或多个步骤或操作可以同时进行。在这里使用的术语“可溶液加工的”表示可以在各种溶液相工艺中使用的化合物 (例如二聚的茈化合物)、材料或组合物，所述溶液相工艺包括旋涂、印刷(例如喷墨印刷、 筛网印刷、移印、胶版印刷、照相凹版印刷、苯胺印刷、石印等)、喷涂、电喷涂、滴镀、浸涂和 刮刀涂覆。在这里使用的术语“环状结构部分”可以包括一个或多个(例如1-6个)碳环或杂 环。在其中环状结构部分是多环结构部分的实施方案中，多环体系可以包括一个或多个彼 此稠合的环(即分享一个共用键)和/或彼此经由螺原子连接。环状结构部分可以是环烷 基、杂环烷基、芳基或杂芳基，并可以如这里所描述的那样被取代。在这里使用的“双多环”
其中c°可以是0-4范围内的整数。稠合结构部分可以是如这里所描述被取代的。在这里使用的术语“卤代”或“卤素”表示氟、氯、溴和碘。这里使用的术语“氧代”表示双键氧(即，=0)。在这里使用的术语“烷基”表示直链或支化的饱和烃基。烷基的例子包括甲基 (Me)、乙基 t)、丙基(例如正丙基和异丙基)、丁基(例如正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁 基)、戊基(例如正戊基、异戊基、新戊基)、己基等。在各种实施方案中，烷基可以具有1-40 个碳原子(即C1,烷基)，例如1-20个碳原子(即CV2tl烷基)。在一些实施方案中，烷基可 以具有1-6个碳原子，并可以称为“低级烷基”。低级烷基的例子包括甲基、乙基、丙基(例
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或“双多环化合物”表示包含通过共价键或二价基团连接的两个多环结构部分的分子。在 双环化合物中的多环结构部分可以是相同或不同的，并且每个多环结构部分任选地可以如 这里所描述的那样被取代。在这里使用的“稠合环”或“稠合环结构部分”表示具有至少两个环的多环体系， 其中至少一个环是芳族的，并且这种芳环(碳环或杂环)具有与至少一个可以为芳族或非 芳族以及碳环或杂环的其它环共享的键。这些多环体系可以是高度η-共轭的，并可以包 括多环芳烃，例如具有下式的并苯
权利要求
1.具有式I的化合物 Q-L-Q， I 其中Q和Q'独立地选自
2.权利要求1的化合物，其中在每次出现时是选自
3.权利要求1 或 2 的化合物，L 是选自 a) - (Ar1) n-、b) - (Ar2) n,-、c) - (Ar1) n- (Ar2) n,_ (Ar1) n’’_ 和 CO-(Ar2)iy-(Ar1)n-(Ar2)n,,-，其中Ar1在每次出现时独立地是5或6元的芳基或杂芳基，各自任选地被1-4个Ri基团取代；Ar2在每次出现时独立地是多环的8-22元芳基或杂芳基，各自任选地被1-12个Ri基 团取代；n、n'和η〃独立地是1、2、3、4、5、6 ；和 Ri如权利要求1中所定义。
4.权利要求3 的化合物，其中 L 是选自-(Ar1)n^-(Ar2)n.-和-(Ar1)n-(Ar2)-(Ar1)n^ 其中ΑΛΑΛικπ'和η"如权利要求3中所定义。
5.权利要求3或4的化合物，其中Ar1在每次出现时独立地选自
6.权利要求3-5中任一项的化合物，其中Ar2在每次出现时独立地选自任选被取代的 多环8-22元芳基或杂芳基，其含有一个或多个与选自以下的结构部分稠合的苯基、噻吩基 或噻二唑基团
7.权利要求1-6中任一项的化合物，其中L是-(Ar1)n-并选自
8.权利要求1-6中任一项的化合物，其中L是-(Ar2)-，并且Ar2选自
9.权利要求1-6中任一项的化合物，其中L是
10.权利要求1-9中任一项的化合物，其中Rb选自而_2(1烷基，C2_2。链烯基，C2_2Q炔基，-Y-C3_14环烷基，-Y-C6_14-芳基，-Y-3-14元杂环烷基，以及-Y-5-14元杂芳基，其中每个 C1^20烷基、C2_2(1链烯基、C2_2(1炔基、C3_14环烷基、C6_14芳基、3-14元杂环烷基和5-14元杂芳 基任选地被1-4个Ri基团取代，其中Y和Ri如权利要求1中所定义。
11.权利要求1-10中任一项的化合物，其中所述化合物具有下式
12.一种包含溶解或分散在液体介质中的一种或多种如权利要求1-11中任一项所述 的化合物的组合物。
13.一种电子、光学或光电的装置，其包含含有一种或多种如权利要求1-11中任一项 所述的化合物的薄膜半导体。
14.权利要求13的装置，其中所述装置是有机场效应晶体管装置、有机光电池装置或 有机发光二极管。
15.一种生产权利要求13的装置的方法，此方法包括将权利要求12的组合物沉积在基材上，其中沉积所述组合物的操作包括印刷、旋涂、滴镀、区域流延、浸涂、刮刀涂覆和喷涂 中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了从二聚苝化合物制备的新半导体材料。这些化合物能显示高的n型载体迁移率和/或良好的电流调节特性。另外，本发明的化合物具有特定的加工优点，例如溶液加工性和/或在环境条件下的良好稳定性。
文档编号C07D471/06GK102066373SQ200980120293
公开日2011年5月18日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年5月30日
发明者A·法凯蒂, F·德兹, M·卡斯特勒, T·J·马克斯, 郑焱, 陈志华, 颜河 申请人:巴斯夫欧洲公司, 破立纪元有限公司