專利名稱：非線性并苯衍生物及其作為有機(jī)半導(dǎo)體的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型非線性并苯衍生物、它們的制備方法、它們作為有機(jī)電子(OE)器件中的半導(dǎo)體的用途和包含這些衍生物的OE器件。背景和現(xiàn)有技術(shù)近年來，已經(jīng)開發(fā)有機(jī)半導(dǎo)體(OSC)材料以制造更通用、更低成本的電子器件。這樣的材料可用于多種多樣的器件或裝置，僅舉幾例，包括有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFETs)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)、光檢測器、有機(jī)光伏(OPV)電池、傳感器、記憶原件和邏輯電路。有機(jī)半導(dǎo)體材料通常以例如小于I微米厚的薄層形式存在于電子器件中。OFET器件的性能主要基于半導(dǎo)體材料的電荷載流子遷移率和電流開/關(guān)t匕，因此理想的半導(dǎo)體應(yīng)在關(guān)閉狀態(tài)下具有低電導(dǎo)率并兼具高電荷載流子遷移率(>IxlO-3CmVs-1)。此外，重要的是，半導(dǎo)體材料相對(duì)耐氧化，即其具有高的電離電勢，因?yàn)檠趸瘜?dǎo)致降低的器件性能。對(duì)半導(dǎo)體材料的進(jìn)一步要求是良好的加工性，尤其是用于大規(guī)模生產(chǎn)薄層和所需圖案的良好加工性，以及有機(jī)半導(dǎo)體層的高穩(wěn)定性、薄膜均勻性和完整性。在現(xiàn)有技術(shù)中，已提出用作OFETs中的OSCs的各種材料，包括小分子，例如并五苯，和聚合物，例如聚己基噻吩。共軛小分子半導(dǎo)體的有前景的類型基于并五苯單元(參見J.E.Anthony,Angew.Chem.1nt.Ed.,2008,47,452)。當(dāng)通過真空沉積以薄膜形式沉積時(shí),表明具有超過Icm2V^的載流子遷移率以及高于IO6的極高電流開/關(guān)比(參見S.F.Nelson, Y.Y.Lin, D.J.Gundlach 和 T.N.Jackson, App1.Phys.Lett.，1998, 72,1854)。但是，真空沉積是不適合制造大面積薄膜的昂貴的加工技術(shù)。通過添加增溶基團(tuán)，如三烷基甲硅烷基乙炔基來改進(jìn)初始器件制造，以使遷移率> 0.1cm2V-1S-1 (參見 Maliakal, K.Raghavachari, H.Katz,
E.Chandross 和 T.Siegrist, Chem.Mater.，2004,16,4980)。還已報(bào)道，在并五苯核心單元上添加進(jìn)一步取代基可改進(jìn)其在場效應(yīng)晶體管(FET)器件中的半導(dǎo)體性能(參見J.E.Anthony, Angew.Chem.1nt.Ed.，2008,47,452)。但是，迄今已研究的現(xiàn)有技術(shù)的OSC材料和包含它們的器件仍具有若干缺點(diǎn)，它們的性質(zhì)，尤其是溶解性、加工性、電荷載流子遷移率、開/關(guān)比和穩(wěn)定性仍有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。因此，仍然需要表現(xiàn)出良好電子性質(zhì)，尤其是高電荷載流子遷移率，和良好加工性，尤其是在有機(jī)溶劑中的高溶解性的OSC材料。此外，為了用在OFETs中，需要能夠改進(jìn)從源-漏電極向半導(dǎo)體層中的電荷注入的OSC材料。為了用在OPV電池中，需要具有低帶隙的OSC材料，這能改進(jìn)通過光活性層的光收集和導(dǎo)致更高的電池效率。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供沒有如上所述的現(xiàn)有技術(shù)材料的缺點(diǎn)并尤其表現(xiàn)出良好的加工性、在有機(jī)溶劑中的良好溶解性和高電荷載流子遷移率的用作有機(jī)半導(dǎo)體材料的化合物。本發(fā)明的另一目的是擴(kuò)大可供專業(yè)人員使用的有機(jī)半導(dǎo)體材料庫。據(jù)發(fā)現(xiàn)，可通過提供如本發(fā)明中要求保護(hù)的化合物來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。特別地，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過提供在中心環(huán)處含有增溶性乙炔基取代基的非線性并苯化合物，可以至少部分解決上述問題。這些并苯化合物具有彎曲形狀并可例如由下列結(jié)構(gòu)表示
權(quán)利要求
1.式I的化合物
2.根據(jù)權(quán)利要求1的化合物，其中A是Si。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的化合物，其中R、R'和R"各自獨(dú)立地選自任選被取代的具有I至10個(gè)C原子的直鏈、支化或環(huán)狀的的烷基或烷氧基，任選被取代的具有2至12個(gè)C原子的直鏈、支化或環(huán)狀的烯基、炔基或烷基羰基，和具有5至10個(gè)環(huán)原子的任選被取代的芳基、雜芳基、芳基烷基或雜芳基烷基、芳氧基或雜芳氧基。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于R1和R2、R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7、R7和R8中的一對(duì)、兩對(duì)或三對(duì)相互交叉橋連形成任選被一個(gè)或多個(gè)雜原子或選自-O-、-S-、-Se-、-Ge-、-SiR0R00-和-N(Rx)-的基團(tuán)插入并任選被取代的C4-C4tl飽和或不飽和環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于至少R7和R8對(duì)相互交叉橋連形成任選被一個(gè)或多個(gè)雜原子或選自-O-、-S-、-Se-、-Ge-、-SiR0R00-和-N(Rx)-的基團(tuán)插入并任選被取代的C4-C4tl飽和或不飽和環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于R1和R2、R3和R4這兩對(duì)中的不多于一對(duì)，和R5和R6、R7和R8這兩對(duì)中的不多于一對(duì)相互交叉橋連形成環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于由交叉橋連的R1和R2對(duì)、R2和R3對(duì)、R3和R4對(duì)、R5和R6對(duì)、R6和R7對(duì)、R7和R8對(duì)形成的所述環(huán)選自具有5至25個(gè)環(huán)原子的芳族和雜芳族基團(tuán)，其是單環(huán)或多環(huán)的并還可含有兩個(gè)或更多個(gè)經(jīng)由單鍵相互連接的單獨(dú)的環(huán)或還可含有兩個(gè)或更多個(gè)稠合的環(huán)，且其中各環(huán)未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求I中定義的基團(tuán)L取代。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于由交叉橋連的R1和R2對(duì)、R2和R3對(duì)、R3和R4對(duì)、R5和R6對(duì)、R6和R7對(duì)、R7和R8對(duì)形成的所述環(huán)選自苯、呋喃、噻吩、硒吩、吡咯、吡啶、嘧啶、噻唑、噻二唑、噁唑、噁二唑、硒唑、噻吩并[3，2-b]噻吩、二噻吩并[3，2-b:2’，3’ -d]-噻吩、硒吩并[3，2-b]硒吩、硒吩并[2，3-b]硒吩、硒吩并[3，2_b]噻吩、硒吩并[2,3-b]噻吩、苯并[I, 2-b:4，5-b' ] 二噻吩、2，2-二噻吩、2，2-二硒吩、二噻吩并[3，2-b:2，，3，-d]噻咯、4H-環(huán)戊[2,1-b:3，4_b，] 二噻吩、苯并[b]噻吩、苯并[b]硒吩、苯并噁唑、苯并噻唑、苯并硒唑，其中所有上述基團(tuán)未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1中定義的基團(tuán)L取代。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于由交叉橋連的R1和R2對(duì)、R2和R3對(duì)、R3和R4對(duì)、R5和R6對(duì)、R6和R7對(duì)、R7和R8對(duì)形成的所述環(huán)選自未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1中定義的基團(tuán)L取代的苯、噻吩和吡啶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于沒有相互交叉橋連形成環(huán)的基團(tuán) R\ R2, R3, R\ R5, R6, R7 和 R8 選自 H、F、Cl、Br、1、-CN、以及具有 I 至 20，優(yōu)選 I 至 12 個(gè)C原子的直鏈、支化或環(huán)狀的烷基、烷氧基、硫代烷基、烯基、炔基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基羰氧基、烷基羰基酰氨基、烷基酰氨基羰基或烷氧基羰氧基，其未被取代或被一個(gè)或多個(gè)F或Cl原子或OH基團(tuán)取代或全氟化，以及具有4至25個(gè)環(huán)原子的芳族和雜芳族基團(tuán)，其是單環(huán)或多環(huán)的，即其還可含有兩個(gè)或更多個(gè)經(jīng)由單鍵相互連接的單獨(dú)的環(huán)或還可含有兩個(gè)或更多個(gè)稠合的環(huán)，且其中各環(huán)未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1中定義的基團(tuán)L取代。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于沒有相互交叉橋連形成環(huán)的基團(tuán)R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8選自亞苯基、呋喃、噻吩、硒吩、N-吡咯、吡啶、嘧啶、噻唑、噻二唑、噁唑、噁二唑、硒唑以及含有一個(gè)或多個(gè)上述環(huán)和任選一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)的二 _、三-或四環(huán)芳基或雜芳基，其中單獨(dú)的環(huán)通過單鍵連接或相互稠合，且其中所有上述基團(tuán)未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如上定義的基團(tuán)L取代。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于沒有相互交叉橋連形成環(huán)的基團(tuán)#、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6、1 7和1 8選自噻吩并[3，2-b]噻吩、二噻吩并[3，2-b:2’，3’ -d]噻吩、硒吩并[3，2-b]硒吩、硒吩并[2，3-b]硒吩、硒吩并[3，2-b]噻吩、硒吩并[2，3-b]噻吩、苯并[I, 2-b:4，5-b' ] 二噻吩、2，2-二噻吩、2，2-二硒吩、二噻吩并[3, 2-b:2，，3，_d]噻咯、4H-環(huán)戊[2，l-b:3，4-b’ ] 二噻吩、苯并[b]噻吩、苯并[b]硒吩、苯并噁唑、苯并噻唑、苯并硒唑，其中所有上述基團(tuán)未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如上定義的基團(tuán)L取代。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于R1、! 4、! 5和R8中的至少兩個(gè)表示Ho
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于R1和R5中至少一個(gè)表示H且R4和R8中至少一個(gè)表示H。
15.根據(jù)權(quán)利要 求1至14中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于它們選自下列式Il至17:
16.根據(jù)權(quán)利要求15的化合物，其特征在于A\A2和A3選自苯、呋喃、噻吩、硒吩、吡咯、吡啶、嘧啶、噻唑、噻二唑、噁唑、噁二唑、硒唑、噻吩并[3，2-b]噻吩、二噻吩并[3，2-b:2’，3’ -d]噻吩、硒吩并[3，2-b]硒吩、硒吩并[2，3-b]硒吩、硒吩并[3，2-b]噻吩、硒吩并[2，3-b]噻吩、苯并[I, 2-b -A,5-b' ] 二噻吩、2，2-二噻吩、2，2-二硒吩、二噻吩并[3, 2-b:2，，3’-d]噻咯、4H-環(huán)戊[2，l-b:3，4-b’] 二噻吩、苯并[b]噻吩、苯并[b]硒吩、苯并噁唑、苯并噻唑、苯并硒唑，其中所有上述基團(tuán)未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1中定義的基團(tuán)L取代。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的化合物，其特征在于A\A2和A3選自苯、噻吩和吡唆，它們未被取代或被一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1中定義的基團(tuán)L取代。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)的化合物，其特征在于它們選自下列式Ila至I4d:
19.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)的化合物和一種或多種有機(jī)溶劑的制劑。
20.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)的化合物、一種或多種在1，OOOHz下的介電常數(shù)ε為3.3或更小的有機(jī)粘結(jié)劑或其前體和任選的一種或多種溶劑的制劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)的化合物和制劑作為光學(xué)部件或器件、電光部件或器件、電子部件或器件、電致發(fā)光或光致發(fā)光部件或器件中的電荷傳輸材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料、光導(dǎo)材料或發(fā)光材料的用途。
22.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)的化合物或制劑的電荷傳輸材料或部件、半導(dǎo)體材料或部件、導(dǎo)電材料或部件、光導(dǎo)材料或部件、或發(fā)光材料或部件。
23.包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)或22的化合物、制劑、材料或部件的光學(xué)部件或器件、電光部件或器件、電子部件或器件、電致發(fā)光或光致發(fā)光部件或器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的部件或器件，其特征在于其選自有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)、薄膜晶體管(TFT)、集成電路(1C)、邏輯電路、電容器、射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽、器件或部件、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)發(fā)光晶體管(OLET)、平板顯示器、顯示器背光、有機(jī)光伏器件(OPV)、太陽能電池、激光二極管、光電導(dǎo)體、光檢測器、電子照相裝置、電子照相記錄裝置、有機(jī)存儲(chǔ)器件、傳感器件、聚合物發(fā)光二極管(PLEDs)中的電荷注入層、電荷傳輸層或夾層、有機(jī)等離子體發(fā)光二極管(OPEDs)、肖特基二極管、平面化層、抗靜電膜、聚合物電解質(zhì)膜(PEM)、導(dǎo)電襯底、導(dǎo)電圖案、電池中的電極材料、定向?qū)?、生物傳感器、生物芯片、安全?biāo)記、安全裝置和用于檢測和識(shí)別 DNA序列的部件或器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型非線性并苯衍生物、它們的制備方法、它們作為有機(jī)電子(OE)器件中的半導(dǎo)體的用途和包含這些衍生物的OE器件。
文檔編號(hào)H01L51/00GK103249739SQ201180058820
公開日2013年8月14日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者W·米切爾, C·王, M·德拉瓦利, N·布勞因, S·蒂爾尼 申請人:默克專利有限公司