(57)【要約】【課題】高い電界効果移動度を有する新規化合物、および、該新規化合物を含有する有機半導体層を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】下記一般式（１）で表される化合物、および、を該新規化合物を含有する有機半導体層を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。2008266312.tif 000021式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表し、Ｂ１およびＣ１はそれぞれ無置換または置換基を有するチアゾール環を表す。Ｘ１は単結合または２価の基を表す。【選択図】図１
2008266312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で示されることを特徴とする化合物。
【化１】
2008266312.tif 000018
（式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表し、Ｂ１およびＣ１はそれぞれ無置換または置換基を有するチアゾール環を表す。Ｘ１は単結合または２価の基を表す。）
【請求項２】
下記一般式（２）で示されることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【化２】
2008266312.tif 000019
（式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表す。Ｘ１は単結合もしくは２価の基を表す。）
【請求項３】
下記一般式（３）で示されることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【化３】
2008266312.tif 000020
（式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表す。Ｘ１は単結合もしくは２価の基を表す。）
【請求項４】
前記Ｘ１が、少なくとも１つのチオフェン環を含む２価の基、または少なくとも１つのベンゼン環を含む２価の基であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の化合物。
【請求項５】
前記Ｘ１が無置換または置換基を有するナフタレン環であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の化合物。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の化合物を含有する有機半導体層を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規化合物、および有機薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を活性層に用いる有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴと記す）は、結晶シリコンやアモルファスシリコンなどの無機材料に比べて加工性に優れており、低コストデバイスの実現に向けて盛んに研究が行われている。最近では、有機半導体材料を用いた場合でも、電界効果移動度はアモルファスシリコンＴＦＴに匹敵する値が報告されており、ディスプレイなどの駆動用トランジスタとして実用化が期待されている（非特許文献１参照）。しかし、一般的には有機ＴＦＴは無機ＴＦＴに比べて電界効果移動度が低く、実用化のためには、さらに電界効果移動度の高い有機半導体材料の開発が望まれている。
【０００３】
最近開発された有機半導体材料の例としては、チオフェン−フェニレンオリゴマーやオフェン−チアゾールオリゴマー（非特許文献２参照）、アントラセンに２分子のチオフェンが結合した化合物（非特許文献３および非特許文献４参照）、アントラセンオリゴマー（特許文献１参照）などが挙げられる。これらの有機半導体材料は、比較的高い電界効果移動度を有するものの、実用化には十分ではない。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔ．，４４，１３２５（１９９７）
【非特許文献２】Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．，１３，４６８６（２００１）
【非特許文献３】Ｊ．  ＡＭ．  ＣＨＥＭ．  ＳＯＣ．，２００５，１２７，２４０６から２４０７頁
【非特許文献４】Ｊ．  ＡＭ．  ＣＨＥＭ．  ＳＯＣ．，２００５，１２７，３９９７から４００９頁
【特許文献１】特開２００４−１０７２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、高い電界効果移動度を有する新規化合物、および、該新規化合物を含有する有機半導体層を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、下記一般式（１）で示されることを特徴とする化合物である。
【０００６】
【化１】
2008266312.tif 000003
【０００７】
（式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表し、Ｂ１およびＣ１はそれぞれ無置換または置換基を有するチアゾール環を表す。Ｘ１は単結合または２価の基を表す。）
前記一般式（１）に示される化合物は、下記一般式（２）に示される化合物であることが好ましい。
【０００８】
【化２】
2008266312.tif 000004
【０００９】
（式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表す。Ｘ１は単結合もしくは２価の基を表す。）
また、前記一般式（１）に示す化合物は、下記一般式（３）に示される化合物であることが好ましい。
【００１０】
【化３】
2008266312.tif 000005
【００１１】
（式中、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表す。Ｘ１は単結合もしくは２価の基を表す。）
前記一般式（１）から（３）において、前記Ｘ１は少なくとも１つのベンゼン環を含む２価の基、または、少なくとも１つのチオフェン環を含む２価の基であることが好ましい。
前記Ｘ１が無置換または置換基を有するナフタレン環であることが好ましい。
【００１２】
前記一般式（１）から（３）のいずれかに示される化合物を有機半導体層に有する有機薄膜トランジスタが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、高い電界効果移動度を有する新規化合物、および該新規化合物を含有する有機半導体層を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
下記一般式（１）に本発明の化合物を示す。
【００１５】
【化４】
2008266312.tif 000006
【００１６】
式中、Ｂ１およびＣ１はそれぞれ無置換または置換基を有するチアゾール環を表す。
一般式（１）の化合物において、Ｂ１およびＣ１が無置換のチアゾール環である場合の例を、一般式（２）および一般式（３）に示す。
【００１７】
【化５】
2008266312.tif 000007
【００１８】
【化６】
2008266312.tif 000008
【００１９】
一般式（１）乃至（３）において、Ａ１およびＤ１はそれぞれ無置換または置換基を有するアントラセン環を表す。
Ｘ１は単結合または２価の基を表す。すなわち、Ｘ１は２つのチアゾール環（Ｂ１およびＣ１）を共役結合で結合する２価の結合基を表し、２つのチアゾール環を直接結合する場合も含む。Ｘ１は、具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ピレン、フェナントレン、フルオレンなどの芳香族炭化水素環、フラン、チオフェン、ピロール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾチアゾール、カルバゾールなどの芳香族複素環、エチレン、ブタジエンなどのアルケン類、アセチレン、ジアセチレンなどのアルキン類などを骨格に持つ結合基が挙げられる。また、上記の骨格の組み合わせでつくられる２価の結合基も使用できる。
【００２０】
前記一般式（１）乃至一般式（３）において、前記Ｘ１は少なくとも１つのベンゼン環を含む２価の基、または少なくとも１つのチオフェン環を含む２価の基であることが好ましい。また、前記Ｘ１が無置換または置換基を有するナフタレン環であることが好ましい。
【００２１】
Ｐ型半導体として用いる場合、有機半導体材料は、ソース／ドレイン電極に用いる金属の仕事関数近辺に、分子のＨＯＭＯ（最高被占軌道）を調整することにより、電極からのホール注入を容易にし、性能が向上する。本発明の有機半導体材料の場合、２つのチアゾール環を直接結合する場合（Ｘ１が単結合の場合）を除いて、Ｘ１は、Ｘ１を１つの分子とみなした時に、そのＨＯＭＯがベンゼンよりも大きな値を示すことが、電界効果移動度の向上のために好ましい。
【００２２】
一般式（１）中、Ａ１およびＤ１で表されるアントラセン環、Ｂ１およびＣ１で表されるチアゾール環、および、Ｘ１で表される２つのチアゾール環を共役結合で結合する２価の基は、無置換でも置換基を有していても良い。置換基としては、具体的には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基などの鎖状のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの環状のアルキル基、フェニル基、トリル基、ナフチル基などのアリール基、チエニル基、フリル基などの芳香族複素環基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基などのシリル基、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブチルオキシ基などのアルコキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基などのアルキルチオ基、などが挙げられる。アルキル基、アリール基、シリル基はエチニル基を介して結合していても良い。また、これら置換基は、上記の置換基によりさらに置換されていても良い。チアゾール環は、チアゾール環の２位、４位または５位で、アントラセン環と結合できるが、２位または５位でアントラセン環と結合することが好ましい。また、チアゾール環は他の環と縮環していてもよい。
【００２３】
前記一般式（１）に示す化合物は有機半導体材料として使用することが可能である。このような有機半導体材料としては、一般式（１）の構造を構成単位とした多量体も使用可能である。
【００２４】
以下に、一般式（１）に示す化合物の具体例を構造式で示すが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
【００２５】
【化７】
2008266312.tif 000009
【００２６】
【化８】
2008266312.tif 000010
【００２７】
【化９】
2008266312.tif 000011
【００２８】
【化１０】
2008266312.tif 000012
【００２９】
これらの化合物の合成方法としては、一般的なクロスカップリング法が用いられる。具体的には、鈴木カップリング、Ｓｔｉｌｌｅカップリング、根岸カップリング、玉尾カップリングなどが挙げられる。使用する試薬の有害性などの観点から、鈴木カップリングが好ましく用いられる。鈴木カップリングの場合、ボロン酸基またはボロン酸エステル基を持つ化合物と、ハロゲン原子を持つ化合物または擬ハロゲン化合物を、塩基存在下、パラジウム触媒によりカップリング反応をおこなうことにより目的物が得られる。本発明の有機半導体材料の精製法としては、カラム精製、再結晶、昇華精製などの一般的な精製方法により純度を向上させることが可能である。
【００３０】
次に、本発明の有機ＴＦＴの一例について説明する。
本発明の有機ＴＦＴの構造としては、例えば、図１に示すトップコンタクト型および図２に示すボトムコンタクト型などとすることができる。図中、１０１は基板、１０２はゲート電極、１０３はゲート絶縁膜、１０４は有機半導体層、１０５はソース電極、１０６はドレイン電極、１０７は保護層を示す。
有機半導体層１０４としては、前述した本発明の化合物を含有する層である。
【００３１】
基板１０１としては、有機・無機の様々な材料から選択が可能であり、具体的には、シリコン、アルミニウム、ガラス、アルミナ焼結体、ステンレスなどの無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィドなどの有機材料、ガラス繊維で強化された有機材料のような複合材料などが挙げられる。
【００３２】
ゲート電極１０２、ソース電極１０５およびドレイン電極１０６の材料としては、導電性の材料から選択される。そのような導電性材料としては、具体的には、金、白金、銅、銀、パラジウム、クロム、モリブデン、チタン、ニッケル、アルミなどの金属材料、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物などの非金属無機材料、ポリチオフェン、ポリアニリンなどの有機材料、カーボン材料などが挙がられる。金属材料は合金も使用可能である。また、基板として導電性の材料を用いた場合には、基板をゲート電極として使用可能である。
【００３３】
ゲート絶縁膜１０３の材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、酸化タンタルなどの無機材料、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリパラキシリレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノールなどの有機材料、ポリメチルシルセスキオキサンなどのシリコーン材料などが挙がられる。また、ゲート絶縁膜は複数の層の積層構造となっていても良い。
【００３４】
保護層１０７は、有機ＴＦＴの劣化を防ぐ目的で形成される。材料としては特に限定はないが、一般的には、ポリパラキシリレン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが用いられる。これらは酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミなどの無機材料と組み合わせて複合材料としても使用可能である。保護層は省略も可能である。
【００３５】
有機ＴＦＴのゲート電極、ゲート絶縁膜、有機半導体、ソースおよびドレイン電極は、公知の方法により形成される。具体的には、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法などの印刷法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法などが挙げられる。シャドーマスクの使用や、既存のフォトリソグラフとエッチングを組み合わせるなどの方法によりパターン加工を行うことも可能である。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
実施例１
（有機半導体材料の合成）
下記の化合物（１）および化合物（２）を、それぞれ下記の反応式（１−１）および（２−１）の方法で合成し、次のカップリングに用いた。これにより、一般式（１）におけるＡ１およびＤ１がそれぞれ無置換のアントラセン環であり、Ｘ１が無置換のナフタレン環である化合物の例である化合物（３）を得た。
【００３７】
【化１１】
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【００３８】
【化１２】
2008266312.tif 000014
【００３９】
窒素置換した反応容器に、トルエン６０ｍＬ、エタノール３０ｍＬ、１０ｗｔ％炭酸ナトリウム水溶液３０ｍＬ、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１５０．２ｍｇ（０．１３ｍｍｏｌ）、先に調製した化合物（１）４９４．３ｍｇ（１．１ｍｍｏｌ）、および化合物（２）１．０７３１ｇ（３．５ｍｍｏｌ）を入れ、系中に残存する酸素を除くためにＡｒガスで数分間バブリングを行った。温調した熱媒により反応マスの加熱を行い、２４時間還流をおこなった。室温まで冷却した後、析出した結晶をろ過し、ろ取した結晶を、純水、エタノール、トルエンの順番で十分に洗浄した。真空乾燥させることにより、収率８９％で化合物（３）４５０．２ｍｇ（１．５８ｍｍｏｌ）の黄色結晶を得た。
【００４０】
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ｍ／ｚ＝６４６．９９（ｃａｌｃ．６４６．１５）
【００４１】
【化１３】
2008266312.tif 000015
【００４２】
実施例２
（有機ＴＦＴの作成と特性評価）
厚さ５００ｎｍの酸化シリコン膜を有する高ドープのシリコン基板を用意し、この基板を電子工業用アセトンに浸漬し、超音波洗浄を３分間行った。続いて、同様に純水で超音波洗浄を３分間行い、基板に付着した水分を窒素ガスで吹き払って乾燥させた。
【００４３】
基板温度を１４０℃に設定し、水晶振動子で膜厚をモニターしながら、化合物（３）を約４０ｎｍ（４００Å）の膜厚となるように蒸着し、有機半導体層を形成した。最後にシャドーマスクを用い、金を真空蒸着することにより、ソース電極およびドレイン電極（ゲート長５０μｍから１００μｍ、ゲート幅３ｍｍから６ｍｍ）を形成し、有機ＴＦＴを作成した。シリコン基板は、ゲート電極としても利用し、酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として利用した。パラメータアナライザを用いて特性を評価したところ、電界効果移動度は０．２ｃｍ２  ／Ｖｓであった。その結果を表１に示す。
【００４４】
比較例１
有機半導体材料として下記の化合物（４）を用い、基板温度を１００℃にする以外は実施例２と同様にして素子を作成した。パラメータアナライザを用いて特性を評価したところ、電界効果移動度は０．１２ｃｍ２  ／Ｖｓであった。その結果を表１に示す。
【００４５】
【化１４】
2008266312.tif 000016
【００４６】
【表１】
2008266312.tif 000017
【００４７】
（注１）電界効果移動度は、ドレイン電圧−１００Ｖ（一定）、ゲート電圧−１００Ｖから＋２０Ｖ（スイープ）の条件で測定した時の値である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の有機半導体材料は、高い電界効果移動度を有するので有機薄膜トランジスタおよび有機半導体デバイスに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】トップコンタクト型有機ＴＦＴの構造の一例を示す断面図である。
【図２】ボトムコンタクト型有機ＴＦＴの構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０１  基板
１０２  ゲート電極
１０３  ゲート絶縁膜
１０４  有機半導体
１０５  ソース電極
１０６  ドレイン電極
１０７  保護層
【図１】
2008266312.tif 000022
【図２】
2008266312.tif 000023