JP2007055939A - Polyacene compound, method for producing the same and organic semiconductor element - Google Patents

Polyacene compound, method for producing the same and organic semiconductor element Download PDF

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吉徳 成田
Masatoshi Yakeyama
正敏 焼山
Kazuto Osada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic semiconductor material developing high mobility, having excellent solubility in a solvent and excellent in oxidation resistance. <P>SOLUTION: The polyacene compound has ≥1 but ≤4 condensed rings in total on an acene ring at the longitudinal direction end of a molecule and has such a structure as represented by chemical formula (I). The condensed ring is formed by connecting, with a coupler such as chemical formula (II), the adjoining two carbon atoms of those of the acene ring formed by bonding R<SB>1</SB>, R<SB>2</SB>, R<SB>3</SB>, R<SB>4</SB>, R<SB>5</SB>, R<SB>6</SB>, R<SB>7</SB>and R<SB>8</SB>in chemical formula (I). In chemical formula (II), A is an aliphatic hydrocarbon group; E is O; and n is ≥1 but ≤5 integer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体材料及びその製造方法に関する。また、該有機半導体材料を用いた有機半導体薄膜及び有機半導体素子に関する。   The present invention relates to an organic semiconductor material and a method for producing the same. The present invention also relates to an organic semiconductor thin film and an organic semiconductor element using the organic semiconductor material.

有機半導体を用いたデバイスは、従来の無機半導体デバイスに比べて成膜条件がマイルドであり、各種基板上に半導体薄膜を形成したり、常温で成膜したりすることが可能であるため、低コスト化や、ポリマーフィルム等に薄膜を形成することによるフレキシブル化が期待されている。
有機半導体材料としては、ポリフェニレンビニレン,ポリピロール,ポリチオフェン等の共役系高分子化合物やそのオリゴマーとともに、アントラセン,テトラセン,ペンタセン等のポリアセン化合物を中心とする芳香族化合物が研究されている。特に、ポリアセン化合物は分子間凝集力が強いため高い結晶性を有していて、これによって高いキャリア移動度と、それによる優れた半導体デバイス特性とを発現することが報告されている。
Devices using organic semiconductors have milder film formation conditions than conventional inorganic semiconductor devices, and it is possible to form semiconductor thin films on various substrates or to form films at room temperature. Costs and flexibility by forming a thin film on a polymer film or the like are expected.
As organic semiconductor materials, conjugated polymer compounds such as polyphenylene vinylene, polypyrrole, and polythiophene, and oligomers thereof, as well as aromatic compounds centering on polyacene compounds such as anthracene, tetracene, and pentacene have been studied. In particular, it has been reported that polyacene compounds have high crystallinity due to their strong intermolecular cohesion, thereby exhibiting high carrier mobility and thereby excellent semiconductor device characteristics.

そして、ポリアセン化合物のデバイスへの利用形態としては蒸着膜又は単結晶があげられ、トランジスタ,太陽電池,レーザー等への応用が検討されている(非特許文献1〜3を参照)。
また、蒸着法以外の方法でポリアセン化合物の薄膜を形成する方法として、ポリアセン化合物の一種であるペンタセンの前駆体の溶液を基板上に塗布し、加熱処理してペンタセン薄膜を形成する方法が報告されている(非特許文献4を参照)。この方法は、ポリアセン化合物は溶媒に対する溶解性が低いため、溶解性の高い前駆体の溶液を用いて薄膜を形成し、熱により前駆体をポリアセン化合物に変換するというものである。
A polyacene compound is used in a device as a deposited film or a single crystal, and its application to a transistor, a solar cell, a laser, or the like has been studied (see Non-Patent Documents 1 to 3).
In addition, as a method for forming a polyacene compound thin film by a method other than the vapor deposition method, a method of forming a pentacene thin film by applying a solution of a precursor of pentacene, which is a kind of polyacene compound, onto a substrate and heating it has been reported. (See Non-Patent Document 4). In this method, since the polyacene compound has low solubility in a solvent, a thin film is formed using a solution of a highly soluble precursor, and the precursor is converted into a polyacene compound by heat.

一方、置換基を有するポリアセン化合物は、高橋らの報告(非特許文献5),グラハムらの報告(非特許文献6),アンソニーらの報告(非特許文献7)及び,ミラーらの報告(非特許文献8)などに記載されており、さらに非特許文献9には2,3,9,10−テトラメチルペンタセンの合成例が、非特許文献10には2,3,9,10−テトラクロロペンタセンの合成例が、非特許文献11にはパーフルオロペンタセンの合成例がそれぞれ記載されている。
なお、ペンタセンを超える移動度を有する有機半導体材料は、現在のところ知られていない。
On the other hand, polyacene compounds having substituents are reported by Takahashi et al. (Non-Patent Document 5), Graham et al. (Non-Patent Document 6), Anthony et al. (Non-Patent Document 7), and Miller et al. Non-patent document 9 describes a synthesis example of 2,3,9,10-tetramethylpentacene, and non-patent document 10 describes 2,3,9,10-tetrachloro. Examples of synthesis of pentacene are described in Non-Patent Document 11, and examples of synthesis of perfluoropentacene are described.
An organic semiconductor material having a mobility exceeding that of pentacene is not known at present.

「アドバンスド・マテリアルズ」,2002年,第14巻,p.99“Advanced Materials”, 2002, Vol. 14, p. 99 ジミトラコポウラスら,「ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス」,1996年,第80巻,p.2501Jimitrakopouras et al., "Journal of Applied Physics", 1996, Vol. 80, p. 2501 クロークら,「IEEE・トランザクション・オン・エレクトロン・デバイシス」,1999年,第46巻,p.1258Croke et al., “IEEE Transactions on Electron Devices”, 1999, 46, p. 1258 ブラウンら,「ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス」,1996年,第79巻,p.2136Brown et al., “Journal of Applied Physics”, 1996, Vol. 79, p. 2136 高橋ら,「ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー」,2000年,第122巻,p.12876Takahashi et al., "Journal of American Chemical Society", 2000, Vol. 122, p. 12876 グラハムら,「ジャーナル・オブ・オーガニック・ケミストリー」,1995年,第60巻,p.5770Graham et al., “Journal of Organic Chemistry”, 1995, Volume 60, p. 5770 アンソニーら,「オーガニック・レターズ」,2000年,第2巻,p.85Anthony et al., “Organic Letters”, 2000, Volume 2, p. 85 ミラーら,「オーガニック・レターズ」,2000年,第2巻,p.3979Miller et al., “Organic Letters”, 2000, Volume 2, p. 3979 「アドバンスド・マテリアルズ」,2003年,第15巻,p.1090“Advanced Materials”, 2003, Vol. 15, p. 1090 「ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー」,2003年,第125巻,p.10190“Journal of American Chemical Society”, 2003, vol. 125, p. 10190 「ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサエティー」,2004年,第126巻,p.8138“Journal of American Chemical Society”, 2004, vol. 126, p. 8138

しかしながら、前述のような前駆体を利用してポリアセン化合物の薄膜を形成する方法は、前記前駆体をポリアセン化合物に変換するために高温処理が必要であるという問題点を有していた(例えば、ペンタセンの場合であれば150℃程度)。また、ポリアセン化合物への変換反応を完全に行うことが難しいため未反応部分が欠陥として残ったり、高温により変性が生じて欠陥となったりするという問題点も併せて有していた。   However, the method of forming a polyacene compound thin film using the precursor as described above has a problem that a high temperature treatment is required to convert the precursor into a polyacene compound (for example, In the case of pentacene, about 150 ° C.). Further, since it is difficult to completely carry out the conversion reaction to the polyacene compound, the unreacted portion remains as a defect, or a modification occurs due to a high temperature, resulting in a defect.

一方、前述の高橋らの報告等には、各種のポリアセン化合物に置換基を導入した誘導体が記載されているが、有機半導体材料としての特性や薄膜化に関しては記載されていない。また、2,3,9,10−テトラメチルペンタセンや2,3,9,10−テトラクロロペンタセンやパーフルオロペンタセンが合成されているが、それぞれの薄膜の移動度はペンタセンよりも劣っている。これらのペンタセン誘導体は一般の有機溶媒に対する溶解性が乏しく、特に2,3,9,10−テトラクロロペンタセンは高温下での薄膜形成過程において変性が生じるため、半導体としての性質を示さない。   On the other hand, Takahashi et al.'S report and the like describe derivatives in which substituents are introduced into various polyacene compounds, but do not describe characteristics or thinning as organic semiconductor materials. Further, 2,3,9,10-tetramethylpentacene, 2,3,9,10-tetrachloropentacene and perfluoropentacene are synthesized, but the mobility of each thin film is inferior to that of pentacene. These pentacene derivatives have poor solubility in general organic solvents, and in particular, 2,3,9,10-tetrachloropentacene does not show properties as a semiconductor because modification occurs in the process of forming a thin film at a high temperature.

そこで、本発明は、前述のような従来技術が有する問題点を解決し、高い移動度を発現し且つ耐酸化性及び溶媒に対する溶解性に優れる有機半導体材料及びその製造方法を提供することを課題とする。また、高い移動度を有する有機半導体薄膜、及び、電子特性の優れた有機半導体素子を提供することを併せて課題とする。   Therefore, the present invention solves the problems of the conventional techniques as described above, and provides an organic semiconductor material that exhibits high mobility and is excellent in oxidation resistance and solubility in a solvent, and a method for producing the same. And Another object is to provide an organic semiconductor thin film having high mobility and an organic semiconductor element having excellent electronic characteristics.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1のポリアセン化合物は、分子の長軸方向端部のアセン環に合計で1個以上4個以下の縮合環が備えられたポリアセン化合物であって、下記の化学式(I)で表されるような構造を有することを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the polyacene compound according to claim 1 of the present invention is a polyacene compound in which a total of 1 to 4 condensed rings are provided on the acene ring at the end of the long axis direction of the molecule. It has a structure represented by I).

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ただし、化学式(I)中のXはハロゲン基又は水素原子であり、mは1以上6以下の整数である。また、前記縮合環は、化学式(I)中のR,R,R,R,R,R,R,Rが結合したアセン環の炭素原子のうち隣接する2つが、化学式(II),(III ),又は(IV)のような連結基で連結されて形成されたものである。 However, X in chemical formula (I) is a halogen group or a hydrogen atom, and m is an integer of 1-6. In addition, the fused ring includes two adjacent carbon atoms of the acene ring to which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 in chemical formula (I) are bonded. , Formed by linking with a linking group such as chemical formula (II), (III), or (IV).

さらに、化学式(II)及び(IV)中のAは、アルキル基,アルケニル基,アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、エステル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルボキシル基、ホルミル基、水酸基、ハロゲン基、アミノ基、イミノ基、アミド基、シアノ基、シリル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、水素原子、又はこれらのうちの2以上の基を含む官能基である。さらに、化学式(II)中のEは、CH,C=O,O,NH,又はSであり、nは1以上5以下の整数である。さらに、化学式(III )中のE’はO又はSである。 Further, A in the chemical formulas (II) and (IV) represents an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyl group, an ester group, an alkyloxycarbonyl group. Group, aryloxycarbonyl group, carboxyl group, formyl group, hydroxyl group, halogen group, amino group, imino group, amide group, cyano group, silyl group, mercapto group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, hydrogen atom, or these It is a functional group containing two or more groups. Further, E in the chemical formula (II) is CH 2 , C═O, O, NH, or S, and n is an integer of 1 or more and 5 or less. Furthermore, E ′ in the chemical formula (III) is O or S.

また、本発明に係る請求項2のポリアセン化合物は、請求項1に記載のポリアセン化合物において、分子の長軸方向片端部のアセン環のみに前記縮合環が備えられていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項3のポリアセン化合物は、請求項1に記載のポリアセン化合物において、R,Rが結合したアセン環の炭素原子と、R,Rが結合したアセン環の炭素原子と、の少なくとも一方は、前記連結基で連結され前記縮合環を形成していることを特徴とする。
The polyacene compound according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in the polyacene compound according to claim 1, the condensed ring is provided only in the acene ring at one end in the longitudinal direction of the molecule.
Furthermore, the polyacene compound according to claim 3 of the present invention is the polyacene compound according to claim 1, wherein the carbon atom of the acene ring to which R 1 and R 2 are bonded and the acene ring to which R 5 and R 6 are bonded. At least one of the carbon atoms is connected with the linking group to form the condensed ring.

さらに、本発明に係る請求項4のポリアセン化合物は、請求項1に記載のポリアセン化合物において、R,Rが結合したアセン環の炭素原子と、R,Rが結合したアセン環の炭素原子と、の少なくとも一方は、前記連結基で連結され前記縮合環を形成していることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項5のポリアセン化合物は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物において、複数のXのうち偶数個がハロゲン基であり、そのうち少なくとも2個のハロゲン基が同一のアセン環に結合していることを特徴とする。
Furthermore, the polyacene compound according to claim 4 of the present invention is the polyacene compound according to claim 1, wherein the carbon atom of the acene ring to which R 2 and R 3 are bonded and the acene ring to which R 6 and R 7 are bonded At least one of the carbon atoms is connected with the linking group to form the condensed ring.
Furthermore, the polyacene compound according to claim 5 of the present invention is the polyacene compound according to any one of claims 1 to 4, wherein an even number of the plurality of Xs is a halogen group, and at least two halogen atoms are included. It is characterized in that the groups are bound to the same acene ring.

さらに、本発明に係る請求項6のポリアセン化合物は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物において、複数のXのうち2個がハロゲン基であり、これら2個のハロゲン基が同一のアセン環に結合していることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項7のポリアセン化合物は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物において、mが2又は3であることを特徴とする。
Furthermore, the polyacene compound according to claim 6 of the present invention is the polyacene compound according to any one of claims 1 to 4, wherein two of the plurality of Xs are halogen groups, and these two halogen groups Are bonded to the same acene ring.
Furthermore, the polyacene compound according to claim 7 of the present invention is characterized in that m is 2 or 3 in the polyacene compound according to any one of claims 1 to 4.

さらに、本発明に係る請求項8のポリアセン化合物は、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物において、mが1であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項9のポリアセン化合物の製造方法は、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物を製造する方法であって、下記の化学式(V)で表されるような構造を有するポリアセンキノン誘導体を還元して、下記の化学式(VI)で表されるような構造を有するヒドロキシポリアセン誘導体とし、さらにこのヒドロキシポリアセン誘導体をハロゲン化及び芳香化することを特徴とする。
Furthermore, the polyacene compound according to claim 8 of the present invention is characterized in that m is 1 in the polyacene compound according to any one of claims 1 to 4.
Furthermore, the manufacturing method of the polyacene compound of Claim 9 which concerns on this invention is a method of manufacturing the polyacene compound as described in any one of Claims 1-8, Comprising: It represents with following Chemical formula (V) A polyacene quinone derivative having such a structure is reduced to a hydroxy polyacene derivative having a structure represented by the following chemical formula (VI), and the hydroxy polyacene derivative is further halogenated and aromatized. .

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ただし、化学式(V)及び化学式(VI)中のXはハロゲン基又は水素原子であり、kは1以上の整数であり、k+lは1以上6以下の整数である。また、前記縮合環は、化学式(V)及び化学式(VI)中のR,R,R,R,R,R,R,Rが結合したアセン環の炭素原子のうち隣接する2つが、化学式(VII ),(VIII),又は(IX)のような連結基で連結されて形成されたものである。 However, X in chemical formula (V) and chemical formula (VI) is a halogen group or a hydrogen atom, k is an integer of 1 or more, and k + 1 is an integer of 1 or more and 6 or less. The condensed ring is composed of carbon atoms of the acene ring to which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 in chemical formula (V) and chemical formula (VI) are bonded. Two adjacent ones are formed by linking with a linking group such as chemical formula (VII), (VIII), or (IX).

さらに、化学式(VII )及び(IX)中のAは、アルキル基,アルケニル基,アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、エステル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルボキシル基、ホルミル基、水酸基、ハロゲン基、アミノ基、イミノ基、アミド基、シアノ基、シリル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、水素原子、又はこれらのうちの2以上の基を含む官能基である。さらに、化学式(VII )中のEは、CH,C=O,O,NH,又はSであり、nは1以上5以下の整数である。さらに、化学式(VIII)中のE’はO又はSである。 Further, A in the chemical formulas (VII) and (IX) represents an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, alkoxy group, aryloxy group, acyl group, ester group, alkyloxycarbonyl Group, aryloxycarbonyl group, carboxyl group, formyl group, hydroxyl group, halogen group, amino group, imino group, amide group, cyano group, silyl group, mercapto group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, hydrogen atom, or these It is a functional group containing two or more groups. Furthermore, E in the chemical formula (VII) is CH 2 , C═O, O, NH, or S, and n is an integer of 1 or more and 5 or less. Furthermore, E ′ in the chemical formula (VIII) is O or S.

さらに、本発明に係る請求項10の溶液は、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物を含有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項11のインクは、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物を含有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項12の有機半導体薄膜は、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物で構成され、結晶性を有することを特徴とする。
Furthermore, the solution of Claim 10 which concerns on this invention contains the polyacene compound as described in any one of Claims 1-8, It is characterized by the above-mentioned.
Furthermore, the ink of Claim 11 which concerns on this invention contains the polyacene compound as described in any one of Claims 1-8, It is characterized by the above-mentioned.
Furthermore, the organic-semiconductor thin film of Claim 12 which concerns on this invention is comprised with the polyacene compound as described in any one of Claims 1-8, and has crystallinity.

さらに、本発明に係る請求項13の有機半導体薄膜は、請求項12に記載の有機半導体薄膜において、基板上に形成された結晶性の有機半導体薄膜であって、前記ポリアセン化合物の分子の長軸が前記基板の表面に対して垂直方向に配向していることを特徴とする。 さらに、本発明に係る請求項14の有機半導体素子は、請求項12又は請求項13に記載の有機半導体薄膜で少なくとも一部を構成したことを特徴とする。   Furthermore, the organic semiconductor thin film of Claim 13 which concerns on this invention is a crystalline organic semiconductor thin film formed on the board | substrate in the organic semiconductor thin film of Claim 12, Comprising: The long axis of the molecule | numerator of the said polyacene compound Are oriented in a direction perpendicular to the surface of the substrate. Furthermore, an organic semiconductor element according to a fourteenth aspect of the present invention is characterized in that at least a part of the organic semiconductor thin film according to the twelfth or thirteenth aspect is constituted.

さらに、本発明に係る請求項15のトランジスタは、ゲート電極,誘電体層,ソース電極,ドレイン電極,及び半導体層を備えるトランジスタにおいて、前記半導体層を請求項12又は請求項13に記載の有機半導体薄膜で構成したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項16のディスプレイ装置は、多数の画素からなる画素面を備えるディスプレイ装置において、前記各画素は、請求項14に記載の有機半導体素子又は請求項15に記載のトランジスタを備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項17のディスプレイ装置は、請求項16に記載のディスプレイ装置において、前記有機半導体素子又は前記トランジスタが備える電極,誘電体層,及び半導体層を、請求項10に記載の溶液又は請求項11に記載のインクの印刷又は塗布によって形成したことを特徴とする。
Furthermore, the transistor of Claim 15 which concerns on this invention is a transistor provided with a gate electrode, a dielectric material layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer, The said semiconductor layer is the organic semiconductor of Claim 12 or Claim 13 It is characterized by comprising a thin film.
Furthermore, the display device of claim 16 according to the present invention is a display device comprising a pixel surface comprising a large number of pixels, wherein each pixel comprises the organic semiconductor element according to claim 14 or the transistor according to claim 15. It is characterized by providing.
Furthermore, the display device of claim 17 according to the present invention is the display device of claim 16, wherein the organic semiconductor element or the transistor includes an electrode, a dielectric layer, and a semiconductor layer. It is formed by printing or application | coating of the solution or the ink of Claim 11.

本発明のポリアセン化合物は、細長い形のポリアセン骨格の長軸方向の端部(一方又は両方の端部)のアセン環に合計で1個以上4個以下の縮合環を有し、且つ、側面部分にハロゲン基又は水素原子を有する構造である。本発明者らは、ポリアセン化合物の長軸方向の端部に縮合環(環状の官能基)を導入することによって、有機溶剤に対する溶解性が向上し、側面部分にハロゲン基を導入することによって、耐酸化性が向上すると考え、前記化学式(I)で表されるような構造を有する新規なポリアセン化合物を発明するに至った。   The polyacene compound of the present invention has a total of 1 or more and 4 or less fused rings in the acene ring at the end (one or both ends) in the long axis direction of the elongated polyacene skeleton, and the side surface portion Has a halogen group or a hydrogen atom. The inventors have improved the solubility in an organic solvent by introducing a condensed ring (cyclic functional group) at the end of the long axis direction of the polyacene compound, and by introducing a halogen group into the side portion, The inventors considered that the oxidation resistance is improved, and have invented a novel polyacene compound having a structure represented by the chemical formula (I).

そして、本発明のポリアセン化合物及びその薄膜は、従来の有機材料中で最も高い移動度を有するペンタセンと同程度又はそれを超える高い移動度を発現することを見出した。また、常温において溶媒に対する溶解性が乏しいペンタセンと比べて、本発明のポリアセン化合物は溶解性が優れていること、及び、耐酸化性が優れていることを見出した。さらに、本発明のポリアセン化合物の薄膜を用いた有機半導体素子は、優れた電子特性を示すことを見出した。   And it discovered that the polyacene compound of this invention and its thin film expressed the high mobility which is comparable to or exceeds the pentacene which has the highest mobility in the conventional organic material. Moreover, it discovered that the polyacene compound of this invention was excellent in solubility, and oxidation resistance compared with the pentacene which is poor in the solubility with respect to a solvent at normal temperature. Furthermore, it discovered that the organic-semiconductor element using the thin film of the polyacene compound of this invention showed the outstanding electronic characteristic.

本発明のポリアセン化合物は、高い移動度を発現するとともに、溶媒に対する溶解性及び耐酸化性に優れる。また、本発明の有機半導体薄膜は高い移動度を有している。さらに、本発明の有機半導体素子は優れた電子特性を有している。
さらに、本発明のポリアセン化合物の製造方法は、前述のようなポリアセン化合物を容易に製造することができる。
The polyacene compound of the present invention exhibits high mobility and is excellent in solubility in solvents and oxidation resistance. The organic semiconductor thin film of the present invention has high mobility. Furthermore, the organic semiconductor element of the present invention has excellent electronic properties.
Furthermore, the method for producing a polyacene compound of the present invention can easily produce the polyacene compound as described above.

本発明のポリアセン化合物は、前述の化学式(I)に示すような構造の化合物であり、分子の長軸方向端部のアセン環に合計で1個以上4個以下の縮合環が備えられたポリアセン化合物である。縮合環の数が複数である場合は、それらは同種の縮合環であってもよいし、一部又は全部が異種の縮合環であってもよい。
このようなポリアセン化合物は、長軸方向の端部に縮合環(環状の官能基)を備えているので、有機溶剤に対する溶解性が優れている。環状の官能基は、鎖状の官能基に比べて立体的な影響が少ないという点で好ましく、特に化学式(II)中のnが1又は2(すなわち縮合環が5員環又は6員環)である場合は、縮合環の形成する平面がアセン環の形成する平面とほぼ同一平面となるという点で好ましい。
The polyacene compound of the present invention is a compound having a structure as shown in the aforementioned chemical formula (I), and a polyacene having a total of 1 to 4 condensed rings on the acene ring at the end of the molecule in the long axis direction. A compound. When there are a plurality of condensed rings, they may be the same kind of condensed rings, or part or all of them may be heterogeneous condensed rings.
Since such a polyacene compound has a condensed ring (cyclic functional group) at the end in the major axis direction, the solubility in organic solvents is excellent. The cyclic functional group is preferable in that it has less steric influence than the chain functional group, and in particular, n in the chemical formula (II) is 1 or 2 (that is, the condensed ring is a 5-membered or 6-membered ring). Is preferable in that the plane formed by the condensed ring is substantially the same plane as the plane formed by the acene ring.

なお、R,R,R,R,R,R,R,Rが結合したアセン環の炭素原子のうち、縮合環を形成していないもの(すなわち、前記連結基が連結されていないもの)には、水素原子が結合していてもよいし、化学式(II)中のAと同様の官能基が結合していてもよい。つまり、R,R,R,R,R,R,R,Rのうち環状の官能基以外のものは、水素原子又は化学式(II)中のAと同様の官能基である。 Of the carbon atoms of the acene ring to which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 are bonded, those not forming a condensed ring (that is, the linking group) May be bonded to a hydrogen atom, or may be bonded to the same functional group as A in chemical formula (II). That is, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 other than the cyclic functional group are the same as the hydrogen atom or the same function as A in the chemical formula (II). It is a group.

以下に、本発明のポリアセン化合物について、さらに詳細に説明する。化学式(II)中のEは、CH,C=O,O,NH,又はSであるが、アセン環に結合しており、Eの非共有電子対がアセン環のπ共役系を拡張して分子間の軌道重なりを大きくすることが見込まれる。したがって、Eは、基底状態で非共有電子対を2組有するO又はSがより好ましい。 Below, the polyacene compound of this invention is demonstrated in detail. E in chemical formula (II) is CH 2 , C═O, O, NH, or S, but is bonded to the acene ring, and the unshared electron pair of E extends the π-conjugated system of the acene ring. It is expected to increase the orbital overlap between molecules. Therefore, E is more preferably O or S having two sets of unshared electron pairs in the ground state.

また、化学式(II)中のAは、アルキル基,アルケニル基,アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、エステル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルボキシル基、ホルミル基、水酸基、ハロゲン基、アミノ基、イミノ基、アミド基、シアノ基、シリル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、水素原子、又はこれらのうちの2以上の基を含む官能基である。   A in chemical formula (II) is an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, alkoxy group, aryloxy group, acyl group, ester group, alkyloxycarbonyl group, aryloxy group. Carbonyl group, carboxyl group, formyl group, hydroxyl group, halogen group, amino group, imino group, amide group, cyano group, silyl group, mercapto group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, hydrogen atom, or two of these It is a functional group containing the above groups.

これらの中では、アルキル基,アルケニル基,アルキニル基等の脂肪族炭化水素基が好ましく、溶媒への溶解性及び結晶性を勘案すると、その炭素数は1〜15個が好ましい。そして、溶媒に対する高溶解性を有するためには、炭素数は2〜15個がより好ましく、高溶解性と高結晶性の両方を有するためには、炭素数は2〜6個であることが特に好ましい。また、脂肪族炭化水素基は直鎖状や分岐状でもよいし、環状構造でもよい。   In these, aliphatic hydrocarbon groups, such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, are preferable, and when the solubility to a solvent and crystallinity are considered, the carbon number has 1-15 preferable. And in order to have high solubility with respect to a solvent, 2-15 carbon atoms are more preferable, and in order to have both high solubility and high crystallinity, it is 2-6 carbon atoms. Particularly preferred. The aliphatic hydrocarbon group may be linear or branched, or may have a cyclic structure.

アルキル基の例としては、メチル基,エチル基,n−プロピル基,n−ブチル基,t−ブチル基,n−ヘキシル基,ドデカニル基,トリフルオロメチル基,ベンジル基等があげられる。また、アルケニル基の例としてはメタクリル基やアクリル基があげられ、アルキニル基の例としてはエチニル基やプロパギル基があげられる。なお、アルケニル基及びアルキニル基においては、二重結合及び三重結合は官能基中のどの位置にあっても差し支えない。二重結合及び三重結合は、官能基の構造を強固とする目的、不飽和結合基を用いてさらに他の分子と反応させる目的、あるいは不飽和結合基同士を反応(結合)又は重合させる目的で利用することができる。   Examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, t-butyl group, n-hexyl group, dodecanyl group, trifluoromethyl group, benzyl group and the like. Examples of alkenyl groups include methacryl and acryl groups, and examples of alkynyl groups include ethynyl and propargyl groups. In the alkenyl group and alkynyl group, the double bond and triple bond may be located at any position in the functional group. Double bonds and triple bonds are for the purpose of strengthening the structure of functional groups, for the purpose of reacting with other molecules using unsaturated bond groups, or for the purpose of reacting (bonding) or polymerizing unsaturated bond groups. Can be used.

脂肪族炭化水素基以外の官能基においても、その炭素数は前述した脂肪族炭化水素基の場合と同様に、1以上15以下であることが好ましく、2以上15以下であることがより好ましく、2以上6以下であることが特に好ましい。アリールオキシ基の例としては、フェノキシ基,ナフトキシ基,フェニルフェノキシ基,4−メチルフェノキシ基があげられ、アルコキシ基の例としては、メトキシ基,エトキシ基,2−メトキシエトキシ基,t−ブトキシ基があげられる。アシル基の例としては、ホルミル基,アセチル基,2−メチルプロパノイル基,シクロヘキシルカルボニル基,オクタノイル基,2−ヘキシルデカノイル基,ドデカノイル基,クロロアセチル基,トリフルオロアセチル基,ベンゾイル基があげられる。アリールオキシカルボニル基の例としては、フェノキシカルボニル基,4−オクチルオキシフェノキシカルボニル基,2−ヒドロキシメチルフェノキシカルボニル基,4−ドデシルオキシフェノキシカルボニル基があげられる。   In the functional group other than the aliphatic hydrocarbon group, the carbon number is preferably 1 or more and 15 or less, more preferably 2 or more and 15 or less, as in the case of the aliphatic hydrocarbon group described above. 2 or more and 6 or less is particularly preferable. Examples of the aryloxy group include a phenoxy group, a naphthoxy group, a phenylphenoxy group, and a 4-methylphenoxy group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a 2-methoxyethoxy group, and a t-butoxy group. Can be given. Examples of acyl groups include formyl, acetyl, 2-methylpropanoyl, cyclohexylcarbonyl, octanoyl, 2-hexyldecanoyl, dodecanoyl, chloroacetyl, trifluoroacetyl, and benzoyl. It is done. Examples of the aryloxycarbonyl group include phenoxycarbonyl group, 4-octyloxyphenoxycarbonyl group, 2-hydroxymethylphenoxycarbonyl group, and 4-dodecyloxyphenoxycarbonyl group.

また、アミノ基の例としては、アミノ基,ジメチルアミノ基,メチルアミノ基,メチルフェニルアミノ基,フェニルアミノ基があげられる。スルフィド基,ジスルフィド基の例としては、“−S−”や“−S−S−”の部分構造を有する基のすべてがあげられるが、環状構造を有していてもよく、その具体例としてはチオラン環、1,3−ジチオラン環、1,2−ジチオラン環、チアン環、ジチアン環、チオモルホリン環等を含む基があげられる。このような環状構造は、鎖状構造に比べて立体的な影響が少ないという点で好ましい。   Examples of the amino group include an amino group, a dimethylamino group, a methylamino group, a methylphenylamino group, and a phenylamino group. Examples of the sulfide group and disulfide group include all groups having a partial structure of “—S—” or “—S—S—”, but may have a cyclic structure. Includes groups containing a thiolane ring, a 1,3-dithiolane ring, a 1,2-dithiolane ring, a thiane ring, a dithiane ring, a thiomorpholine ring, and the like. Such a cyclic structure is preferable in that it has less steric influence than a chain structure.

さらに、シリル基の例としては、トリメチルシリル基,ジメチルフェニルシロキシ基,ジフェニルメチルシロキシ基があげられる。スルホニル基の例としては、メチルスルホニル基,n−ブチルスルホニル基,n−オクチルスルホニル基,n−ブチルスルホニル基,フェニルスルホニル基があげられる。
また、化学式(III) の酸無水物構造や化学式(IV)のイミド構造も、ポリアセン化合物の耐酸化性の向上や、n型半導体の特性を示すことが見込める点で好ましい。
Furthermore, examples of the silyl group include a trimethylsilyl group, a dimethylphenylsiloxy group, and a diphenylmethylsiloxy group. Examples of the sulfonyl group include a methylsulfonyl group, an n-butylsulfonyl group, an n-octylsulfonyl group, an n-butylsulfonyl group, and a phenylsulfonyl group.
In addition, an acid anhydride structure represented by the chemical formula (III) and an imide structure represented by the chemical formula (IV) are also preferable from the viewpoint of improving the oxidation resistance of the polyacene compound and exhibiting the characteristics of the n-type semiconductor.

ポリアセン骨格の長軸方向の端部及び側面部分の両方に官能基を有するペンタセン化合物は、分子同士のスタッキング時に官能基が障害(立体障害)となる場合があるため、分子間の共役面の重なりが阻害されることがある。したがって、端部の官能基(縮合環)の数は少ない方が好ましく、特に片側の端部のみに官能基(縮合環)を有する場合は、分子同士がスタッキングする際に官能基を有する端部が交互に反対向きになるように配列できるという点で好ましい。また、片側の端部のみに官能基(縮合環)を有する場合には、分子の長軸方向に極性が生じるため、溶媒への溶解性が向上するという点でも好ましい。   Pentacene compounds that have functional groups on both the long-axis end and side of the polyacene skeleton may interfere with each other (steric hindrance) when stacking molecules, so the conjugation plane overlaps between molecules. May be inhibited. Therefore, it is preferable that the number of functional groups (condensed rings) at the end is smaller. Particularly when the functional group (condensed ring) is present only at one end, the end having the functional group when molecules are stacked together. Are preferable in that they can be arranged in opposite directions. In addition, when a functional group (condensed ring) is present only at one end, polarity is generated in the major axis direction of the molecule, which is preferable in terms of improving solubility in a solvent.

また、ポリアセン骨格の長軸方向の側面部分に結合した複数のXは、ハロゲン基又は水素原子である。複数のXのうち一部がハロゲン基で、他の全てが水素原子でもよいし、一部が水素原子で、他の全てがハロゲン基でもよい。また、複数のXの全てがハロゲン基でもよいし、全てが水素原子でもよい。
なお、複数のXのうち偶数個がハロゲン基であり、これらのうち2個のハロゲン基が同一のアセン環に結合しているポリアセン化合物は、同一アセン環内にカルボニル基を2つ有するポリアセンキノン(ポリアセン化合物を合成する場合の前駆体となる)の合成が容易であること、及び、分子同士がスタッキングする際にハロゲン基同士の立体障害が少ないという点から好ましい。さらに、側面部分のハロゲン基は、ポリアセン化合物の耐酸化性向上に寄与するが、ハロゲン基の中でもファンデルワールス半径の最も小さいフッ素原子がより好ましい。
A plurality of X bonded to the side surface portion in the major axis direction of the polyacene skeleton is a halogen group or a hydrogen atom. A part of the plurality of X may be a halogen group and all the others may be a hydrogen atom, a part may be a hydrogen atom, and all the others may be a halogen group. Further, all of the plurality of Xs may be halogen groups, or all may be hydrogen atoms.
The polyacene compound in which an even number of a plurality of X is a halogen group, and two of these halogen groups are bonded to the same acene ring is a polyacene quinone having two carbonyl groups in the same acene ring. It is preferable from the viewpoint that synthesis of (which becomes a precursor in the case of synthesizing a polyacene compound) is easy and that there is little steric hindrance between halogen groups when molecules are stacked. Furthermore, the halogen group in the side surface portion contributes to the improvement of the oxidation resistance of the polyacene compound, but among the halogen groups, a fluorine atom having the smallest van der Waals radius is more preferable.

また、ポリアセン骨格の縮環数に関しては、前述の化学式(I)中のmが2又は3であることが好ましい。一般に、縮環数が増えていくと有機溶剤への溶解性は低下し、酸素への反応性の向上、つまり耐酸化性が低下する。一方で、縮環数が増加するに従い、HOMO−LUMOギャップが減少することから高い移動度の発現が見込まれる。これら溶解性,安定性,及び半導体特性を勘案すると、mが2(すなわち縮環数が5)のペンタセンと、mが3(すなわち縮環数が6)のヘキサセンが好ましい。また、有機溶剤への溶解性及び酸素に対する高い安定性から、mが1(すなわち縮環数が4)のテトラセンも好ましい。   In addition, regarding the number of condensed rings of the polyacene skeleton, m in the above-described chemical formula (I) is preferably 2 or 3. In general, as the number of condensed rings increases, the solubility in organic solvents decreases and the reactivity to oxygen, that is, the oxidation resistance decreases. On the other hand, as the number of condensed rings increases, the HOMO-LUMO gap decreases, so that high mobility is expected. Considering these solubility, stability and semiconductor characteristics, pentacene where m is 2 (that is, the number of condensed rings is 5) and hexacene where m is 3 (that is, where the number of condensed rings is 6) are preferable. Further, tetracene where m is 1 (that is, the number of condensed rings is 4) is preferable from the viewpoint of solubility in organic solvents and high stability to oxygen.

次に、本発明のポリアセン化合物の合成方法について説明する。本発明におけるポリアセン化合物の合成方法は、おおよそ2つに分類することができる。
(1)ヒドロキシポリアセン誘導体のヒドロキシル基をハロゲン基に変換する方法
(2)ポリアセンキノン誘導体のカルボニル基を還元して、直接的にポリアセン化合物に変換する方法
Next, a method for synthesizing the polyacene compound of the present invention will be described. The synthesis method of the polyacene compound in the present invention can be roughly classified into two.
(1) Method of converting hydroxyl group of hydroxypolyacene derivative to halogen group (2) Method of converting carbonyl group of polyacenequinone derivative directly to polyacene compound

この(1)の方法で得られるハロゲン置換ポリアセン化合物は、ポリアセン化合物に対応する化学構造を有するポリアセンキノン化合物を原料として、2段階で合成することができる。なお、ポリアセンキノン化合物は、ポリアセン化合物に対応する化学構造を有しているので、六員環の数や備えている官能基の種類、数、置換位置はポリアセン化合物と同一であるが、ポリアセンキノン化合物はカルボニル基を有しているから、環構造はポリアセン構造となっていない。   The halogen-substituted polyacene compound obtained by the method (1) can be synthesized in two stages using a polyacene quinone compound having a chemical structure corresponding to the polyacene compound as a raw material. In addition, since the polyacene quinone compound has a chemical structure corresponding to the polyacene compound, the number of six-membered rings, the types of functional groups provided, the number, and the substitution position are the same as those of the polyacene compound. Since the compound has a carbonyl group, the ring structure is not a polyacene structure.

まず1段目は、ポリアセンキノン化合物のカルボニル基を水素化リチウムアルミニウム等の水素化金属塩(還元剤)でヒドロキシル基に還元する。得られた還元体(ヒドロキシポリアセン誘導体)をジメチルスルフィド存在下においてN−クロロスクシンイミド等のハロゲン化剤と反応させると、ハロゲン置換と芳香化が連続して進行し、ハロゲン置換ポリアセン誘導体を得ることができる。   First, the carbonyl group of the polyacene quinone compound is reduced to a hydroxyl group with a metal hydride salt (reducing agent) such as lithium aluminum hydride. When the obtained reduced product (hydroxypolyacene derivative) is reacted with a halogenating agent such as N-chlorosuccinimide in the presence of dimethyl sulfide, halogen substitution and aromatization proceed continuously to obtain a halogen-substituted polyacene derivative. it can.

つまり、ポリアセンキノン化合物のカルボニル炭素にハロゲン基が導入されて、ハロゲン置換ポリアセン誘導体になる。キノン部位は1つでも複数でもよく、複数のキノン部位を有するポリアセンキノン化合物から多ハロゲン置換ポリアセン誘導体を得ることができる。なお、ヒドロキシポリアセン誘導体は、ポリアセン化合物に対応する化学構造を有していて、六員環の数や備えている官能基の種類、数、置換位置はポリアセン化合物と同一であるが、ヒドロキシポリアセン誘導体は水酸基及び水素原子と結合している炭素原子を有しているから、環構造はポリアセン構造とはなっていない。   That is, a halogen group is introduced into the carbonyl carbon of the polyacene quinone compound to become a halogen-substituted polyacene derivative. One or a plurality of quinone moieties may be used, and a polyhalogen-substituted polyacene derivative can be obtained from a polyacenequinone compound having a plurality of quinone moieties. The hydroxy polyacene derivative has a chemical structure corresponding to that of the polyacene compound, and the number of six-membered rings and the type, number, and substitution position of the functional group provided are the same as those of the polyacene compound. Has a carbon atom bonded to a hydroxyl group and a hydrogen atom, the ring structure is not a polyacene structure.

例えば6,13−ジハロゲン化ペンタセン誘導体は、6,13−ペンタセンキノン誘導体から2段階で合成することができる。長軸方向両端部のアセン環に官能基を有する6,13−ペンタセンキノン誘導体は、フタルアルデヒド誘導体とシクロヘキサン−1,4−ジオンとの環化縮合反応によって容易に得られる。一方、長軸方向片端部のアセン環のみに官能基を有する6,13−ペンタセンキノン誘導体は、フタルアルデヒド誘導体と1,4−ジヒドロキシアントラセンとの環化縮合反応によって容易に得られる。フタルアルデヒド誘導体に関しても、例えば4,5−(メチレンジオキシ)−1,2−ベンズジアルデヒドや3,4−(メチレンジオキシ)−1,2−ベンズジアルデヒドは、既知法又はその類似法により容易に合成可能である。   For example, a 6,13-dihalogenated pentacene derivative can be synthesized in two steps from a 6,13-pentacenequinone derivative. A 6,13-pentacenequinone derivative having a functional group on the acene ring at both ends in the long axis direction can be easily obtained by a cyclocondensation reaction between a phthalaldehyde derivative and cyclohexane-1,4-dione. On the other hand, a 6,13-pentacenequinone derivative having a functional group only in the acene ring at one end portion in the long axis direction can be easily obtained by a cyclocondensation reaction between a phthalaldehyde derivative and 1,4-dihydroxyanthracene. Regarding phthalaldehyde derivatives, for example, 4,5- (methylenedioxy) -1,2-benzdialdehyde and 3,4- (methylenedioxy) -1,2-benzdialdehyde are known methods or similar methods. Can be easily synthesized.

長軸方向両端部のアセン環又は長軸方向片端部のアセン環が環状の官能基で置換された6,13−ペンタセンキノン誘導体は、上記の還元反応とハロゲン化−芳香化反応とにより、両端部又は片端部に官能基を有する6,13−ジハロゲン化ペンタセン誘導体に変換することができる。本発明のポリアセン化合物は、上記のような合成方法と同様の方法で合成することが可能であり、所望の多ハロゲン化ポリアセン化合物を効率良く得ることができる。   The 6,13-pentacenequinone derivative in which the acene ring at both ends in the long axis direction or the acene ring at one end in the long axis direction is substituted with a cyclic functional group is obtained by the above reduction reaction and halogenation-aromatization reaction. It can be converted into a 6,13-dihalogenated pentacene derivative having a functional group at one part or one end. The polyacene compound of the present invention can be synthesized by a method similar to the synthesis method described above, and a desired polyhalogenated polyacene compound can be obtained efficiently.

また、前述の(2)の方法のように、ポリアセンキノン化合物のキノン部位に対してアルミニウムトリアルコキシド等を用いる還元反応を行うと、直接的にポリアセン誘導体へ変換することもできる。
本発明のポリアセン化合物は、上記のような方法で合成した後に、昇華,再結晶等の通常の精製法により精製し、高純度化することができる。
Moreover, when the reduction reaction using an aluminum trialkoxide etc. is performed with respect to the quinone part of a polyacene quinone compound like the method of above-mentioned (2), it can also convert into a polyacene derivative directly.
The polyacene compound of the present invention can be purified by a conventional purification method such as sublimation and recrystallization after being synthesized by the above-described method, and can be highly purified.

本発明のポリアセン化合物は結晶性を有し、この結晶構造はヘリンボン型で、分子が配列した構造を示す。このヘリンボン構造の結晶構造においては、細長い分子が矢筈状にスタックされた格子構造をとる。これら結晶構造は、前述のように精製し、高純度化した結晶を用いて、X線回折により構造決定することができる。
また、本発明のポリアセン化合物は、無置換のポリアセン化合物と同様に斜方晶系構造又は立方晶系構造を示す。ここで、結晶の格子定数a,b,cが決定でき、このc軸格子定数は細長い分子の分子長が配列した格子ユニット長さに対応し、a軸及びb軸格子定数は分子の共役面がスタックした分子カラム面内の格子ユニットの大きさに対応する。
The polyacene compound of the present invention has crystallinity, and this crystal structure is a herringbone type and shows a structure in which molecules are arranged. This herringbone crystal structure has a lattice structure in which elongated molecules are stacked in an arrowhead shape. These crystal structures can be determined by X-ray diffraction using crystals purified and purified as described above.
In addition, the polyacene compound of the present invention exhibits an orthorhombic structure or a cubic structure similarly to the unsubstituted polyacene compound. Here, the lattice constants a, b, and c of the crystal can be determined. The c-axis lattice constant corresponds to the lattice unit length in which the molecular lengths of the elongated molecules are arranged, and the a-axis and b-axis lattice constants are the conjugate planes of the molecules. Corresponds to the size of the lattice unit in the surface of the stacked molecular column.

さらに、本発明のポリアセン化合物は、分子の共役面がスタックした面の分子間距離(a軸及びb軸格子定数に対応する)が、無置換のポリアセン化合物と比較して同等又は縮小した構造を示す。このことは分子間のπ電子の重なりが大きく、キャリアが容易に分子間を移動できることにつながり、高い移動度を示す原因と考えられる。また。c軸格子定数はポリアセン化合物の長軸方向の分子長に対応して変化し、ほぼ分子長と同等又は若干小さい値を示す。   Furthermore, the polyacene compound of the present invention has a structure in which the intermolecular distance (corresponding to the a-axis and b-axis lattice constants) where the conjugated surfaces of the molecules are stacked is equivalent or reduced as compared with the unsubstituted polyacene compound. Show. This is because the overlap of π electrons between the molecules is large, and the carriers can easily move between the molecules, which is considered to be a cause of high mobility. Also. The c-axis lattice constant changes corresponding to the molecular length in the major axis direction of the polyacene compound, and is almost equal to or slightly smaller than the molecular length.

さらに、本発明のポリアセン化合物は、分子構造中にハロゲン元素を有しているため、ハロゲン元素を有していないものと比べて耐酸化性が優れている。これは、ハロゲン元素の導入により分子のイオン化ポテンシャルが増加し、酸素等の酸化剤に対する反応性が低下したためである。また、ハロゲン元素の導入により電子受容性分子との電荷移動も抑制されるので、半導体のキャリア濃度変動安定性にもつながる。さらに、本発明のポリアセン化合物で電界効果トランジスタを製造した場合には、ゲート電圧に対してドレイン電流の変化が大きくなり、高いon/off電流比が得られる。   Furthermore, since the polyacene compound of the present invention has a halogen element in the molecular structure, the oxidation resistance is superior to those having no halogen element. This is because the introduction of a halogen element increases the ionization potential of the molecule and decreases the reactivity with oxidizing agents such as oxygen. In addition, introduction of a halogen element also suppresses charge transfer with the electron-accepting molecule, which leads to stability of fluctuation in carrier concentration of the semiconductor. Furthermore, when a field effect transistor is manufactured using the polyacene compound of the present invention, the change in drain current increases with respect to the gate voltage, and a high on / off current ratio is obtained.

次に、本発明の有機半導体薄膜について説明する。
本発明の有機半導体薄膜の形成方法としては、公知の方法を採用することが可能であり、例えば、真空蒸着,MBE法(Molecular Beam Epitaxy),スパッタリング法,レーザー蒸着法,気相輸送成長法等があげられる。そして、このような方法により、基板表面に薄膜を形成することができる。
Next, the organic semiconductor thin film of the present invention will be described.
As a method for forming the organic semiconductor thin film of the present invention, a known method can be employed. For example, vacuum deposition, MBE (Molecular Beam Epitaxy), sputtering, laser deposition, vapor phase transport growth, etc. Can be given. And by such a method, a thin film can be formed on the substrate surface.

本発明で用いるポリアセン化合物は昇華性を示すので、前述の方法で薄膜を形成することが可能である。MBE法,真空蒸着法,及び気相輸送成長法は、ポリアセン化合物を加熱して昇華した蒸気を、高真空,真空,低真空又は常圧で基板表面に輸送して薄膜を形成するものである。また、スパッタリング法は、ポリアセン化合物をプラズマ中でイオン化させて、ポリアセン化合物の分子を基板上に堆積して薄膜を形成する方法である。また、レーザー蒸着法は、レーザー照射によりポリアセン化合物を加熱して蒸気を生成させ、ポリアセン化合物の分子を基板上に堆積して薄膜を形成する方法である。前述の製法のうちMBE法,真空蒸着法,及び気相輸送成長法は、生成する薄膜の平坦性及び結晶性に優れるので好ましい。   Since the polyacene compound used in the present invention exhibits sublimation properties, it is possible to form a thin film by the method described above. In the MBE method, the vacuum deposition method, and the vapor transport growth method, a vapor obtained by heating a polyacene compound and sublimating it is transported to the substrate surface at high vacuum, vacuum, low vacuum, or normal pressure to form a thin film. . The sputtering method is a method of forming a thin film by ionizing a polyacene compound in plasma and depositing molecules of the polyacene compound on a substrate. The laser vapor deposition method is a method of forming a thin film by heating a polyacene compound by laser irradiation to generate vapor and depositing polyacene compound molecules on a substrate. Among the above-mentioned production methods, the MBE method, the vacuum evaporation method, and the vapor transport growth method are preferable because they are excellent in flatness and crystallinity of a thin film to be formed.

MBE法や真空蒸着法における薄膜作製条件としては、例えば、基板温度は室温以上100℃以下とすることが好ましい。基板温度が低温であるとアモルファス状の薄膜が形成されやすく、また、100℃を超えると薄膜の表面平滑性が低下する。また、気相輸送成長法の場合は、基板温度は室温以上200℃以下とすることが好ましい。
また、本発明のポリアセン化合物は、薄膜成長速度が高い場合でも結晶性の良好な薄膜を形成しやすく、高速成膜が可能である。成長速度は、0.1nm/min以上1μm/sec以下の範囲とすることが好ましい。0.1nm/min未満では結晶性が低下しやすく、1μm/secを超えると薄膜の表面平滑性が低下する。
As a thin film production condition in the MBE method or the vacuum vapor deposition method, for example, the substrate temperature is preferably set to room temperature to 100 ° C. When the substrate temperature is low, an amorphous thin film is likely to be formed, and when the substrate temperature exceeds 100 ° C., the surface smoothness of the thin film decreases. In the case of the vapor transport growth method, the substrate temperature is preferably room temperature or higher and 200 ° C. or lower.
In addition, the polyacene compound of the present invention can easily form a thin film with good crystallinity even when the thin film growth rate is high, and high-speed film formation is possible. The growth rate is preferably in the range of 0.1 nm / min to 1 μm / sec. If it is less than 0.1 nm / min, the crystallinity tends to decrease, and if it exceeds 1 μm / sec, the surface smoothness of the thin film decreases.

また、本発明の有機半導体薄膜は、ウェットプロセスで形成することも可能である。従来公知の無置換ポリアセン化合物は一般の溶媒に室温では難溶であり、溶液化と溶液の塗布による薄膜形成とが困難であったが、本発明のポリアセン化合物は、官能基の導入により溶媒に対する溶解性が無置換ポリアセン化合物と比べて同等又は高いので、溶液化と溶液の塗布による薄膜形成とが可能である。   In addition, the organic semiconductor thin film of the present invention can be formed by a wet process. Conventionally known unsubstituted polyacene compounds are hardly soluble in ordinary solvents at room temperature, and it has been difficult to form a thin film by applying a solution and applying a solution. However, the polyacene compound of the present invention can be added to a solvent by introducing a functional group. Since the solubility is equal to or higher than that of the unsubstituted polyacene compound, it is possible to form a solution and form a thin film by applying the solution.

本発明の有機半導体薄膜は、本発明のポリアセン化合物の溶液を基板等のベース上に被覆した上、加熱等の方法により前記溶媒を気化させることにより得ることができる。前記溶液をベース上に被覆する方法としては、塗布,噴霧の他、ベースを前記溶液に接触させる方法等があげられる。具体的には、スピンコート,ディップコート,スクリーン印刷,インクジェット印刷,ブレード塗布,印刷(平版印刷,凹版印刷,凸版印刷等)等の公知の方法があげられる。これらの印刷方法には、本発明のポリアセン化合物の溶液に粘度等を調節するための添加物を加えたインクを用いることができる。
このような操作は、通常の大気下又は窒素,アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことができる。ただし、一部のポリアセン化合物の溶液は酸化されやすい場合もあるため、溶液の作製,保存及び有機半導体薄膜の作製は、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
The organic semiconductor thin film of the present invention can be obtained by coating the solution of the polyacene compound of the present invention on a base such as a substrate and evaporating the solvent by a method such as heating. Examples of a method of coating the solution on the base include a method of bringing the base into contact with the solution in addition to coating and spraying. Specific examples include known methods such as spin coating, dip coating, screen printing, ink jet printing, blade coating, printing (lithographic printing, intaglio printing, letterpress printing, etc.). In these printing methods, an ink obtained by adding an additive for adjusting viscosity or the like to the solution of the polyacene compound of the present invention can be used.
Such an operation can be performed in a normal atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. However, since some polyacene compound solutions may be easily oxidized, preparation and storage of the solution and preparation of the organic semiconductor thin film are preferably performed in an inert gas atmosphere.

また、溶媒を気化させる際には、ベース付近の温度や雰囲気の溶媒蒸気圧により気液界面の溶媒気化速度を調節することによって、結晶成長を制御することができる。さらに、ポリアセン化合物の溶液にベースを接触させて、過飽和状態でベースの表面に有機半導体薄膜を形成させることも可能である。さらに、所望により、ポリアセン化合物の溶液とベースとの界面に、温度勾配,電場,磁場の少なくとも1つを印加して、結晶成長を制御することができる。これらの方法により高結晶性の有機半導体薄膜を製造することが可能であり、得られた有機半導体薄膜は高結晶性であることから半導体特性が優れている。   Further, when the solvent is vaporized, crystal growth can be controlled by adjusting the solvent vaporization rate at the gas-liquid interface according to the temperature near the base and the solvent vapor pressure of the atmosphere. Furthermore, it is also possible to form an organic semiconductor thin film on the surface of the base in a supersaturated state by bringing the base into contact with a solution of a polyacene compound. Furthermore, if desired, crystal growth can be controlled by applying at least one of a temperature gradient, an electric field, and a magnetic field to the interface between the polyacene compound solution and the base. By these methods, a highly crystalline organic semiconductor thin film can be produced, and the obtained organic semiconductor thin film has high crystallinity and thus has excellent semiconductor characteristics.

さらに、有機半導体薄膜の安定性,半導体特性の点から、有機半導体薄膜中に残存する溶媒の量は低いことが好ましい。よって、通常は、有機半導体薄膜を形成した後に再度加熱処理及び/又は減圧処理を施して、有機半導体薄膜中に残存する溶媒をほぼ完全に除去することが好ましい。
このように、ドライプロセス又はウェットプロセスによりポリアセン化合物からなる有機半導体薄膜が形成できる。
Furthermore, the amount of the solvent remaining in the organic semiconductor thin film is preferably low from the viewpoint of the stability and semiconductor characteristics of the organic semiconductor thin film. Therefore, it is usually preferable to remove the solvent remaining in the organic semiconductor thin film almost completely by performing a heat treatment and / or a reduced pressure treatment again after forming the organic semiconductor thin film.
Thus, an organic semiconductor thin film made of a polyacene compound can be formed by a dry process or a wet process.

前述したように、本発明のポリアセン化合物は、結晶性及び半導体特性に優れた薄膜を形成することができる。また、本発明の有機半導体薄膜においては、ポリアセン化合物は、分子の長軸をベース面に対して垂直にして配向している。このことは、ポリアセン化合物の分子の分子凝集力が強く、分子面同士でスタックした分子カラムを形成しやすいためであると考えられる。したがって、有機半導体薄膜のX線回折パターンは、結晶の(00n)面強度が強く現れやすい。この面間距離は、結晶のc軸格子定数にあたる。   As described above, the polyacene compound of the present invention can form a thin film having excellent crystallinity and semiconductor characteristics. In the organic semiconductor thin film of the present invention, the polyacene compound is oriented with the long axis of the molecule perpendicular to the base surface. This is considered to be because the molecular cohesion of the molecules of the polyacene compound is strong, and it is easy to form a molecular column stacked on the molecular surfaces. Therefore, the X-ray diffraction pattern of the organic semiconductor thin film tends to appear with strong (00n) plane strength of the crystal. This inter-plane distance corresponds to the c-axis lattice constant of the crystal.

また、本発明のポリアセン化合物は、その結晶の結晶軸のa軸方向及び/又はb軸方向の分子間距離が縮小する場合があり、この分子間距離の縮小によってキャリア移動が起こりやすく、その結果、高い移動度を示す。このような有機半導体薄膜で構成された有機半導体素子は、層状に形成された分子カラムに沿ってキャリアが流れやすい性質を持つものと思われる。そして、このa軸及びb軸の格子定数は、斜め入射X線回折,透過型電子線回折,薄膜のエッジ部にX線を入射させ回折を測定する方法などによって観測することができる。   Further, in the polyacene compound of the present invention, the intermolecular distance in the a-axis direction and / or the b-axis direction of the crystal axis of the crystal may be reduced, and carrier movement is likely to occur due to the reduction in the intermolecular distance. Show high mobility. An organic semiconductor element composed of such an organic semiconductor thin film is considered to have a property that carriers can easily flow along a molecular column formed in layers. The a-axis and b-axis lattice constants can be observed by oblique incident X-ray diffraction, transmission electron diffraction, a method in which X-rays are incident on the edge of a thin film, and diffraction is measured.

さらに、通常の無機半導体薄膜は、その結晶性がベースの材料の結晶性,面方位の影響を受けるが、本発明の有機半導体薄膜は、ベースの材料の結晶性,面方位に関係なく高結晶性の薄膜となる。よって、ベースの材料には、結晶性,非晶性に関係なく種々の材料を用いることが可能である。
例えば、ガラス,石英,酸化アルミニウム,サファイア,チッ化珪素,炭化珪素等のセラミック、シリコン,ゲルマニウム,ガリウム砒素,ガリウム燐,ガリウム窒素等の半導体、ポリエステル(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等),ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリビニルアルコール,エチレンビニルアルコール共重合体,環状ポリオレフィン,ポリイミド,ポリアミド,ポリスチレン,ポリカーボネート,ポリエーテルスルフォン,ポリスルフォン,ポリメチルメタクリレート等の樹脂、紙、不織布などがあげられる。
Furthermore, although the normal inorganic semiconductor thin film is affected by the crystallinity and plane orientation of the base material, the organic semiconductor thin film of the present invention is highly crystalline regardless of the crystallinity and plane orientation of the base material. A thin film. Therefore, various materials can be used for the base material regardless of crystallinity or amorphousness.
For example, ceramics such as glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, semiconductors such as silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium nitrogen, polyester (polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.), polyethylene, Examples thereof include resins such as polypropylene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, cyclic polyolefin, polyimide, polyamide, polystyrene, polycarbonate, polyether sulfone, polysulfone, and polymethyl methacrylate, paper, and non-woven fabric.

また、ベースの形状は特に限定されるものではないが、通常はシート状のベースや板状のベース(基板)が用いられる。
本発明の有機半導体薄膜はキャリア移動度が高いことが特徴であり、1×10-4cm2 /V・s以上であることが好ましい。より好ましくは1×10-3cm2 /V・s以上であり、最も好ましくは1×10-2cm2 /V・s以上である。
このような有機半導体薄膜を用いることにより、エレクトロニクス,フォトニクス,バイオエレクトロニクス等の分野において有益な半導体素子を製造することができる。このような半導体素子の例としては、ダイオード,トランジスタ,薄膜トランジスタ,メモリ,フォトダイオード,発光ダイオード,発光トランジスタ,センサ等があげられる。
Further, the shape of the base is not particularly limited, but a sheet-like base or a plate-like base (substrate) is usually used.
The organic semiconductor thin film of the present invention is characterized by high carrier mobility, and is preferably 1 × 10 −4 cm 2 / V · s or more. More preferably, it is 1 × 10 −3 cm 2 / V · s or more, and most preferably 1 × 10 −2 cm 2 / V · s or more.
By using such an organic semiconductor thin film, a semiconductor element useful in fields such as electronics, photonics, and bioelectronics can be manufactured. Examples of such semiconductor elements include diodes, transistors, thin film transistors, memories, photodiodes, light emitting diodes, light emitting transistors, sensors, and the like.

トランジスタ及び薄膜トランジスタは、液晶ディスプレイ,分散型液晶ディスプレイ,電気泳動型ディスプレイ,粒子回転型表示素子,エレクトロクロミックディスプレイ,有機発光ディスプレイ,電子ペーパー等の種々の表示素子に利用可能であり、これらの表示素子を用いて様々なディスプレイ装置を製造することができる。トランジスタ及び薄膜トランジスタは、これらの表示素子において表示画素のスイッチング用トランジスタ,信号ドライバ回路素子,メモリ回路素子,信号処理回路素子等に利用される。   Transistors and thin film transistors can be used in various display elements such as liquid crystal displays, distributed liquid crystal displays, electrophoretic displays, particle rotating display elements, electrochromic displays, organic light-emitting displays, and electronic paper. Various display devices can be manufactured using the. Transistors and thin film transistors are used in these display elements as switching transistors, signal driver circuit elements, memory circuit elements, signal processing circuit elements, and the like of display pixels.

半導体素子がトランジスタである場合には、その素子構造としては、例えば、基板/ゲート電極/絶縁体層(誘電体層)/ソース電極・ドレイン電極/半導体層という構造、基板/半導体層/ソース電極・ドレイン電極/絶縁体層(誘電体層)/ゲート電極という構造、基板/ソース電極(又はドレイン電極)/半導体層+絶縁体層(誘電体層)+ゲート電極/ドレイン電極(又はソース電極)という構造等があげられる。このとき、ソース電極,ドレイン電極,ゲート電極は、それぞれ複数設けてもよい。また、複数の半導体層を同一平面内に設けてもよいし、積層して設けてもよい。   When the semiconductor element is a transistor, the element structure includes, for example, a structure of substrate / gate electrode / insulator layer (dielectric layer) / source electrode / drain electrode / semiconductor layer, substrate / semiconductor layer / source electrode. -Structure of drain electrode / insulator layer (dielectric layer) / gate electrode, substrate / source electrode (or drain electrode) / semiconductor layer + insulator layer (dielectric layer) + gate electrode / drain electrode (or source electrode) And the like. At this time, a plurality of source electrodes, drain electrodes, and gate electrodes may be provided. Further, a plurality of semiconductor layers may be provided in the same plane or may be provided in a stacked manner.

トランジスタの構成としては、MOS(メタル−酸化物(絶縁体層)−半導体)型及びバイポーラ型のいずれでも採用可能である。ポリアセン化合物は、通常はp型半導体であるので、ドナードーピングしてn型半導体としたポリアセン化合物と組み合わせたり、ポリアセン化合物以外のn型半導体と組み合わせたりすることにより、素子を構成することができる。   As the structure of the transistor, either a MOS (metal-oxide (insulator layer) -semiconductor) type or a bipolar type can be employed. Since the polyacene compound is usually a p-type semiconductor, an element can be formed by combining with a polyacene compound that is an n-type semiconductor by donor doping or by combining with an n-type semiconductor other than the polyacene compound.

また、半導体素子がダイオードである場合には、その素子構造としては、例えば、電極/n型半導体層/p型半導体層/電極という構造があげられる。そして、p型半導体層に本発明の有機半導体薄膜が使用され、n型半導体層に前述のn型半導体が使用される。
半導体素子における有機半導体薄膜内部又は有機半導体薄膜表面と電極との接合面の少なくとも一部は、ショットキー接合及び/又はトンネル接合とすることができる。このような接合構造を有する半導体素子は、単純な構成でダイオードやトランジスタを作製することができるので好ましい。さらに、このような接合構造を有する有機半導体素子を複数接合して、インバータ,オシレータ,メモリ,センサ等の素子を形成することもできる。
When the semiconductor element is a diode, the element structure includes, for example, a structure of electrode / n-type semiconductor layer / p-type semiconductor layer / electrode. And the organic-semiconductor thin film of this invention is used for a p-type semiconductor layer, and the above-mentioned n-type semiconductor is used for an n-type semiconductor layer.
At least a part of the interface between the organic semiconductor thin film in the semiconductor element or the surface of the organic semiconductor thin film and the electrode can be a Schottky junction and / or a tunnel junction. A semiconductor element having such a junction structure is preferable because a diode or a transistor can be manufactured with a simple structure. Furthermore, a plurality of organic semiconductor elements having such a junction structure can be joined to form elements such as an inverter, an oscillator, a memory, and a sensor.

さらに、本発明の半導体素子を表示素子として用いる場合は、表示素子の各画素に配置され各画素の表示をスイッチングするトランジスタ素子(ディスプレイTFT)として利用できる。このようなアクティブ駆動表示素子は、対向する導電性基板のパターニングが不要なため、回路構成によっては、画素をスイッチングするトランジスタを持たないパッシブ駆動表示素子と比べて画素配線を簡略化できる。通常は、1画素当たり1個から数個のスイッチング用トランジスタが配置される。このような表示素子は、基板面に二次元的に形成したデータラインとゲートラインとを交差した構造を有し、データラインやゲートラインがトランジスタのゲート電極,ソース電極,ドレイン電極にそれぞれ接合されている。なお、データラインとゲートラインとを分割することや、電流供給ライン,信号ラインを追加することも可能である。   Further, when the semiconductor element of the present invention is used as a display element, it can be used as a transistor element (display TFT) that is arranged in each pixel of the display element and switches display of each pixel. Since such an active drive display element does not require patterning of an opposing conductive substrate, depending on the circuit configuration, pixel wiring can be simplified compared to a passive drive display element that does not have a transistor for switching pixels. Usually, one to several switching transistors are arranged per pixel. Such a display element has a structure in which a data line and a gate line which are two-dimensionally formed on a substrate surface cross each other, and the data line and the gate line are respectively joined to the gate electrode, the source electrode and the drain electrode of the transistor. ing. It is possible to divide the data line and the gate line, and to add a current supply line and a signal line.

また、表示素子の画素に、画素配線,トランジスタに加えてキャパシタを併設して、信号を記録する機能を付与することもできる。さらに、表示素子が形成された基板に、データライン及びゲートラインのドライバ,画素信号のメモリ,パルスジェネレータ,信号分割器,コントローラ等を搭載してディスプレイ装置とすることもできる。
また、本発明の有機半導体素子は、ICカード,スマートカード,及び電子タグにおける演算素子,記憶素子としても利用することができる。その場合、これらが接触型であっても非接触型であっても、問題なく適用可能である。このICカード,スマートカード,及び電子タグは、メモリ,パルスジェネレータ,信号分割器,コントローラ,キャパシタ等で構成されており、さらにアンテナ,バッテリを備えていてもよい。
In addition to the pixel wiring and the transistor, a capacitor can be provided in addition to the pixel of the display element to provide a signal recording function. Furthermore, a display device can be provided by mounting drivers for data lines and gate lines, a memory for pixel signals, a pulse generator, a signal divider, a controller and the like on a substrate on which display elements are formed.
The organic semiconductor element of the present invention can also be used as an arithmetic element and a storage element in an IC card, a smart card, and an electronic tag. In that case, even if these are a contact type or a non-contact type, they can be applied without any problem. The IC card, smart card, and electronic tag are composed of a memory, a pulse generator, a signal divider, a controller, a capacitor, and the like, and may further include an antenna and a battery.

さらに、本発明の有機半導体素子でダイオード,ショットキー接合構造を有する素子,トンネル接合構造を有する素子を構成すれば、その素子は光電変換素子,太陽電池,赤外線センサ等の受光素子,フォトダイオードとして利用することもできるし、発光素子として利用することもできる。また、本発明の有機半導体素子でトランジスタを構成すれば、そのトランジスタは発光トランジスタとして利用することができる。これらの発光素子の発光層には、公知の有機材料や無機材料を使用することができる。   Furthermore, if the organic semiconductor element of the present invention is configured as a diode, an element having a Schottky junction structure, or an element having a tunnel junction structure, the element can be used as a light receiving element such as a photoelectric conversion element, a solar cell, an infrared sensor, or a photodiode. It can be used as a light emitting element. In addition, when a transistor is constituted by the organic semiconductor element of the present invention, the transistor can be used as a light emitting transistor. A known organic material or inorganic material can be used for the light emitting layer of these light emitting elements.

さらに、本発明の有機半導体素子はセンサとして利用することができ、ガスセンサ,バイオセンサ,血液センサ,免疫センサ,人工網膜,味覚センサ等、種々のセンサに応用することができる。通常は、有機半導体素子を構成する有機半導体薄膜に測定対象物を接触又は隣接させた際に生じる有機半導体薄膜の抵抗値の変化によって、測定対象物の分析を行うことができる。   Furthermore, the organic semiconductor element of the present invention can be used as a sensor, and can be applied to various sensors such as a gas sensor, a biosensor, a blood sensor, an immune sensor, an artificial retina, and a taste sensor. Usually, the measurement object can be analyzed by a change in the resistance value of the organic semiconductor thin film that occurs when the measurement object is brought into contact with or adjacent to the organic semiconductor thin film constituting the organic semiconductor element.

以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
〔実施例1:6,13−ジクロロ−1,2−(メチレンジオキシ)ペンタセンの合成〕
〔中間体の合成方法について〕
1,2−(メチレンジオキシ)−6,13−ペンタセンキノン350mgをテトラヒドロフラン(THF)40mlに溶解させた溶液に、水素化リチウムトリエチルボレートのTHF溶液(濃度は1mol/1000ml)を15ml加え、窒素雰囲気下、室温で1時間反応させた。得られた溶液に希塩酸を加えて中和した後に、有機相を分離,濃縮,及び真空乾燥することにより、6,13−ジヒドロ−6,13−ジヒドロキシ−1,2−(メチレンジオキシ)ペンタセンをほぼ定量的に得た。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Example 1: Synthesis of 6,13-dichloro-1,2- (methylenedioxy) pentacene
[Method for synthesizing intermediates]
To a solution of 350 mg of 1,2- (methylenedioxy) -6,13-pentacenequinone dissolved in 40 ml of tetrahydrofuran (THF), 15 ml of a THF solution of lithium triethylborate (concentration: 1 mol / 1000 ml) was added, and nitrogen was added. The reaction was allowed to proceed at room temperature for 1 hour in an atmosphere. After neutralizing the resulting solution by adding dilute hydrochloric acid, the organic phase is separated, concentrated, and vacuum-dried to obtain 6,13-dihydro-6,13-dihydroxy-1,2- (methylenedioxy) pentacene. Was obtained almost quantitatively.

〔ポリアセン化合物の製造方法について〕
窒素雰囲気下において、N−クロロスクシンイミド681mgをジクロロメタン10mlに溶解させ、−20℃に冷却した。そして、ジメチルスルフィド0.67mlを滴下した後、10分間撹拌した。得られた溶液に、6,13−ジヒドロ−6,13−ジヒドロキシ−1,2−(メチレンジオキシ)ペンタセン182mgをTHF15mlに溶解させた溶液を滴下し、滴下終了後ゆっくりと室温まで昇温して18時間反応させた。
[Production method of polyacene compound]
Under a nitrogen atmosphere, 681 mg of N-chlorosuccinimide was dissolved in 10 ml of dichloromethane and cooled to −20 ° C. Then, 0.67 ml of dimethyl sulfide was added dropwise and stirred for 10 minutes. A solution prepared by dissolving 182 mg of 6,13-dihydro-6,13-dihydroxy-1,2- (methylenedioxy) pentacene in 15 ml of THF was added dropwise to the resulting solution. After completion of the addition, the temperature was slowly raised to room temperature. For 18 hours.

水を加えて反応を終了させたら、クロロホルムで反応生成物等を抽出し、有機相を飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。有機相中の有機溶媒を減圧留去し、得られた残渣をアセトニトリルで再沈殿を行うと、純粋な6,13−ジクロロ−1,2,−(メチレンジオキシ)ペンタセン(下記の化学式(X)を参照)8mgが得られた。この反応における収率は4%であった。   When the reaction was completed by adding water, the reaction product and the like were extracted with chloroform, and the organic phase was washed with saturated brine and then dried over magnesium sulfate. When the organic solvent in the organic phase was distilled off under reduced pressure and the resulting residue was reprecipitated with acetonitrile, pure 6,13-dichloro-1,2,-(methylenedioxy) pentacene (the following chemical formula (X )) 8 mg were obtained. The yield in this reaction was 4%.

Figure 2007055939
Figure 2007055939

得られた6,13−ジクロロ−1,2−(メチレンジオキシ)ペンタセンについて、質量分析を行った。結果は以下の通りである。
FAB−MS(NBA):m/z=392、390
また、重水素化クロロホルムを溶媒として用いて、室温にて核磁気共鳴(NMR)スペクトル測定を行った。結果を以下に示す。
1H−NMR(ppm):δ6.30(s,2H)、7.33(d,1H)、7.41(dd,2H)、7.75(d,1H)、8.00(d,2H)、9.06(s,1H)、9.12(s,2H)、9.24(s,1H)
The obtained 6,13-dichloro-1,2- (methylenedioxy) pentacene was subjected to mass spectrometry. The results are as follows.
FAB-MS (NBA): m / z = 392, 390
Moreover, nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measurement was performed at room temperature using deuterated chloroform as a solvent. The results are shown below.
1 H-NMR (ppm): δ 6.30 (s, 2H), 7.33 (d, 1H), 7.41 (dd, 2H), 7.75 (d, 1H), 8.00 (d, 2H), 9.06 (s, 1H), 9.12 (s, 2H), 9.24 (s, 1H)

〔実施例2:2,3−(メチレンジオキシ)ペンタセンの合成〕
〔ポリアセン化合物の製造方法について〕
2,3−メチレンジオキシ−6,13−ペンタセンキノン354mgとアルミニウムトリイソプロポキシド6.3gとの混合物を、窒素雰囲気下においてアルミニウムトリイソプロポキシドが溶融状態となるように加熱し、その状態で18時間反応させた。冷却後、混合物を希塩酸で処理し、水溶液に不溶の生成物を濾取した。そして、生成物を真空乾燥して、青藍色の固体を得た。この固体を1.33×10-3Pa以下の高真空下で昇華させ、高純度の2,3−(メチレンジオキシ)ペンタセン(下記の化学式(XI)を参照)39mgを得た。この反応における収率は12%であった。
[Example 2: Synthesis of 2,3- (methylenedioxy) pentacene]
[Production method of polyacene compound]
A mixture of 354 mg of 2,3-methylenedioxy-6,13-pentacenequinone and 6.3 g of aluminum triisopropoxide was heated so that the aluminum triisopropoxide was in a molten state in a nitrogen atmosphere. For 18 hours. After cooling, the mixture was treated with dilute hydrochloric acid, and the product insoluble in the aqueous solution was collected by filtration. The product was then vacuum-dried to obtain a blue-blue solid. This solid was sublimated under a high vacuum of 1.33 × 10 −3 Pa or less to obtain 39 mg of high purity 2,3- (methylenedioxy) pentacene (see the following chemical formula (XI)). The yield in this reaction was 12%.

Figure 2007055939
Figure 2007055939

得られた2,3−(メチレンジオキシ)ペンタセンについて、質量分析を行った。結果は以下の通りである。
FAB−MS(NBA):m/z=322
また、重水素化クロロホルムを溶媒として用いて、室温にて核磁気共鳴(NMR)スペクトル測定を行った。結果を以下に示す。
1H−NMR(ppm):δ6.15(s,2H)、7.33(dd,2H)、7.72(s,2H)、7.94(dd,2H)、8.53(s,2H)、8.64(s,2H)、8.89(s,2H)
The obtained 2,3- (methylenedioxy) pentacene was subjected to mass spectrometry. The results are as follows.
FAB-MS (NBA): m / z = 322
Moreover, nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum measurement was performed at room temperature using deuterated chloroform as a solvent. The results are shown below.
1 H-NMR (ppm): δ 6.15 (s, 2H), 7.33 (dd, 2H), 7.72 (s, 2H), 7.94 (dd, 2H), 8.53 (s, 2H), 8.64 (s, 2H), 8.89 (s, 2H)

本発明は、エレクトロニクス,フォトニクス,バイオエレクトロニクス等において好適である。   The present invention is suitable for electronics, photonics, bioelectronics and the like.

Claims (17)

分子の長軸方向端部のアセン環に合計で1個以上4個以下の縮合環が備えられたポリアセン化合物であって、下記の化学式(I)で表されるような構造を有することを特徴とするポリアセン化合物。
Figure 2007055939
Figure 2007055939
Figure 2007055939
Figure 2007055939
ただし、化学式(I)中のXはハロゲン基又は水素原子であり、mは1以上6以下の整数である。また、前記縮合環は、化学式(I)中のR,R,R,R,R,R,R,Rが結合したアセン環の炭素原子のうち隣接する2つが、化学式(II),(III ),又は(IV)のような連結基で連結されて形成されたものである。
さらに、化学式(II)及び(IV)中のAは、アルキル基,アルケニル基,アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、エステル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルボキシル基、ホルミル基、水酸基、ハロゲン基、アミノ基、イミノ基、アミド基、シアノ基、シリル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、水素原子、又はこれらのうちの2以上の基を含む官能基である。さらに、化学式(II)中のEは、CH,C=O,O,NH,又はSであり、nは1以上5以下の整数である。さらに、化学式(III )中のE’はO又はSである。
A polyacene compound having a total of 1 or more and 4 or less condensed rings in the acene ring at the end of the long axis direction of the molecule, having a structure represented by the following chemical formula (I) A polyacene compound.
Figure 2007055939
Figure 2007055939
Figure 2007055939
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However, X in chemical formula (I) is a halogen group or a hydrogen atom, and m is an integer of 1-6. In addition, the fused ring includes two adjacent carbon atoms of the acene ring to which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 in chemical formula (I) are bonded. , Formed by linking with a linking group such as chemical formula (II), (III), or (IV).
Further, A in the chemical formulas (II) and (IV) represents an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyl group, an ester group, an alkyloxycarbonyl group. Group, aryloxycarbonyl group, carboxyl group, formyl group, hydroxyl group, halogen group, amino group, imino group, amide group, cyano group, silyl group, mercapto group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, hydrogen atom, or these It is a functional group containing two or more groups. Further, E in the chemical formula (II) is CH 2 , C═O, O, NH, or S, and n is an integer of 1 or more and 5 or less. Furthermore, E ′ in the chemical formula (III) is O or S.
分子の長軸方向片端部のアセン環のみに前記縮合環が備えられていることを特徴とする請求項1に記載のポリアセン化合物。   2. The polyacene compound according to claim 1, wherein the condensed ring is provided only in an acene ring at one end of the long axis direction of the molecule. ,Rが結合したアセン環の炭素原子と、R,Rが結合したアセン環の炭素原子と、の少なくとも一方は、前記連結基で連結され前記縮合環を形成していることを特徴とする請求項1に記載のポリアセン化合物。 At least one of the carbon atom of the acene ring to which R 1 and R 2 are bonded and the carbon atom of the acene ring to which R 5 and R 6 are bonded are connected by the linking group to form the condensed ring. The polyacene compound according to claim 1. ,Rが結合したアセン環の炭素原子と、R,Rが結合したアセン環の炭素原子と、の少なくとも一方は、前記連結基で連結され前記縮合環を形成していることを特徴とする請求項1に記載のポリアセン化合物。 At least one of the carbon atom of the acene ring to which R 2 and R 3 are bonded and the carbon atom of the acene ring to which R 6 and R 7 are bonded are connected by the linking group to form the condensed ring. The polyacene compound according to claim 1. 複数のXのうち偶数個がハロゲン基であり、そのうち少なくとも2個のハロゲン基が同一のアセン環に結合していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物。   The polyacene compound according to any one of claims 1 to 4, wherein an even number among the plurality of Xs is a halogen group, and at least two of the halogen groups are bonded to the same acene ring. . 複数のXのうち2個がハロゲン基であり、これら2個のハロゲン基が同一のアセン環に結合していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物。   5. The polyacene compound according to claim 1, wherein two of the plurality of X are halogen groups, and the two halogen groups are bonded to the same acene ring. mが2又は3であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物。   m is 2 or 3, The polyacene compound as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. mが1であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリアセン化合物。   m is 1, The polyacene compound as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物を製造する方法であって、下記の化学式(V)で表されるような構造を有するポリアセンキノン誘導体を還元して、下記の化学式(VI)で表されるような構造を有するヒドロキシポリアセン誘導体とし、さらにこのヒドロキシポリアセン誘導体をハロゲン化及び芳香化することを特徴とするポリアセン化合物の製造方法。
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ただし、化学式(V)及び化学式(VI)中のXはハロゲン基又は水素原子であり、kは1以上の整数であり、k+lは1以上6以下の整数である。また、前記縮合環は、化学式(V)及び化学式(VI)中のR,R,R,R,R,R,R,Rが結合したアセン環の炭素原子のうち隣接する2つが、化学式(VII ),(VIII),又は(IX)のような連結基で連結されて形成されたものである。
さらに、化学式(VII )及び(IX)中のAは、アルキル基,アルケニル基,アルキニル基等の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、エステル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルボキシル基、ホルミル基、水酸基、ハロゲン基、アミノ基、イミノ基、アミド基、シアノ基、シリル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、水素原子、又はこれらのうちの2以上の基を含む官能基である。さらに、化学式(VII )中のEは、CH,C=O,O,NH,又はSであり、nは1以上5以下の整数である。さらに、化学式(VIII)中のE’はO又はSである。
A method for producing the polyacene compound according to claim 1, wherein a polyacene quinone derivative having a structure represented by the following chemical formula (V) is reduced, and the following chemical formula ( A process for producing a polyacene compound, characterized in that a hydroxypolyacene derivative having a structure represented by VI) is formed, and the hydroxypolyacene derivative is further halogenated and aromatized.
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However, X in chemical formula (V) and chemical formula (VI) is a halogen group or a hydrogen atom, k is an integer of 1 or more, and k + 1 is an integer of 1 or more and 6 or less. The condensed ring is composed of carbon atoms of the acene ring to which R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 in chemical formula (V) and chemical formula (VI) are bonded. Two adjacent ones are formed by linking with a linking group such as chemical formula (VII), (VIII), or (IX).
Further, A in the chemical formulas (VII) and (IX) represents an aliphatic hydrocarbon group such as an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, alkoxy group, aryloxy group, acyl group, ester group, alkyloxycarbonyl Group, aryloxycarbonyl group, carboxyl group, formyl group, hydroxyl group, halogen group, amino group, imino group, amide group, cyano group, silyl group, mercapto group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, hydrogen atom, or these It is a functional group containing two or more groups. Furthermore, E in the chemical formula (VII) is CH 2 , C═O, O, NH, or S, and n is an integer of 1 or more and 5 or less. Furthermore, E ′ in the chemical formula (VIII) is O or S.
請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物を含有することを特徴とする溶液。   A solution comprising the polyacene compound according to any one of claims 1 to 8. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物を含有することを特徴とするインク。   An ink comprising the polyacene compound according to any one of claims 1 to 8. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリアセン化合物で構成され、結晶性を有することを特徴とする有機半導体薄膜。   An organic semiconductor thin film comprising the polyacene compound according to claim 1 and having crystallinity. 基板上に形成された結晶性の有機半導体薄膜であって、前記ポリアセン化合物の分子の長軸が前記基板の表面に対して垂直方向に配向していることを特徴とする請求項12に記載の有機半導体薄膜。   The crystalline organic semiconductor thin film formed on the substrate, wherein the major axis of the molecule of the polyacene compound is oriented in a direction perpendicular to the surface of the substrate. Organic semiconductor thin film. 請求項12又は請求項13に記載の有機半導体薄膜で少なくとも一部を構成したことを特徴とする有機半導体素子。   An organic semiconductor device comprising at least a part of the organic semiconductor thin film according to claim 12 or 13. ゲート電極,誘電体層,ソース電極,ドレイン電極,及び半導体層を備えるトランジスタにおいて、前記半導体層を請求項12又は請求項13に記載の有機半導体薄膜で構成したことを特徴とするトランジスタ。   14. A transistor comprising a gate electrode, a dielectric layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer, wherein the semiconductor layer is composed of the organic semiconductor thin film according to claim 12 or 13. 多数の画素からなる画素面を備えるディスプレイ装置において、前記各画素は、請求項14に記載の有機半導体素子又は請求項15に記載のトランジスタを備えることを特徴とするディスプレイ装置。   A display device comprising a pixel surface comprising a large number of pixels, wherein each pixel comprises the organic semiconductor element according to claim 14 or the transistor according to claim 15. 前記有機半導体素子又は前記トランジスタが備える電極,誘電体層,及び半導体層を、請求項10に記載の溶液又は請求項11に記載のインクの印刷又は塗布によって形成したことを特徴とする請求項16に記載のディスプレイ装置。   The electrode, dielectric layer, and semiconductor layer included in the organic semiconductor element or the transistor are formed by printing or applying the solution according to claim 10 or the ink according to claim 11. The display device according to 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013175744A (en) * 2013-04-01 2013-09-05 Iwate Univ Semiconductor device and manufacturing apparatus of semiconductor device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0225488A (en) * 1988-05-27 1990-01-26 Ciba Geigy Ag Substituted tetrathiotetracenes and tetracelenotetracenes
WO2001064611A1 (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Japan Science And Technology Corporation Polyacene derivatives and production thereof
WO2003028125A2 (en) * 2001-09-27 2003-04-03 3M Innovative Properties Company Substituted pentacene semiconductors
JP2003277742A (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Japan Science & Technology Corp Functional thin film
JP2006335719A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Asahi Kasei Corp Polyacene compound, method for producing the same and organic semiconductor element

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0225488A (en) * 1988-05-27 1990-01-26 Ciba Geigy Ag Substituted tetrathiotetracenes and tetracelenotetracenes
WO2001064611A1 (en) * 2000-02-29 2001-09-07 Japan Science And Technology Corporation Polyacene derivatives and production thereof
WO2003028125A2 (en) * 2001-09-27 2003-04-03 3M Innovative Properties Company Substituted pentacene semiconductors
JP2003277742A (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Japan Science & Technology Corp Functional thin film
JP2006335719A (en) * 2005-06-03 2006-12-14 Asahi Kasei Corp Polyacene compound, method for producing the same and organic semiconductor element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013175744A (en) * 2013-04-01 2013-09-05 Iwate Univ Semiconductor device and manufacturing apparatus of semiconductor device

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