使用有机薄膜的电子设备以及含有它而形成的电子器械的制作方法_4

文档序号:9240175阅读:来源:国知局
烯作为 关键中间体,通过公知的各种合成方法,可制造本发明的"两面神型三蝶烯衍生物"及其中 间体化合物。
[0180] 例如,通过使用烷基化试剂进行烷基化,可形成三烷氧基衍生物。另外,可通过各 种羧酸、磺酸得到酯衍生物。进一步地,将羟基形成三氟甲磺酸酯(Tf:triflate)后,通过 使用二氰基锌进行氰基化,可形成1,8, 13-三氰基三蝶烯。通过常规的方法将该氰基水解, 可形成甲酰基或羧基。另外,通过常规的方法将该氰基还原,可形成氨甲基,通过常规的方 法可使用各种取代基对该氨基进行取代。
[0181] 另外,得到的甲酰基可用作羰基化合物的各种反应原料使用。例如,将该甲酰基和 维蒂希试剂(Wittigreagent)反应可形成-CH=C-键。通过常规的方法将其脱氢可形成 碳-碳三键。
[0182] 进一步地,通过将1,8, 13-三羟基三蝶烯使用N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)进行溴 化,可制造4, 5, 16-三溴-1,8, 13-三羟基三蝶烯。对于三蝶烯分子内的一个对称面来说, 该化合物是在其一个面具有3个羟基、在另一个面具有3个溴基的具有不同取代基的化合 物;该化合物是对于一个对称面来说具有不同功能团的、成为本发明的"两面神型三蝶烯衍 生物"的关键中间体的化合物。
[0183] 该溴化合物通过使用硼化合物、硅化合物等的各种偶联反应,可直接转化为苯基、 噻吩基等各种芳基、杂芳基等。例如,尝试在溴基取代侧导入成为电子受体的功能团的情况 下,通过这样的偶联反应可直接或阶段性地导入该功能团。
[0184] 本发明的通式[I]表示的化合物的特征为:在三蝶烯的1、8、13位的面和4、5、16 位的面的两个面上,各自具有不同的取代基,并且其特征为:其中至少一个面具有3个相同 的取代基。而且,这样特异性的三蝶烯衍生物的特征为:三蝶烯部位的3个羽状排列的苯 环以嵌套状堆叠,形成独特的堆砌结构,可形成特异性的有机薄膜。进一步地,本发明的特 征为:将含有具有这样特异性结构的三蝶烯衍生物的有机薄膜作为电子设备的构成要素使 用。
[0185] 本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物的制造方法,将本发明者们首次 成功分离提纯的1,8, 13-三甲氧基三蝶烯作为关键中间体是其一大特征,通过组合常规的 合成方法,可从关键中间体制造各种本发明的两面神型三蝶烯衍生物,这是本领域技术人 员所容易理解的。
[0186] 在制造本发明的通式[I]表示的化合物的情况下,首先,按照公知的方法制造如 下所示的通式[III]的化合物,然后,通过该化合物与1,8, 13-三取代三蝶烯衍生物反应, 可制造通式[I]的化合物。该反应是取代反应,可基于公知的各种取代反应进行该反应。
[0187]Y-R'-Z[III]
[0188](式中,R1和Z表示上文所述的基团,Y1表示卤素等离去基团。)
[0189] 另外,在取代基Z具有反应性的情况下,既可使用各种保护基进行保护Z的反应, 也可在试图导入其前体(例如羧基)作为Z的情况下,可使用Z为氰基的化合物,得到的 产物水解成羧基。在Z为酯基的情况下,可以直接使用酯进行反应,也可以形成羧基后进 行酯化。另外,如本领域技术人员所公知的,有关保护基和脱保护,如果有需要,请参照 T.W.Green著ProtectivegroupinOrganicSynthesis(JohnWileyandSons, 1991)〇
[0190] 另外,对于1,8, 13-三取代三蝶烯衍生物的取代基,在具有甲酰基那样的羰基的 化合物的情况下,通过使用维蒂希试剂(Wittigreagent),可形成X基团为-C=C-的通式 [I]的化合物。
[0191] 例如,通过威廉姆森(Williamson)合成反应,通过将1,8, 13-三羟基三蝶烯作为 原料,在12-溴十二烷酸甲酯(替代溴,还可以是氯、碘,或甲苯磺酸酯等类卤化物)和碱基 的存在下反应,可制造具有上述酯基作为端基的化合物1。
[0192] 在这些反应中,根据需要可使用溶剂。作为这样的溶剂,例如可以列举:丙酮、甲乙 酮等酮类溶剂;二乙醚、THF等醚类溶剂;DMF、DMA、DMS0等非质子性极性溶剂;乙醇等醇类 溶剂;甲苯、二甲苯等芳香烃类溶剂;二氯甲烷、氯苯等的卤化溶剂等,但是不限于这些溶 剂。另外,根据需要,在各种试剂存在的情况下也能进行反应。作为这样的试剂,优选碱,作 为碱,例如可以列举:碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯等碱金属碳酸盐;氢氧化钠、氢氧化钾等碱金 属氢氧化物等,但是不限于这些碱。作为碱,也可使用三烷基胺等有机碱,但优选无机碱。
[0193] 作为反应温度,只要是在适合反应进行的范围内,可任意设定,但通常优选从常温 至溶剂沸点的范围。作为从反应混合物分离提纯目的产物的方法,可使用常规的分离、提纯 方法,例如:溶剂提取、重结晶、再沉淀、硅胶柱色谱、凝胶过滤色谱等方法。另外,在产物具 有光学活性的情况下,根据需要,也可进行光学拆分。
[0194] 对于本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物,三蝶烯的3个羽状排列的 苯环以嵌套状堆叠,利用这样的特征性的堆叠化行为,可合理地构筑控制维度的二维分子 聚集体,可使之形成有机薄膜。作为本发明的膜的制造方法,可从旋涂法、浸渍法、浇铸法 (年个只卜法)、喷墨法、超声波法、气相法、蒸镀法等任意选定,因为本发明的化合物可溶 解于有机溶剂,因此优选旋涂法、浸渍法、浇铸法、喷墨法、蒸镀法等。
[0195] 旋涂法是在高速旋转的基板上滴加溶液,使均匀膜厚的薄膜成膜的方法。浸渍法 是在溶液中浸渍基板的成膜方法。浇铸法(包括液滴浇铸法(卜''口 7 只卜法))是 将溶液滴加在基板上后,使溶剂干燥成膜的方法,但其膜厚不总是均匀的。喷墨法是在任意 位置滴下微量溶液使之成膜的方法。另外,作为本发明的膜的制造方法,可通过这些公知的 成膜方法成膜,但由于本发明的膜具有特异性的堆叠化行为,也可进行通过液/液界面的 成膜法。例如,也可将本发明的化合物溶解于不溶于水的有机溶剂,使与水接触,使水/有 机溶剂的界面形成,在该界面制造膜。如此制造的有机薄膜也可作为电子设备等的构成要 素使用。
[0196] 另外,本发明的通式[I]表示的化合物中的一些化合物可通过蒸镀法、优选真空 蒸镀法形成膜。特别是优选熔点较低、分解温度高的化合物。本发明中的蒸镀法可通过常 规的蒸镀法进行。例如,优选在l〇_5Pa_l(T3Pa减压下,将化合物在熔点以上加热使之蒸发, 或者在化合物具有升华性的情况下使之升华。基板的温度可以列举:即使在室温附近也可 以,但优选在50°C-KKTC左右。作为适用于通过蒸镀法形成膜的本发明的化合物,可以列 举:通式[I]中,X为-CH2-、Z为氢原子、R1为碳数8-15的亚烷基、优选碳数9-12的亚烷基 的化合物。
[0197] 在固体基板上制造本发明的膜时,可使用上述的本发明的固体基板。进一步地,对 于这些固体基板使用紫外线(UV)、臭氧等进行了清洗处理的固体基板;也可将在这些固体 基板上,层叠了配线、电极等的连接端子以及绝缘层、导电层等其他层的层叠体等作为固体 基板。作为本发明中使用的固体基板,在薄膜晶体管那样的电子设备中,特别优选有机系或 无机系绝缘材料,特别优选有机绝缘材料。
[0198] 作为在固体基板上制造本发明的膜的方法,可以列举含有以下工序的方法:将本 发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物在有机溶剂中溶解形成溶液的工序;接着, 将该溶液涂布或旋涂、或者将固体基板浸渍于该溶液中的工序;以及将上述固体基板上的 溶液干燥的工序。
[0199] 另外,作为在界面制造本发明的膜的方法,可以列举含有以下工序的方法:将本发 明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物在与水等第二溶剂不交溶的有机溶剂中溶解 形成溶液的工序;接着,在该溶液中加入水等第二溶剂形成界面,在该界面形成膜的工序; 将制造的膜分离的工序;以及将分离的膜干燥的工序。
[0200] 作为使用这样的方法制造的本发明的膜的膜厚,不进行特别限制,在形成单分子 膜的情况下的平均厚度为〇.lnm至5nm,优选lnm至3nm。另外,在形成多层膜的情况下,平 均厚度为2nm至50nm以下,优选3nm至30nm。进一步地,在通过液/液界面制造的情况下, 可制造膜厚更厚的膜,膜厚也可为30nm至lOOOnm,优选50nm至500nm。
[0201] 作为制造膜时的有机溶剂,只要是可溶解本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶 烯衍生物的有机溶剂即可,不进行特别限制,例如可列举丁内酯等内酯类;丙酮、甲乙 酮、环己酮、甲基正戊酮、甲基异戊酮、2-庚酮等酮类;甲醇、乙醇、异丙醇等一元醇类;乙二 醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇等多元醇类及其衍生物;乙二醇单乙酸酯、二乙二醇单乙酸 酯、丙二醇单乙酸酯、二丙二醇单乙酸酯等乙二醇酯;上述多元醇类或上述酯类的单甲醚、 单乙醚、单丙醚、单丁醚等单醚或单醚酯类;乳酸甲酯、乳酸乙酯(EL)、乙酸甲酯、乙酸乙 酯、乙酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、甲氧基丙酸甲酯、乙氧基丙酸乙酯等酯类;苯甲醚、 乙基苄醚、甲酚甲醚、二苯醚、二苄醚、苯乙醚、丁基苯基醚、乙基苯、二乙基苯、戊基苯、异丙 基苯、甲苯、二甲苯、甲基异丙基苯、均三甲苯等芳香族系有机溶剂;二氧六环、THF等环醚 类;二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)等酰胺类;二甲亚砜(DMS0)等含硫溶剂等。 这些有机溶剂既可以单独使用,也可以作为两种以上的混合溶剂使用。
[0202] 作为优选的有机溶剂,可以列举:二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMA)等酰 胺类;二氧六环、THF等环醚类;二甲亚砜(DMS0)等含硫溶剂等。作为特别优选的溶剂,可 以列举:二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)等极性溶剂。
[0203] 对于有机溶剂的使用量不进行特别限制,考虑制造的膜的厚度和制造条件进行适 当设定即可。在使用液滴浇铸法、喷墨法等的情况下,考虑溶剂展开的面积,调整可以得到 目的膜厚的固体成分浓度。此时,作为优选浓度,在l〇〇ml有机溶剂中,本发明的通式[I] 表示的两面神型三蝶稀衍生物可为〇.Olmg至lOOOmg,较优选0.lmg至100mg,进一步优选 0?lmg至 10mg。
[0204] 这样,通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物在上述有机溶剂等有机薄膜形成用 载体中,通过混合或溶解,可制造含有本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物以 及有机薄膜形成用载体的有机薄膜形成用组合物。
[0205] 作为制造本发明的有机薄膜时的温度,通常可在室温下进行,然而根据溶剂的种 类、制造条件等的不同,也可在加热下或冷却下进行。
[0206] 对于本发明的有机薄膜制造中的干燥,自然干燥已经足够,然而也可使用干燥的 空气、氮等吹干等的方法,必要时也可加热、减压,使其干燥。
[0207]另外,膜形成后,也可使用甲醇、氯仿等有机溶剂、纯水等对制造的有机薄膜进行 清洗,但是没有特别清洗的必要。
[0208] 在界面制造本发明的有机薄膜的情况下,在界面制造的膜可在玻璃基板等基板上 转印分离。可使用上文所述的方法使分离的膜干燥。
[0209] 这样制造的本发明的有机薄膜也可进一步进行退火处理。
[0210] 对于旋涂法、浸渍法、浇铸法、喷墨法等制造的膜,在与本发明的通式[I]表示的 两面神型三蝶烯衍生物的熔点大体上相同的温度下加热进行退火处理,所述温度优选为约 100°C至230°C,较优选为约130°C至230°C,进一步优选为150°C至200°C左右。
[0211] 另外,对于蒸镀法制造的膜,通过在约100°C至200°C、优选在约110至150°C左右 加热进行退火处理。
[0212] 退火处理通常是可在大气下进行,也可以在氮气流下等非活性气流下进行。对退 火的时间不进行特别限制,通常为5分钟到50分钟、优选10分钟到30分钟左右就足够了。
[0213]退火处理的详细机理尚不明确,可以认为通过退火将已经形成了的膜进行重建, 形成更均匀的膜厚。
[0214]根据通式[I]中端基Z的种类不同,本发明的有机薄膜也可形成单层结构、端基Z分子间相对的双层结构等。另外,根据制造方法不同也可调整有机薄膜的厚度,可成为适用 于电子材料、光学材料、表面处理材料等广泛用途的有机薄膜。
[0215] 另外,本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物形成的有机薄膜可使表面 成为疏水性,提高与有机半导体那样的疏水性物质的亲和性。例如,对作为有机绝缘层通 用的聚对二甲苯中的水滴的接触角进行测定,在只有聚对二甲苯的情况下,接触角为约87 度,在聚对二甲苯表面形成本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物的有机薄膜的 情况下,水滴的接触角变为约103度,可知,提高了表面的疏水性。
[0216] 本发明的电子设备可根据以往的电子设备的制造方法制作,此时,替换以往的有 机薄膜、特别是SAM,可通过使其成为上述本发明的有机薄膜来制造。如上所述,本发明的有 机薄膜不依赖于基板,因而可在有机系或无机系的各种基板上通过如上所述的方法形成目 标的有机薄膜。
[0217]例如,作为薄膜晶体管的制造实例,可以列举以下的方法。
[0218] 在硅晶片上使铝沉积进行图案化,接着在氧等离子体中进行灰化,表面变为氧化 铝,对绝缘层为氧化铝的A1203/A1栅极进行图案化。在其上液滴浇铸本发明的通式[I]表 示的两面神型三蝶烯衍生物的溶液,使之干燥。根据需要,也可以在约200°C进行退火。这 样,在图案化的A1203/A1栅极上形成含有本发明的通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物 的有机薄膜。接着,在A1203/A1栅极和有机薄膜上,使二萘并噻吩并噻吩(DNTT)等有机半 导体沉积,形成有机半导体层。然后,在有机半导体层上通过真空蒸镀法等使金沉积,形成 源极和漏极。
[0219] 如果上述方法中不形成有机半导体层,而是在有机薄膜上直接使金沉积,可形成 电容器。
[0220] 本发明的电容器具有如下特征:在电极间具有如上所述的本发明的有机薄膜组成 的电介质层。对于本发明的电容器,电介质层还可进一步含有第二电介质。作为第二电介 质,只要是电容器使用的电介质即可,不进行特别限制,优选有机电介质。另外,在含有第二 电介质的情况下,电介质层优选为层叠结构。
[0221] 另外,在制造电子纸时,首先要清洗聚碳酸酯基板那样的具有透明性的柔性聚合 物基板,然后在该基板上,使用聚亚乙基二氧噻吩(PED0T)那样的有机导电体或铜等金属 微粒进行图案化形成栅极。接着,在基板的一部分或整面,形成诸如聚酰亚胺、聚甲基丙烯 酸甲酯、聚对二甲苯那样的有机绝缘层。接着,以与栅极相重叠的方式,形成含有本发明的 通式[I]表示的两面神型三蝶烯衍生物的有机薄膜。在其上进一步沉积二萘并噻吩并噻吩 (DNTT)等有机半导体,形成有机半导体层。然后,在有机半导体层上通过真空蒸镀法等使金 沉积,形成源极和漏极。
[0222] 在这些薄膜晶体管中,作为绝缘体可以列举:无机材料、有机材料或有机低分子非 晶材料等各种绝缘体。作为无机材料,例如可以列举:3;[0 2、41203、13205、21'0 2等单一金属氧 化物;钛酸锶、钛酸锶钡等复合氧化物;31队等氮化物、氧化氮化物、氟化物等。作为有机材 料,例如可以列举:聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对二甲苯、聚乙烯苯酚、聚甲基丙烯酸 甲酯、聚苯乙烯、苯并环丁烯、氰乙基普鲁兰多糖、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-偏乙烯共聚物以 及其他聚合物材料。作为有机低分子非晶材料,例如可以列举:胆酸、胆酸甲酯等。
[0223] 作为这些绝缘体的形成方法,根据绝缘材料的不同,可采用蒸镀、溅射、等离子体 化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)、栅极的阳极氧化、涂布、溶液粘附等各 种成膜方法。栅极绝缘层的厚度依材料而不同,可形成约l〇nm-约500nm的厚度。
[0224] 在这些薄膜晶体管中,作为半导体,可列举:有机半导体材料、无机氧化物半导 体材料等。作为有机半导体材料,可使用聚噻吩、聚烯丙基胺、芴-双噻吩共聚物、聚噻吩 亚乙烯、聚烷基噻吩和它们的衍生物那样的高分子有机半导体材料;二萘并噻吩并噻吩 (DNTT)、寡噻吩、并五苯、并四苯、铜酞菁、茈和它们的衍生物那样的低分子有机半导体材 料。另外,碳纳米管或富勒烯等碳化合物、半导体纳米粒子分散液等可也作为半导体层的材 料使用。这些有机半导体材料在甲苯等芳香族系溶剂中溶解或分散,可作为墨水样溶液或 分散液使用。另外,通过蒸镀法可成膜。作为氧化物半导体材料,例如可以列举:含有锌、铟、 锡、钨、镁、镓中一种以上的元素的氧化物。可以列举:氧化锌、氧化铟、氧化铟锌、氧化锡、氧 化钨、氧化锌镓铟(In-Ga-Zn-0)等公知材料,但是不限于这些材料。这些材料的结构可以 是单晶、多晶、微晶、结晶/非晶的混晶、纳米晶分散的非晶以及非晶中的任意一种。
[0225] 这些薄膜晶体管
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