基于供体/受体交替共聚物的高性能可溶液加工半导体聚合物的制作方法

文档序号:8128866
专利名称:基于供体/受体交替共聚物的高性能可溶液加工半导体聚合物的制作方法
基于供体/受体交替共聚物的高性能可溶液加工半导体聚
合物本发明涉及苯并噻二唑-环戊二烯并二噻吩共聚物、其制备方法及其作为半导体 或电荷传输材料的用途。在二十世纪下半叶开发(微)电子器件的惊人结构单元是基于无机电极、绝缘 体和半导体的场效应晶体管(FET)。已经证明这些材料可靠、高效且具有根据众所周知的 Moore定律周期性地提高的性能。不与常规硅技术竞争,基于分子材料和聚合物材料的有 机FET(OFET)可大规模应用于低性能存储元件以及集成光电子器件,如有源阵列有机发光 二极管显示器、RFID标签、智能ID标签和传感器中的像素驱动器(pixel drive)和开关元 件。作为开发几种导电性或半导体性有机聚合物的结果,它们在有机薄膜晶体管 (OTFT)中作为有源层并因而作为半导体的应用赢得越来越多的关注。在OTFT中使用有机半导体相比于迄今为止所使用的无机半导体具有一些优点。 它们能以从纤维到薄膜的任何形式加工,具有高机械柔韧性,能以低成本生产且重量轻。然 而,显著的优点是可通过在大气压力下例如通过印刷技术在聚合物基底上由溶液沉积各层 而生产整个半导体组件,从而得到可廉价生产的FET。电子器件的性能主要取决于载流子在半导体材料中的迁移率以及开启状态和关 闭状态之间的电流比(开/关比)。因此,理想的半导体在关闭状态下具有最小导电性且在 开启状态下具有最大载流子迁移率(迁移率大于ΙΟ、!!!2^1^1,开/关比大于IO2)。此外, 半导体材料必须对氧化相对稳定,即必须具有足够高的电离电位,因为其氧化降解降低组 件性能。EP 1510535A1描述了迁移率为3Χ1(Γ3或LTXKT2CmW1且开/关比为约IO6 的聚噻吩并0,3-b)噻吩。102006/094645々1描述了具有一个或多个硒吩-2,5-二基和一 个或多个噻吩-2,5-二基的聚合物,而WO 2006/131185公开了聚噻吩并(3,4_d)噻唑且US 2005/0082525A1 公开了苯并(1,2_b,4,5_b,) 二噻吩。US 2007/0014939公开了被C1-C2tl烷基取代的环戊二烯并二噻吩和苯并噻二唑的 共聚物作为半导体材料。在实施例中制备了分别被正己基和乙基己基二取代的环戊二烯并 二噻吩的共聚物。这些材料仅具有中等载流子迁移率(在l(T3Cm2/VS范围内)。Z. Zhu 等,Macromolecules 2007,40 (6),1981-1986 公开了分别被正己基和 2-乙 基己基取代基二取代的环戊二烯并二噻吩和苯并噻二唑的共聚物。对于由该材料制造的场 效应晶体管,报道的空穴迁移率为0. 015cm2/Vs。Zhang 等,J. Am. Chem. Soc. 2007,129 (12),3472-3473 公开了分别被正十六烷基或 3,7-二甲基辛基取代基二取代的环戊二烯并二噻吩和苯并噻二唑的共聚物,其数均分子量 为10. 2kg/mol且在FET中呈现0. 17cm2/Vs的载流子迁移率。本发明的目的是提供用作有机半导体材料的新型化合物,其易于合成,具有高迁 移率和良好的氧化稳定性并且可容易地加工。该目的由一种包含式(I)的基团作为重复单元并且具有30-70kg/mol的数均分子量Mn的苯并噻二唑-环戊二烯并二噻吩共聚物实现
其中R为正十六烷基或3,7-二甲基辛基。本发明苯并噻二唑-环戊二烯并二噻吩共聚物的优点是在场效应晶体管中的载 流子迁移率由于改进的更高分子量和材料高纯度的组合而显著提高。数均分子量Mn优选为40-60kg/mol。在一个特殊实施方案中,Mn为65-70kg/mol。R为正十六烷基或3,7-二甲基辛基。“迁移率”指由外部刺激如电场诱发的载流子如在ρ型半导体材料情况下的空穴 (或正电荷单元)和在η型半导体材料情况下的电子在电场的影响下移动通过该材料的速
度的度量。本发明进一步提供了本发明共聚物作为半导体或电荷传输材料的用途,尤其是在 光学、电光或电子组件中,作为薄膜晶体管的用途,尤其是在平面视频显示单元中,或用于 射频识别标签(RFID标签)或在用于有机发光二极管(OLED)如电致发光显示器或液晶显 示器背光的半导体组件中的用途,用于光伏组件或在传感器中的用途,在电池中作为电极 材料的用途,作为光波导的用途,用于电子照相应用如电子照相记录的用途。本发明进一步提供了包含本发明聚合物的光学、电光或电子组件。该类组件例如 可为 FET、集成电路(IC)、TFT、OLED 或对准层(alignment layer)。本发明聚合物特别适合作为半导体,因为它们具有该目的所要求的高迁移率。该聚合物可被现有技术已知的几种基团封端。优选的端基是H、取代或未取代的苯 基或取代或未取代的噻吩,但不限于此。本发明共聚物可通过已知方法制备。优选的合成路径如下所述。本发明共聚物可优选由2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二0,4,5,5-四甲基-1,3,2-二 氧杂硼杂戊环-2-基)(BTZ)和2,6-二溴-4,4-二(十六烷基)-4H-环戊二烯并[2,l_b:3, 4-b' ] 二噻吩(CDT)制备。单体2,6-二溴-4,4-二(十六烷基)_4!1-环戊二烯并[2,1-13:3,4-13'] 二噻吩 (CDT)可通过P. Coppo等,Macromolecules 2003,36,2705-2711中所述方法使用下列反应
方案制备
权利要求
1. 一种包含式(I)的基团作为重复单元并且具有30-70kg/mol的数均分子量Mn的苯 并噻二唑-环戊二烯并二噻吩共聚物
2.根据权利要求1的共聚物作为半导体或电荷传输材料的用途,作为薄膜晶体管 (TFT)的用途,或在有机发光二极管(OLED)用半导体组件中的用途,用于光伏组件或在传 感器中的用途,在电池中作为电极材料的用途,作为光波导的用途或用于电子照相应用的 用途。
3.一种组合物,包含溶于或分散于液体介质中的一种或多种权利要求1的聚合物。
4.一种薄膜半导体,包含一种或多种权利要求1的共聚物。
5.一种组合件,包含基底和沉积在所述基底上的权利要求4的薄膜半导体。
6.一种制备权利要求5的组合件的方法,包括将权利要求1的共聚物溶于液体介质中 以形成溶液,将所述溶液沉积在基底上并除去溶剂而在基底上形成薄膜半导体。
7.根据权利要求6的方法,其中所述溶液通过旋涂、浸涂或印刷沉积。
8.一种场效应晶体管器件,包含权利要求4的薄膜半导体或权利要求5的组合件。
9.一种光伏器件,包含权利要求4的薄膜半导体或权利要求5的组合件。
10.一种有机发光二极管器件,包含权利要求4的薄膜半导体或权利要求5的组合件。
全文摘要
公开了一种包含式(I)的基团作为重复单元并且具有30-70kg/mol的数均分子量Mn的苯并噻二唑-环戊二烯并二噻吩共聚物,其中R为正十六烷基或3,7-二甲基辛基。本发明还涉及该共聚物作为半导体或电荷传输材料的用途,作为薄膜晶体管(TFT)的用途,或在有机发光二极管(OLED)用半导体组件中的用途,用于光伏组件或在传感器中的用途,在电池中作为电极材料的用途,作为光波导的用途或用于电子照相应用的用途。
文档编号H05B33/14GK102083883SQ200980125975
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年7月2日
发明者D·乔, H·N·陶, K·米伦, M·卡斯特勒, S·克勒 申请人:巴斯夫欧洲公司, 马克思-普朗克科学促进协会公司
再多了解一些
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