专利名称：双极性聚合物半导体材料及有机电子器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及有机化合物、来源于这类化合物的双极性半导体材料以及包含此双极性半导体材料的器件。
背景技术：
作为半导体材料的有机化合物已经大量发展。特别地，近年来已经发展高性能的单极性P-型与η-型聚合物半导体，它们分别具有大约lcm2/V. S的空穴和电子迁移率。薄膜晶体管内具有高传递迁移率的聚合物半导体可用于许多应用，包括显示器以及RFID。在ρ-沟道和η-沟道区域操作中能够传导空穴和电子二者的双极性有机薄膜晶体管近来已经引起注意。这类器件能提供用于构建互补性数字集成电路的可选方法，该集成电路与盛行的互补性金属氧化物半导体(CM0Q技术相似。这类CMOS类的数字电路，与非互补性电路比较，具有许多优点，例如更大的速度、更高的抗噪声性、更低的功耗以及晶体管操作特征中变化性和位移的更佳容许度。双极性晶体管可以使用以下制造(i) 二堆栈层的离散P-沟道和η-沟道半导体材料；(ii) 一层二组分层，其包含单极性P-型与η-型有机半导体的掺合物；或(iii)具有对称或不对称电极的一层单一组分材料。然而，单极性ρ-型与η-型有机半导体用于双层的(i)或者混合层的(ii)双极性OTFT需要复杂的制造程序或者这类器件已经显示出不良性能。对于设计(iii)，虽然许多现有的有机半导体材料显示出双极性电荷传递性质，但这类材料需要严格的操作条件 (如，高真空)、特别的介电材料或者非常低功函电极材料。具有平衡的高空穴和电子迁移率的双极性半导体材料能大大地简化器件的制造， 尤其当使用溶液加工技术例如喷墨打印用于逻辑电路的复杂制造时。现在，在OTFT中展示出稳定的双极性操作特征的单一组分半导体材料非常少。已知的双极性单一组分半导体材料典型地展示出低且不平衡的空穴和电子迁移率(10_5-0. lcm2/V. s)。最近，具有0. 003cm2/v. s的空穴迁移率以及0. 04cm2/V. s的电子迁移率的双极性聚合物在 Kim 等人，Adv. Mater. 2010，22，478-482 中描述。因此，对于生产可用于生产有效电子器件的替代性双极性有机材料存在需求。发明概述本发明涉及有机化合物，其可以在有机电子器件中用作电子与空穴传递的双极性半导体材料。本发明的化合物并入受电子基团和供电子基团的交替嵌段。这类化合物为包含重复单元的聚合物，该重复单元基于核心平面受主部分以及施主部分，该受主部分为缺乏电子的且能提供电子传递性质，以及该施主部分为富电子的以提供空穴传递性质。额外的受
14主部分和核心受主基团一起促成提供低的LUMO能级用于有效的电子注入和传递。该施主和受主基团提供了平衡的电子和空穴传递。本发明的化合物可以展现出高的、平衡良好的电子和空穴迁移率。因而，这类化合物可以用作单一组分双极性半导体材料供，以包括在有机电子器件内，包括在有机薄膜晶体管中。因而，在一方面，本发明提供了式I的化合物[Da-A 核心-Db-Ac-] n (I)其中各个Ae心为受电子的稠合杂芳族基团，其具有至少一个氮原子在该杂芳族基团的主链中以及至少一个S、0或％原子在该杂芳族基团的主链中或者作为该杂芳族基团上的共轭取代基；各个D为具有5至50个主链原子的独立选择的共轭供电子芳族或杂芳族基团，各个D任选地被一个或多个供电子取代基或吸电子取代基取代，条件是即使当被取代时，各个D的电子特性为供电子的；各个A为独立地选择的具有5至50个主链原子的共轭受电子芳族或杂芳族基团或是被一个或二个吸电子取代基取代的亚乙基基团，各个A任选地被一个或多个供电子取代基或吸电子取代基取代，条件是即使当被取代时，各个A的电子特性为受电子的；η为具有2至10000的值的整数；以及各个a、各个b和各个c独立地为1至4的整数。在一些实施方式中，化合物具有式Ia:
权利要求
1.式I的化合物 [Da-A 核心-Db-Ac-]
2.如权利要求1所述的化合物，其具有式Ia
3.如权利要求2所述的化合物，其中各个Ar独立地为Arl至ArS之一以及各个Ar任选地被取代
4.如权利要求2或3所述的化合物，其中各个D独立地为Dl至D12之一以及各个D任
5.如权利要求2至4任一项所述的化合物，其中各个A独立地为Al至Α19之一以及各个A任选地被取代
6.如权利要求1所述的化合物，其具有式Λ 其中各个R独立地为直链或支链C1-C4tl烷基、烷基部分具有1至40个碳的直链或支链烷氧基、C6-C40芳基、C6-C40取代芳基、具有5至40个主链原子的杂芳基、具有5至40个主链原子的取代杂芳基，当合适时其任一个可以任选地被F、Cl或CN取代；以及各个X独立地为3、0或％。
7.如权利要求6所述的化合物，其中各个D独立地为D13至D27之一以及各个D任选地被取代
8.如权利要求6或7所述的化合物，其中各个A独立地为A20至A35之一以及各个A 任选地被取代
9.如权利要求1所述的化合物，其为化合物1至37的任-
10.薄膜，其包含权利要求1至9中任一项所述的化合物。
11.有机电子器件，其包含权利要求1至9中任一项所述的化合物或者权利要求10所述的薄膜。
12.如权利要求11所述的有机电子器件，其为薄膜晶体管，所述器件包含栅极以及半导体材料，所述栅极由栅介电质与源极与漏极分开，所述半导体材料与所述栅介电质接触并且形成所述源极和所述漏极之间的传导路径，所述半导体材料包含权利要求10所述的薄膜。
13.如权利要求12所述的有机电子器件，其中所述薄膜晶体管为双极性薄膜晶体管。
14.如权利要求12或13所述的有机电子器件，其中所述源极和所述漏极由相同的传导性材料制造。
全文摘要
提供了式I的化合物、来源于这类化合物的双极性半导体材料以及包含此双极性半导体材料的器件。[Da-A核心-Db-Ac-]n (I)
文档编号H01L51/00GK102549791SQ201080044406
公开日2012年7月4日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年8月28日
发明者P·桑奈尔, S·P·森格, 李玉宁, 苏美嫦 申请人:新加坡科技研究局