JP2008535794A - Semiconductors containing perfluoroether acyl oligothiophene compounds - Google Patents
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Abstract
ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物、好ましくはα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含む半導体層を備える半導体デバイスが記載される。さらに、ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物、好ましくはα,ω−ビス(2−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層を堆積する工程を有する、半導体デバイスを製造する方法が記載される。 A semiconductor device is described comprising a semiconductor layer comprising a perfluoroether acyl oligothiophene compound, preferably an α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compound. Further described is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising depositing a semiconductor layer containing a perfluoroether acyl oligothiophene compound, preferably an α, ω-bis (2-perfluoroether acyl oligothiophene compound).
Description
本発明は、半導体デバイスを提供し、およびペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層を備える半導体デバイスを製造する方法を提供する。 The present invention provides a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor layer containing a perfluoroetheracyl oligothiophene compound.
従来より、無機材料は半導体産業を支配している。例えば、ヒ化シリコンおよびヒ化ガリウムが半導体材料として使用されており、二酸化シリコンが絶縁材料として使用されており、アルミニウムおよび銅などの金属が電極材料として使用されている。しかしながら、近年、半導体デバイス中で従来の無機材料ではなく有機材料を使用することを目指す研究の試みが増えている。他の利点のなかでも、有機材料の使用によって、電子デバイスの製造コストを低くすることができる場合があり、大きいエリアの適用を可能にする場合があり、ディスプレイバックプレーンまたは集積回路のためのフレキシブル回路支持体の使用を可能にする場合がある。 Traditionally, inorganic materials have dominated the semiconductor industry. For example, silicon arsenide and gallium arsenide are used as semiconductor materials, silicon dioxide is used as an insulating material, and metals such as aluminum and copper are used as electrode materials. However, in recent years, there have been an increasing number of research attempts aimed at using organic materials instead of conventional inorganic materials in semiconductor devices. Among other advantages, the use of organic materials may reduce the cost of manufacturing electronic devices, may allow for large area applications, and is flexible for display backplanes or integrated circuits. It may be possible to use a circuit support.
様々な有機半導体材料が考えられており、最も一般的であるのは、テトラセンおよびペンタセン、ビス(アセニル)アセチレン、およびアセン−チオフェン、チオフェンまたはフルオレン単位を含有するオリゴマー材料、およびレジオレギュラーポリ(3−アルキルチオフェン)などのポリマー材料によって例示される縮合芳香環化合物である。これらの有機半導体材料の少なくともいくつかは、非晶質シリコンをベースとしたデバイスのそれらと同等であるかまたはよりすぐれている電荷担体移動度、オン/オフ電流比、および閾値下電圧などの性能特性を有する。 A variety of organic semiconductor materials are contemplated, the most common being tetracene and pentacene, bis (acetyl) acetylene, and oligomeric materials containing acene-thiophene, thiophene or fluorene units, and regioregular poly (3 -Fused aromatic ring compounds exemplified by polymer materials such as alkylthiophene). At least some of these organic semiconductor materials have performance such as charge carrier mobility, on / off current ratio, and subthreshold voltage that are comparable to or better than those of amorphous silicon based devices Has characteristics.
チオフェンの化学的性質およびチオフェン環の化学安定性は、分子ベースのエレクトロニクスおよびフォトニクスにおいてチオフェン材料の使用の可能性を示す。特に、α,α’−共役チオフェンオリゴマー(nT)およびポリマー(ポリチオフェン−PT)は、有機薄膜トランジスタ(TFT)の半導性要素として非常に関心の的となっている。このようなデバイスおよび関連構造物において有用であるために、有機材料は、デバイスを「オン」に切り替える、ゲート電極バイアスによって形成された正孔または電子(それぞれ、p−またはn型半導体)のチャネルを支持しなければならない。さらに、材料の電荷移動度は、「オフ」状態よりも何オーダーも多くソース−ドレイン・導電(source−drain on−conduction)を増加させるために十分に大きくなければならない。チャネルの電荷担体の密度は、ゲート電極に印加された電圧によって変えられる。 The chemical nature of thiophene and the chemical stability of the thiophene ring indicate the potential use of thiophene materials in molecular-based electronics and photonics. In particular, α, α'-conjugated thiophene oligomers (nT) and polymers (polythiophene-PT) are of great interest as semiconducting elements of organic thin film transistors (TFTs). To be useful in such devices and related structures, the organic material is a channel of holes or electrons (p- or n-type semiconductor, respectively) formed by a gate electrode bias that switches the device “on”. Must support. Furthermore, the charge mobility of the material must be large enough to increase source-drain on-conduction by orders of magnitude more than the “off” state. The density of charge carriers in the channel is changed by the voltage applied to the gate electrode.
米国特許第6,585,914号明細書(マークス(Marks)ら)には、n型半導体として挙動し、約0.01cm2/VsのFET移動度を有する薄膜トランジスタを製造するために使用できるα,ω−ジペルフルオロアルキルセキシチオフェン蒸着膜が記載されている。 US Pat. No. 6,585,914 (Marks et al.) Describes an α that can be used to produce a thin film transistor that behaves as an n-type semiconductor and has a FET mobility of about 0.01 cm 2 / Vs. , Ω-diperfluoroalkyl sexithiophene deposited films are described.
α,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物などの新規なペルフルオロエーテルアシル(オリゴ)チオフェン化合物が提供される。さらに、これらの化合物を調製する新規な方法が提供される。これらの化合物は、例えば、薄膜トランジスタなどの電子デバイスのnチャネル半導体層として有用である。有用な有機n型半導体化合物、組成物および/または材料に関連する先行技術に伴う少なからぬ数の問題および欠陥がある。このような材料、組成物、層および/または薄膜堆積の複合物および集積回路に組み込むことができる薄膜トランジスタおよび関連デバイスの製造と組み合わせて有用な関連の適用に対する必要性が明らかにされている。したがって、1つまたは複数の作製方法と共に新規なおよび有用なn型有機材料を提供することが本発明の目的である。 Novel perfluoroether acyl (oligo) thiophene compounds such as α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compounds are provided. In addition, novel methods for preparing these compounds are provided. These compounds are useful, for example, as n-channel semiconductor layers for electronic devices such as thin film transistors. There are a number of problems and deficiencies associated with the prior art relating to useful organic n-type semiconductor compounds, compositions and / or materials. There is a need for related applications useful in combination with the fabrication of thin film transistors and related devices that can be incorporated into such materials, compositions, layers and / or thin film deposition composites and integrated circuits. Accordingly, it is an object of the present invention to provide new and useful n-type organic materials with one or more fabrication methods.
半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法が提供される。より具体的に、半導体デバイスは、少なくとも1つのペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物、好ましくは少なくとも1つのα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層を備える。 Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices are provided. More specifically, the semiconductor device comprises a semiconductor layer containing at least one perfluoroether acyl oligothiophene compound, preferably at least one α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compound.
新規な化合物を式 New compound formula
によって表すことができ、上式中、Yが水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基またはペルフルオロエーテルアシル基であり、pが少なくとも1、好ましくは少なくとも2であり、Rfがペルフルオロエーテル基である。 Wherein Y is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group or a perfluoroether acyl group, p is at least 1, preferably at least 2, and R f is a perfluoroether group. is there.
好ましい化合物は、式II: Preferred compounds are those of formula II:
のα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物であり、上式中、各Rfがペルフルオロエーテル基であり、nが少なくとも1、好ましくは少なくとも2、より好ましくは3〜6である。通常の用語法を用いて、連続したチオフェン環は、式IおよびIIに示されるように、共有結合によって接続される。1つの態様において、式IまたはIIのα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層を備える半導体デバイスが提供される。 An α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compound, wherein each R f is a perfluoroether group, and n is at least 1, preferably at least 2, more preferably 3-6. Using conventional terminology, consecutive thiophene rings are connected by covalent bonds, as shown in Formulas I and II. In one aspect, a semiconductor device comprising a semiconductor layer containing an α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compound of Formula I or II is provided.
別の態様において、半導体デバイスを作製する方法が提供される。この方法は、式IIの化合物を含有する半導体層を作製する工程を必要とする。半導体層はしばしば、蒸着技術を用いて形成される。 In another aspect, a method for making a semiconductor device is provided. This method requires the step of making a semiconductor layer containing a compound of formula II. The semiconductor layer is often formed using vapor deposition techniques.
半導体デバイスを作製する方法のいくつかは、有機薄膜トランジスタを作製する方法である。1つのこのような方法は、ゲート電極を提供する工程と、ゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、前記ゲート電極の反対側の前記ゲート誘電体層の表面に隣接した半導体層を作製する工程と、前記ゲート誘電体層の反対側にある前記半導体層の表面上にソース電極およびドレイン電極を配置する工程とを必要とする。前記ソース電極および前記ドレイン電極が前記半導体層の前記表面上の領域において互いに分離される。前記半導体層は、式IまたはIIの化合物を含有する。 Some of the methods for manufacturing semiconductor devices are methods for manufacturing organic thin film transistors. One such method includes providing a gate electrode, depositing a gate dielectric layer on the surface of the gate electrode, and adjacent to the surface of the gate dielectric layer opposite the gate electrode. A step of fabricating a semiconductor layer and a step of disposing a source electrode and a drain electrode on the surface of the semiconductor layer on the opposite side of the gate dielectric layer are required. The source electrode and the drain electrode are separated from each other in a region on the surface of the semiconductor layer. The semiconductor layer contains a compound of formula I or II.
有機薄膜トランジスタを作製するさらに別の方法は、ゲート電極を提供する工程と、ゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、前記ゲート電極の反対側の前記ゲート誘電体層に隣接してソース電極およびドレイン電極を配置し、前記ソース電極および前記ドレイン電極が、前記ゲート誘電体層の上の領域によって分離される工程と、前記ソース電極上に、前記ドレイン電極上に、および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の領域に半導体層を作製する工程とを必要とする。前記半導体層は、式IまたはIIの化合物を含有する。 Yet another method of fabricating an organic thin film transistor includes providing a gate electrode, depositing a gate dielectric layer on the surface of the gate electrode, and adjacent to the gate dielectric layer opposite the gate electrode. A source electrode and a drain electrode, wherein the source electrode and the drain electrode are separated by a region on the gate dielectric layer, on the source electrode, on the drain electrode, and And a step of forming a semiconductor layer in a region between the source electrode and the drain electrode. The semiconductor layer contains a compound of formula I or II.
本発明の上記の要旨は、本発明の各々開示された実施態様または全ての実施について記載することを意図しない。以下の図面、詳細な説明および実施例は、これらの実施態様をより詳しく例示する。本発明は様々な改良および別の形態が可能であるが、その詳細は図面において例示され、詳細に記載される。しかしながら、本発明は、記載された特定の実施態様に本発明を限定するものではないことは、理解されるはずである。一方、本発明は、本発明の精神および範囲内にある全ての改良、等価物、および代替物に及ぶものとする。 The above summary of the present invention is not intended to describe each disclosed embodiment or every implementation of the present invention. The following drawings, detailed description and examples illustrate these embodiments in more detail. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, the details thereof are illustrated in the drawings and will be described in detail. However, it should be understood that the invention is not limited to the specific embodiments described. On the contrary, the invention is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
本発明は、添付した図面と併せて本発明の様々な実施態様の以下の詳細な説明を考察してより完全に理解され得る。 The invention may be more fully understood in view of the following detailed description of various embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
新規なペルフルオロエーテルアシル(オリゴ)チオフェン化合物が提供される。前記新規な化合物は一般式: Novel perfluoroether acyl (oligo) thiophene compounds are provided. The novel compound has the general formula:
であり、上式中、Yが水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、およびアリール基またはペルフルオロエーテルアシル基であり、pが少なくとも1、好ましくは少なくとも2であり、Rfがペルフルオロエーテル基である。 Wherein Y is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, and an aryl group or a perfluoroether acyl group, p is at least 1, preferably at least 2, and R f is a perfluoroether group.
好ましいα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物が提供される。前記新規な化合物は、一般式: Preferred α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compounds are provided. The novel compound has the general formula:
であり、上式中、各Rfがペルフルオロエーテル基であり、およびnが少なくとも2である。 Wherein each R f is a perfluoroether group and n is at least 2.
本発明は、半導体デバイスを提供し、およびペルフルオロエーテルアシル(オリゴ)チオフェン化合物を含有する半導体層を備える半導体デバイスを作製する方法を提供する。適したチオフェン基には、2〜6個の連続的に連結したチオフェン環を有するチオフェン基を含める。 The present invention provides a semiconductor device and a method for making a semiconductor device comprising a semiconductor layer containing a perfluoroetheracyl (oligo) thiophene compound. Suitable thiophene groups include thiophene groups having 2 to 6 consecutively linked thiophene rings.
定義
本明細書中で用いられるとき、用語「a」、「an」、および「the」は「少なくとも1つの」と交換可能に用いられ、記載される要素の1つまたは複数を意味する。
Definitions As used herein, the terms “a”, “an”, and “the” are used interchangeably with “at least one” to mean one or more of the elements being described.
「アルキル」は、1〜約12個の炭素原子を有する飽和一価炭化水素基または3〜約12個の炭素原子を有する分岐状飽和一価炭化水素基、例えば、メチル、エチル、1−プロピル、2−プロピル、ペンチル等を意味する。 “Alkyl” means a saturated monovalent hydrocarbon group having 1 to about 12 carbon atoms or a branched saturated monovalent hydrocarbon group having 3 to about 12 carbon atoms, such as methyl, ethyl, 1-propyl , 2-propyl, pentyl and the like.
「アルキレン」は、1〜約12個の炭素原子を有する飽和二価炭化水素基または3〜約12個の炭素原子を有する分岐状飽和二価炭化水素基、例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、2−メチルプロピレン、ペンチレン、ヘキシレン等を意味する。 “Alkylene” means a saturated divalent hydrocarbon group having 1 to about 12 carbon atoms or a branched saturated divalent hydrocarbon group having 3 to about 12 carbon atoms, such as methylene, ethylene, propylene, 2 -Means methylpropylene, pentylene, hexylene and the like;
「アルキレンオキシ」は、アルキレン基が酸素原子を末端とする以外、アルキレンについて上に与えられた意味を本質的に有する、例えば、−CH2CH2O−、−CH2CH2CH2O−、−CH2CH2CH2CH2O−、−CH2CH(CH3)CH2O−等。 “Alkyleneoxy” essentially has the meaning given above for alkylene, except the alkylene group is terminated by an oxygen atom, eg, —CH 2 CH 2 O—, —CH 2 CH 2 CH 2 O— , -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O -, - CH 2 CH (CH 3) CH 2 O- and the like.
用語「アリール」は、フェニルなどの単一環、またはナフチルまたはアントリルなどの多縮合環を有する一価不飽和芳香族炭素環基を指す。 The term “aryl” refers to a monounsaturated aromatic carbocyclic group having a single ring such as phenyl or multiple condensed rings such as naphthyl or anthryl.
本明細書中で用いられるとき、用語「オリゴチオフェン」は、連続した2位置において共有結合によって連結した少なくとも2つのチオフェン反復単位を有するオリゴマーを指す。「(オリゴ)チオフェン」は、1つのチオフェン環を有するチオフェン化合物および2つ以上のチオフェン環を有するオリゴマーチオフェン化合物(オリゴチオフェン)を包含するものとする。 As used herein, the term “oligothiophene” refers to an oligomer having at least two thiophene repeat units linked by covalent bonds in two consecutive positions. “(Oligo) thiophene” includes thiophene compounds having one thiophene ring and oligomeric thiophene compounds (oligothiophene) having two or more thiophene rings.
「ペルフルオロアルキル」は、アルキル基の水素原子の全てまたは本質的に全てがフッ素原子によって置換されていること以外、「アルキル」について上に与えられた意味を本質的に有し、炭素原子の数は1〜約12であり、例えば、ペルフルオロプロピル、ペルフルオロブチル、ペルフルオロオクチル等である。 “Perfluoroalkyl” essentially has the meaning given above for “alkyl” except that all or essentially all of the hydrogen atoms of the alkyl group are replaced by fluorine atoms, and the number of carbon atoms Is 1 to about 12, for example, perfluoropropyl, perfluorobutyl, perfluorooctyl and the like.
「ペルフルオロアルキレン」は、アルキレン基の水素原子の全てまたは本質的に全てがフッ素原子によって置換されていること以外、「アルキレン」について上に与えられた意味を本質的に有し、例えば、ペルフルオロプロピレン、ペルフルオロブチレン、ペルフルオロオクチレン等である。 “Perfluoroalkylene” essentially has the meaning given above for “alkylene” except that all or essentially all of the hydrogen atoms of the alkylene group are replaced by fluorine atoms, eg perfluoropropylene Perfluorobutylene, perfluorooctylene and the like.
「ペルフルオロアルキルオキシ」は、アルキオキシ(alkyoxy)基の水素原子の全てまたは本質的に全てがフッ素原子によって置換されていること以外、「アルキルオキシ」について上に与えられた意味を本質的に有し、炭素原子の数は3〜約12であり、例えば、CF3CF2O−、CF3CF2CF2CF2O−、C3F7CF(CF3)O−等である。 “Perfluoroalkyloxy” essentially has the meaning given above for “alkyloxy” except that all or essentially all of the hydrogen atoms of the alkoxy group are replaced by fluorine atoms. The number of carbon atoms is from 3 to about 12, for example, CF 3 CF 2 O—, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 O—, C 3 F 7 CF (CF 3 ) O—, and the like.
「ペルフルオロアルキレンオキシ」は、アルキレンオキシ基の水素原子の全てまたは本質的に全てがフッ素原子によって置換されていること以外、「アルキレンオキシ」について上に与えられた意味を本質的に有し、例えば、−CF2O−、−CF2CF2O−、−CF2CF(CF3)O−等である。 “Perfluoroalkyleneoxy” essentially has the meaning given above for “alkyleneoxy”, except that all or essentially all of the hydrogen atoms of the alkyleneoxy group are replaced by fluorine atoms, eg , -CF 2 O -, - CF 2 CF 2 O -, - CF 2 CF (CF 3) is O- and the like.
「ペルフルオロエーテル」は、2〜約50個の炭素原子および少なくとも1個のエーテル酸素原子を有する飽和過フッ素化一価アルキル基であり、例えば、CF3CF2OCF2−、CF3CF2CF2CF2OCF2CF2−、CF3CF(CF3)OCF2CF2OCF2CF2−、CF3CF(CF3)O−[CF(CF3)−CF2O]n−CF(CF3)−等である。「ペルフルオロエーテル」は、ペルフルオロモノエーテルおよびペルフルオロポリエーテルを包含する。 “Perfluoroether” is a saturated perfluorinated monovalent alkyl group having from 2 to about 50 carbon atoms and at least one ether oxygen atom, such as CF 3 CF 2 OCF 2 —, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 OCF 2 CF 2 —, CF 3 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 OCF 2 CF 2 —, CF 3 CF (CF 3 ) O— [CF (CF 3 ) —CF 2 O] n —CF ( CF 3 ) − and the like. “Perfluoroether” includes perfluoromonoethers and perfluoropolyethers.
半導体デバイス
式
Semiconductor device type
の化合物を含有する半導体層を有する半導体デバイスが提供され、上式中、各Rfがペルフルオロエーテル基であり、nが少なくとも2、好ましくは3〜6である。Rfはモノエーテルまたはポリエーテル、すなわち、一価ペルフルオロアルコキシアルキレン基または一価ペルフルオロポリエーテル基であってもよい。 A semiconductor device having a semiconductor layer containing the compound is provided, wherein each R f is a perfluoroether group and n is at least 2, preferably 3-6. R f may be a monoether or polyether, ie a monovalent perfluoroalkoxyalkylene group or a monovalent perfluoropolyether group.
式IおよびIIのフッ素化エーテルのペルフルオロヘテロアルキル基Rfは好ましくは、式:
Rf 1−O−(Rf 2)x−(Rf 3)− (III)
に相当し、上式中、Rf 1が、1〜10個の炭素原子、好ましくは1〜6個の炭素原子を有するペルフルオロアルキル基を表し、(Rf 2)xが、1〜10個の過フッ素化炭素原子、好ましくは1〜6個の炭素原子を有するペルフルオロアルキレンオキシ基Rf 2からなるペルフルオロポリアルキレンオキシ基を表し、Rf 3が、1〜10個の過フッ素化炭素原子、好ましくは1〜6個の炭素原子を有するペルフルオロアルキレン基を表し、xが0〜25、好ましくは少なくとも1、より好ましくは1〜4である。式(III)のペルフルオロアルキルおよびペルフルオロアルキレン基は、直鎖または分岐状であってもよい。典型的なペルフルオロアルキル基はCF3−CF2−CF2−である。例えば、Rf 3は−CF2−または-CF(CF3)−である。
The perfluoroheteroalkyl group R f of the fluorinated ethers of formulas I and II is preferably of the formula:
R f 1 -O- (R f 2 ) x - (R f 3) - (III)
Wherein R f 1 represents a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms, and (R f 2 ) x is 1 to 10 carbon atoms. A perfluoropolyalkyleneoxy group consisting of a perfluoroalkyleneoxy group R f 2 having 1 to 6 carbon atoms, wherein R f 3 is 1 to 10 perfluorinated carbon atoms Represents a perfluoroalkylene group having preferably 1 to 6 carbon atoms, and x is 0 to 25, preferably at least 1 and more preferably 1 to 4. The perfluoroalkyl and perfluoroalkylene groups of formula (III) may be linear or branched. A typical perfluoroalkyl group is CF 3 —CF 2 —CF 2 —. For example, R f 3 is —CF 2 — or —CF (CF 3 ) —.
ペルフルオロアルキル基Rf 1の例には、CF3−CF2−、CF3−CF(CF3)−、CF3−CF2−CF2−、CF3−、CF3−CF2CF2−CF(CF3)−、CF3−CF2CF(C3F7)−、CF3−CF(C3F7)CF2−、およびCF3−CF2−CF2−CF2−などがある。 Examples of the perfluoroalkyl group R f 1 include CF 3 —CF 2 —, CF 3 —CF (CF 3 ) —, CF 3 —CF 2 —CF 2 —, CF 3 —, CF 3 —CF 2 CF 2 —. CF (CF 3) -, CF 3 -CF 2 CF (C 3 F 7) -, CF 3 -CF (C 3 F 7) CF 2 -, and CF 3 -CF 2 -CF 2 -CF 2 - and is there.
過フッ素化ポリアルキレンオキシ基Rf 2のペルフルオロアルキレンオキシ基の例には、−CF2−CF2−O−、−CF(CF3)−CF2−O−、−CF2−CF(CF3)−O−、−CF2−CF2−CF2−O−、−CF2−O−、−CF(CF3)−O−、および−CF2−CF2−CF2−CF2−O−などがある。 Examples of the perfluoroalkyleneoxy group of the perfluorinated polyalkyleneoxy group R f 2 include —CF 2 —CF 2 —O—, —CF (CF 3 ) —CF 2 —O—, —CF 2 —CF (CF 3) -O -, - CF 2 -CF 2 -CF 2 -O -, - CF 2 -O -, - CF (CF 3) -O-, and -CF 2 -CF 2 -CF 2 -CF 2 - O- etc.
ペルフルオロアルキレン基Rf 3の例には、−CF2−CF2−、−CF(CF3)−CF2−、−CF2−CF(CF3)−、−CF2−CF2−CF2−、−CF2−、−CF(CF3)−、および−CF2−CF2−CF2−CF2−などがある。 Examples of perfluoroalkylene group R f 3, -CF 2 -CF 2 -, - CF (CF 3) -CF 2 -, - CF 2 -CF (CF 3) -, - CF 2 -CF 2 -CF 2 -, - CF 2 -, - CF (CF 3) -, and -CF 2 -CF 2 -CF 2 -CF 2 - , and the like.
ペルフルオロアルキレンオキシ基Rf 2は、同じペルフルオロアルキレンオキシ単位または異なったペルフルオロアルキレンオキシ単位の混合物から成ってもよい。ペルフルオロアルキレンオキシ基が異なったペルフルオロアルキレンオキシ単位から成るとき、それらは、不規則構造、交互構造において存在してもよく、またはそれらはブロックとして存在してもよい。ペルフルオロポリアルキレンオキシ基の典型的な例には、−[CF2−CF2−O]n−、−[CF(CF3)−CF2−O]n−、−[CF2CF2−O]i−[CF2O]j−および−[CF2−CF2−O]l−[CF(CF3)−CF2−O]m−などがあり、nは1〜25の整数であり、およびi、l、mおよびjは各々、1〜25の整数である。 The perfluoroalkyleneoxy group R f 2 may consist of the same perfluoroalkyleneoxy unit or a mixture of different perfluoroalkyleneoxy units. When the perfluoroalkyleneoxy group consists of different perfluoroalkyleneoxy units, they may be present in irregular, alternating structures, or they may be present as blocks. Typical examples of perfluoropolyalkyleneoxy groups include — [CF 2 —CF 2 —O] n —, — [CF (CF 3 ) —CF 2 —O] n —, — [CF 2 CF 2 —O ] i - [CF 2 O] j - and - [CF 2 -CF 2 -O] l - [CF (CF 3) -CF 2 -O] m - include, n represents an integer from 1 to 25 , And i, l, m and j are each an integer of 1 to 25.
特定の実施態様において、フッ素化ポリエーテルRfは、以下の式(IV):
Rf 1−O−[CF(CF3)−CF2O]x−CF(CF3)− (IV)
に相当し、上式中、Rf 1は過フッ素化アルキル基、例えば、1〜6個の炭素原子を有する直鎖または分岐状過フッ素化アルキル基を表し、xは、0〜25、好ましくは少なくとも1、より好ましくは1〜4の整数である。式(IV)に相当する好ましい過フッ素化ポリエーテル基は、CF3−CF(CF3)−O−[CF(CF3)−CF2O]x−CF(CF3)−であり、xは1〜4の整数である。このペルフルオロポリエーテルをヘキサフルオロプロピレンオキシドのオリゴマー化から誘導することができる。
In certain embodiments, the fluorinated polyether R f has the following formula (IV):
R f 1 -O- [CF (CF 3) -CF 2 O] x -CF (CF 3) - (IV)
In the above formula, R f 1 represents a perfluorinated alkyl group, for example, a linear or branched perfluorinated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and x is 0 to 25, preferably Is an integer of at least 1, more preferably 1-4. A preferred perfluorinated polyether group corresponding to formula (IV) is CF 3 —CF (CF 3 ) —O— [CF (CF 3 ) —CF 2 O] x —CF (CF 3 ) —, Is an integer from 1 to 4. This perfluoropolyether can be derived from the oligomerization of hexafluoropropylene oxide.
好ましいペルフルオロエーテル基Rfは、ヘキサフルオロプロピレンオキシド(HFPO)から誘導されたダイマー、トライマーおよびテトラマーであり、構造: Preferred perfluoroether groups R f are dimers, trimers and tetramers derived from hexafluoropropylene oxide (HFPO) and have the structure:
に相当する。 It corresponds to.
相当する酸、酸ハロゲン化物およびエステルは、本技術分野に公知である、ヘキサフルオロプロピレンオキシドのオリゴマー化、またはヘキサフルオロプロピレンの酸化オリゴマー化から調製されてもよい。これらの化合物の多くは、サウスカロライナ州、コロンビアのマトリックス・サイエンティフィック(Matrix Scientific, Columbia,SC)から市販されている。 Corresponding acids, acid halides and esters may be prepared from oligomerization of hexafluoropropylene oxide or oxidative oligomerization of hexafluoropropylene, which are known in the art. Many of these compounds are commercially available from Matrix Scientific, Columbia, SC, Columbia, South Carolina.
式(IV)の化合物は、例えばヘキサフルオロプロピレンオキシドのオリゴマー化によって得られ、ペルフルオロポリエーテルカルボニルフルオリドをもたらす。このカルボニルフルオリドは、当業者に公知の反応によって酸、またはエステルに変換されてもよい。次に、カルボニルフルオリドまたはアシルフルオリド、酸、またはそれから誘導されたエステルをさらに反応させて公知のアシル化手順によって所望のペルフルオロエーテル基をオリゴチオフェン化合物に導入してもよい。例えば、米国特許第6,127,498号明細書または米国特許第3,536,710号明細書には、所望のアシル部分を有する式(IV)の化合物を製造するのに適した方法が記載されている。 Compounds of formula (IV) are obtained, for example, by oligomerization of hexafluoropropylene oxide, resulting in perfluoropolyether carbonyl fluoride. The carbonyl fluoride may be converted to an acid or ester by reactions known to those skilled in the art. The carbonyl fluoride or acyl fluoride, acid, or ester derived therefrom may then be further reacted to introduce the desired perfluoroether group into the oligothiophene compound by known acylation procedures. For example, US Pat. No. 6,127,498 or US Pat. No. 3,536,710 describe methods suitable for preparing compounds of formula (IV) having the desired acyl moiety. Has been.
過フッ素化ポリエーテルの調製のための材料および手順に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第3,242,218号明細書(ミラー(Miller))、米国特許第3,322,826号明細書(ムーア(Moore))、米国特許第3,250,808号明細書(ムーアら)、米国特許第3,274,239号明細書(セルマン(Selman))、米国特許第3,293,306号明細書(LeBleuら)、米国特許第3,810,874号明細書(ミッチ(Mitsch)ら)、米国特許第3,544,537号明細書(ブレイス(Brace))、米国特許第3,553,179号明細書(バートレット)、米国特許第3,864,318号明細書(カポリチオ(Caporiccio)ら)、米国特許第4,321,404号明細書(ウイリアムズ(Williams)ら)、米国特許第4,647,413号明細書(サブ(Savu))、米国特許第4,818,801号明細書(ライス(Rice)ら)、米国特許第4,472,480号明細書(オルソン(Olson))、米国特許第4,567,073号明細書(ラーソン(Larson)ら)、米国特許第4,830,910号明細書(ラーソン)、米国特許第5362919号明細書(コステロ(Costello))米国特許第5578278号明細書(フォール(Fall))および米国特許第5,306,758号明細書(ペレリット(Pellerite))に見出すことができる。パトリシア・M・サブ(Patricia M.Savu)著、Fluorinated Higher Carboxylic Acids, 11 Kirk−Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 551−58(第4版、1994年)もまた、参照のこと。 For further details regarding materials and procedures for the preparation of perfluorinated polyethers, see, for example, US Pat. No. 3,242,218 (Miller), US Pat. No. 3,322,826 ( Moore), US Pat. No. 3,250,808 (Moore et al.), US Pat. No. 3,274,239 (Selman), US Pat. No. 3,293,306 (LeBleu et al.), US Pat. No. 3,810,874 (Mitsch et al.), US Pat. No. 3,544,537 (Brace), US Pat. No. 3,553. 179 (Bartlett), US Pat. No. 3,864,318 (Caporicio et al.), US Pat. No. 4,321,4 4 (Williams et al.), US Pat. No. 4,647,413 (Savu), US Pat. No. 4,818,801 (Rice et al.), US Patent No. 4,472,480 (Olson), U.S. Pat. No. 4,567,073 (Larson et al.), U.S. Pat. No. 4,830,910 (Larson) US Pat. No. 5,362,919 (Costello), US Pat. No. 5,578,278 (Fall) and US Pat. No. 5,306,758 (Pellerite). . See Patricia M. Savu, Fluorinated High Carboxylic Acids, 11 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th edition, 551-94 (also 4th edition, 551-94).
式Iのペルフルオロエーテルアシル(オリゴ)チオフェン化合物(Yはペルフルオロエーテルアシル基ではない)を以下のように調製してもよい。(BF3−Et2Oなどのルイス酸触媒の存在下で)チオフェン(Y=H)をアルキルリチウム試薬で処理し、その後に、ペルフルオロエーテルエステルでアシル化してモノペルフルオロエーテルアシル化合物を製造してもよい。相当する5−アルキルまたは5−アリール化合物(Y=アルキルまたはアリール)は、(本技術分野に公知であるような)2−アルキルまたは2−アリールチオフェンから出発し、その後に、アシル化および場合により臭素化を行う類似経路によって調製されてもよい。相当する2−ブロモ−5−ペルフルオロエーテルアシル化合物は、2,5−ジブロモチオフェンをモノアシル化して2−ブロモ−5−ペルフルオロエーテルアシル化合物を直接に製造することによって調製されてもよい。 A perfluoroetheracyl (oligo) thiophene compound of formula I (Y is not a perfluoroetheracyl group) may be prepared as follows. Treating thiophene (Y = H) with an alkyl lithium reagent (in the presence of a Lewis acid catalyst such as BF 3 -Et 2 O) followed by acylation with a perfluoroether ester to produce a monoperfluoroether acyl compound Also good. The corresponding 5-alkyl or 5-aryl compound (Y = alkyl or aryl) starts from 2-alkyl or 2-arylthiophene (as is known in the art) followed by acylation and optionally It may be prepared by a similar route of bromination. The corresponding 2-bromo-5-perfluoroether acyl compound may be prepared by monoacylating 2,5-dibromothiophene to produce the 2-bromo-5-perfluoroether acyl compound directly.
より高いチオフェン化合物(YがH、ハロゲン、アルキルまたはアリールである)は、以下の一般スキームによってチエニルスタナンとα−ブロモ−ω−ペルフルオロエーテルアシルチオフェンとのスティルカップリングによって調製されてもよい。 Higher thiophene compounds (Y is H, halogen, alkyl or aryl) may be prepared by Stille coupling of thienylstannane and α-bromo-ω-perfluoroether acylthiophene according to the following general scheme.
式IIの好ましいα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物は、スティルカップリング反応による反応スキームAによって調製されてもよい。概して、オリゴチオフェンは、ビス(トリアルキルスタンニル)チオフェン(例えば2,5−ビス(トリアルキルスタンニル)チオフェンまたは5,5’−ビス(トリアルキルスタンニル)ビチオフェン)を2−ペルフルオロエーテルアシル5−ハロチオフェン(または5−ペルフルオロエーテルアシル5’−ハロビチオフェン)と、パラジウム触媒の存在下で反応させることによって調製されてもよい。 Preferred α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compounds of formula II may be prepared by Reaction Scheme A with a Still coupling reaction. Generally, oligothiophenes are bis (trialkylstannyl) thiophenes (eg 2,5-bis (trialkylstannyl) thiophene or 5,5′-bis (trialkylstannyl) bithiophene) 2-perfluoroether acyl 5 It may be prepared by reacting with -halothiophene (or 5-perfluoroetheracyl 5'-halobithiophene) in the presence of a palladium catalyst.
2−ハロ−5−ペルフルオロエーテルアシルチオフェン(式VIのかかる化合物)または5−ハロ−5’−ペルフルオロエーテルアシルビチオフェン(式Xのかかる化合物)をビス(トリアルキルスタンニル)化合物(すなわち、式VまたはVIII、式中、Rはアルキル基である)と反応させてα,ω−ビス(2−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン(すなわち、式VII、IX、XIまたはXII)を形成することができる。スティルカップリング反応は、ファリーナ・V.(FarinaV.)およびクリシュナマーシィ,V.(Krishnamurthy,V.)著、Organic Reactions、L.A.パケット(L.A.Paquette)編、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ(John Wiley and Sons)、1997年、vol.50、1〜652ページに概説されるように行われてもよい。反応生成物は、真空昇華などによるいずれかの公知の方法によって半導体銘柄材料に精製されてもよい。 2-halo-5-perfluoroether acylthiophene (such a compound of formula VI) or 5-halo-5′-perfluoroether acylbithiophene (such a compound of formula X) is converted to a bis (trialkylstannyl) compound (ie, the formula V or VIII, where R is an alkyl group, can be reacted to form α, ω-bis (2-perfluoroether acyl oligothiophene (ie, formula VII, IX, XI or XII). Still coupling reactions are described by Farina V. and Krishnamurthy, V., Organic Reactions, LA Packets, LA Wicket and John Wiley &.・ Sands (John Wiley and Sons, 1997, vol.50, pages 1 to 652. The reaction product may be purified to semiconductor grade material by any known method, such as by vacuum sublimation. Also good.
反応スキームA Reaction Scheme A
式VおよびVIIIのビス−トリアルキルスタンニルチオフェン化合物は公知である。Y.ウェイ(Y.Wei)ら著、Chem.Mater.Vol.8、1996年、2659〜2666ページを参照することができる。 Bis-trialkylstannylthiophene compounds of the formulas V and VIII are known. Y. Y. Wei et al., Chem. Mater. Vol. 8, 1996, pages 2659-2666.
式VIのモノアシル化合物は、2,5−ジハロチオフェンをアルキルリチウム化合物で処理して2−ブロモ−5−リチオチオフェンを製造し、その後に、三フッ化ホウ素エーテラートの存在下で過フッ素化エーテルエステル(または等価物)と反応させることによって製造されてもよい。この方法は所望の生成物Vを高収率で生じ、銅酸塩を形成した後に過フッ素化アシル化合物と反応させるなどの他の公知の方法よりも優れていることがわかった。 A monoacyl compound of formula VI is prepared by treating 2,5-dihalothiophene with an alkyllithium compound to produce 2-bromo-5-lithiothiophene, followed by perfluorinated ether in the presence of boron trifluoride etherate. It may be prepared by reacting with an ester (or equivalent). This method yielded the desired product V in high yield and was found to be superior to other known methods such as reacting with perfluorinated acyl compounds after forming the cuprate.
モノアシルビチオフェン化合物Xは、最初に(in situ生成された)5−リチオ−2,2’−ビチオフェンを過フッ素化エーテルエステル(または等価物)と、三フッ化ホウ素エーテラートの存在下で)反応させる工程と、その後に、N−ブロモスクシンイミドなどによって臭素化する工程を含む二段階合成によって調製されてもよい。 Monoacylbithiophene compound X is prepared by first producing (in situ generated) 5-lithio-2,2′-bithiophene in the presence of a perfluorinated ether ester (or equivalent) and boron trifluoride etherate) It may be prepared by a two-step synthesis including a reaction step and subsequent bromination with N-bromosuccinimide or the like.
化合物VIおよびXに関して、5−ハロ−5’−ペルフルオロエーテルアシルチオフェン化合物は、本発明のビス−ペルフルオロエーテルチオフェン化合物の調製において有用である。このような新規な化合物は、一般式: With respect to compounds VI and X, 5-halo-5'-perfluoroether acylthiophene compounds are useful in the preparation of the bis-perfluoroetherthiophene compounds of the present invention. Such novel compounds have the general formula:
であり、上式中、YがH、ハロゲン、アリールまたはアルキル基であり、Rfがペルフルオロエーテル基であり、pが1〜6である。pが2以上である化合物は、式VIまたはXの化合物をモノ−トリアルキルスタンニルチオフェンまたはモノ−トリアルキルスタンニルビチオフェンとスティルカップリング反応させ、その後に、末端チオフェン環のω−5位置のハロゲン化によって調製されてもよい。 Wherein Y is H, a halogen, an aryl or an alkyl group, R f is a perfluoroether group, and p is 1-6. A compound wherein p is 2 or more is obtained by reacting a compound of formula VI or X with a mono-trialkylstannylthiophene or mono-trialkylstannylbithiophene, followed by a ω-5 position of the terminal thiophene ring. May be prepared by halogenation.
式XIIIのビチオフェン化合物は、ポートノイ(Portnoy)、J.Org.Chem、vol.32、1967年、pp 233〜4ページに記載された手順によって5−ブロモ−2−チエニルマグネシウムブロミドおよびペルフルオロエーテル酸ハロゲン化物をカップリングすることによって調製されてもよい。ウルマン(Ullman)カップリング反応もまた、有用である場合がある。 Bithiophene compounds of formula XIII are described in Portnoy, J. et al. Org. Chem, vol. 32, 1967, pp 233-4, may be prepared by coupling 5-bromo-2-thienylmagnesium bromide and perfluoroether acid halide. The Ullman coupling reaction may also be useful.
不斉α,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン(すなわち、異なったペルフルオロエーテルアシル基を有するオリゴチオフェン)は、例えば、異なったRf基を有する式VIまたはXの化合物の混合物を使用することによって調製されてもよいが、生成物の混合物が生じる。反応スキームの各々に対して、好ましいブロモ置換チオフェンが示されるが、他のハロゲン化物も使用されてもよい。 Asymmetric α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophenes (ie, oligothiophenes having different perfluoroether acyl groups) use, for example, a mixture of compounds of formula VI or X having different R f groups May result in a mixture of products. For each of the reaction schemes, preferred bromo-substituted thiophenes are shown, but other halides may be used.
他の合成方法を用いてα,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を調製することができる。例えば、チオフェン−2−アルデヒドをペルフルオロエーテル有機金属化合物(in situ生成されたRf−Liなど)と反応させて、示されたアルコールを製造してもよい。これは、5位置において臭素化され、その後に、ヒドロキシル基の、ケトンへの酸化が行われてもよい。米国特許第6,608,323号明細書および米国特許第6,585,914号明細書(マークス(Marks)ら)に記載された一般的方法を参照してもよい。 Other synthetic methods can be used to prepare α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compounds. For example, thiophene-2-aldehyde may be reacted with a perfluoroether organometallic compound (such as R f -Li generated in situ) to produce the indicated alcohol. This may be brominated at the 5 position, followed by oxidation of the hydroxyl group to a ketone. Reference may be made to the general methods described in US Pat. No. 6,608,323 and US Pat. No. 6,585,914 (Marks et al.).
本発明の化合物は、nチャネル半導体として用いられてもよい。α,ω−ビス−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層が半導体デバイスのどのタイプに含有されてもよい。半導体デバイスは、例えば、S.M.セー(S.M.Sze)著、Physics of Semiconductor Devices、第2版、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ(John Wiley and Sons)、ニューヨーク(1981年)によって記載されている。このようなデバイスは、整流器、トランジスタ(p−n−p、n−p−nなどの多くのタイプ、および薄膜トランジスタがある)、光導電体、電流リミッタ、サーミスタ、p‐n接合、電界効果ダイオード、ショットキーダイオード等を備えてもよい。 The compounds of the present invention may be used as n-channel semiconductors. A semiconductor layer containing an α, ω-bis-perfluoroether acyl oligothiophene compound may be included in any type of semiconductor device. The semiconductor device is, for example, S.I. M.M. By S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices , 2nd edition, John Wiley and Sons, New York (1981). Such devices include rectifiers, transistors (many types such as pnp, npn, and thin film transistors), photoconductors, current limiters, thermistors, pn junctions, field effect diodes. A Schottky diode or the like may be provided.
半導体デバイスは、回路を形成するために用いられるトランジスタ、トランジスタのアレイ、ダイオード、コンデンサ、埋め込みコンデンサ、およびレジスタなどの部品を備えることができる。また、半導体デバイスは、電子機能を果たす回路のアレイを備えることができる。これらのアレイ、または集積回路の例は、インバータ、発振器、シフトレジスタ、およびロジックである。これらの半導体デバイスおよびアレイの適用には、高周波識別装置(RFID)、スマートカード、ディスプレイバックプレーン、センサー、メモリデバイス等がある。 A semiconductor device can include components such as transistors, transistor arrays, diodes, capacitors, embedded capacitors, and resistors used to form a circuit. The semiconductor device can also include an array of circuits that perform electronic functions. Examples of these arrays, or integrated circuits, are inverters, oscillators, shift registers, and logic. Applications of these semiconductor devices and arrays include radio frequency identification devices (RFID), smart cards, display backplanes, sensors, memory devices, and the like.
各半導体デバイスは、式IまたはIIの化合物を有する半導体層を含有する。半導体層を導電性層、誘電体層、またはそれらの組合せと組み合わせて半導体デバイスを形成することができる。半導体デバイスを公知の方法、例えば、ピーター・ヴァン・ザント(Peter Van Zant)著、Microchip Fabrication、第4版、McGraw−Hill、ニューヨーク(2000年)に記載された方法によって作製または製造することができる。 Each semiconductor device contains a semiconductor layer having a compound of formula I or II. The semiconductor layer can be combined with a conductive layer, a dielectric layer, or a combination thereof to form a semiconductor device. Semiconductor devices can be made or manufactured by known methods, such as those described by Peter Van Zant, Microchip Fabrication , 4th edition, McGraw-Hill, New York (2000). .
半導体デバイスのいくつかは有機薄膜トランジスタである。有機薄膜トランジスタ10の1つの実施態様が図1Aに示される。有機薄膜トランジスタ(OTFT)10は、任意の基板12、任意の基板12上に配置されたゲート電極14、ゲート電極14上に配置されたゲート誘電体材料16、ゲート誘電体層16上に配置された任意の表面処理層18、ソース電極22、ドレイン電極24、およびソース電極22とドレイン電極24との両方と接触している半導体層20を備える。ソース電極22およびドレイン電極24が半導体層20の表面上の領域において互いに分離される(すなわち、ソース電極22はドレイン電極24と接触しない)。ソース電極とドレイン電極との間に配置される半導体層の一部は、チャネル21と称される。チャネルは、ゲート電極14、ゲート誘電体層16、および任意の表面処理層18の上に配置される。半導体層20は、ゲート誘電体層16または表面処理層18と接触する。
Some of the semiconductor devices are organic thin film transistors. One embodiment of the organic
有機薄膜トランジスタの第2の実施態様が図1Bに示される。このOTFT100は、任意の基板12上に配置されたゲート電極14、ゲート電極14上に配置されたゲート誘電体層16、ゲート誘電体層16上に配置された任意の表面処理層18、半導体層20、および半導体層20上に配置されたソース電極22およびドレイン電極24を備える。この実施態様において、半導体層20はゲート誘電体層16とソース電極22およびドレイン電極24の両方との間にある。半導体層20は、ゲート誘電体層16または任意の表面処理層18と接触することができる。ソース電極22およびドレイン電極24は、半導体層20の表面上の領域において互いに分離される(すなわち、ソース電極22は、ドレイン電極24と接触しない)。チャネル21は、ソース電極22とドレイン電極24との間に配置される半導体層の一部である。チャネル21は、ゲート電極14、ゲート誘電体層16、および任意の表面処理層18の上に配置される。
A second embodiment of the organic thin film transistor is shown in FIG. 1B. The
図1Aおよび図1Bにおいて示された半導体デバイス構造の運転において、電圧をドレイン電極24に印加することができる。しかしながら、ソース電極22に対して、正電圧が同じくゲート電極14に印加されなければ、電荷(すなわち、電流)はソース電極22に流されない。すなわち、電圧がゲート電極14に印加されなければ、半導体層20のチャネル21は非導電状態のままである。電圧をゲート電極14に印加したとき、チャネル21は導電性になり、電荷がチャネル21を通ってソース電極22からドレイン電極24に流れる。
In operation of the semiconductor device structure shown in FIGS. 1A and 1B, a voltage can be applied to the
基板12はしばしば、製造、試験、および/または使用中にOTFTを支持する。場合により、基板は、OTFTの電気的機能を提供することができる。例えば、基板の裏側は電気的接触を提供することができる。有用な支持材料には、無機ガラス、セラミック材料、ポリマー材料、充填剤入りポリマー材料(例えば、繊維強化ポリマー材料)、金属、紙、織または不織布、被覆または非被覆金属箔、またはそれらの組合せなどがあるがそれらに限定されない。適したポリマー基板には、アクリル系誘導体、エポキシ、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリケトン、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキシド、ポリ(エチレンナフタレート)、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(フェニレンスルフィド)、ポリ(エーテルエーテルケトン)、例えばポリ(オキシ−1,4−フェニレンオキシ−1,4−フェニレンカルボニル−1,4−フェニレン)等がある。
The
ゲート電極14は、導電性材料の1つまたは複数の層を含有することができる。例えば、ゲート電極は、ドープトシリコン材料、金属、合金、導電性ポリマー、またはそれらの組合せを含有することができる。適した金属および合金には、アルミニウム、クロム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、インジウムスズ酸化物(ITO)またはそれらの組合せなどがあるがそれらに限定されない。典型的な導電性ポリマーには、ポリアニリンまたはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホネート)などがあるがそれらに限定されない。いくつかの有機薄膜トランジスタにおいて、同じ材料がゲート電極機能と基板の支持機能との両方を提供することができる。例えば、ドープトシリコンは、ゲート電極と基板との両方として機能することができる。
The
ゲート誘電体層16はゲート電極14上に配置される。このゲート誘電体層16は、ゲート電極14をOTFTデバイスの残りの部分から電気絶縁する。ゲート誘電体のための有用な材料には、例えば、無機誘電体材料、ポリマー誘電体材料、またはそれらの組合せなどがある。ゲート誘電体は、適した材料の単一層または多層であってもよい。単一または多層誘電体の各層は、1つまたは複数の誘電体材料を含有することができる。
A
典型的な無機誘電体材料には、ストロンチエート、タンタレート、チタネート、ジルコネート、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化チタン、窒化シリコン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、酸化ハフニウム等がある。さらに、これらの材料の合金、組合せ、および多層をゲート誘電体層16のために用いることができる。
Typical inorganic dielectric materials include strontate, tantalate, titanate, zirconate, aluminum oxide, silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, silicon nitride, barium titanate, strontium barium titanate, barium zirconate titanate, Examples include zinc selenide, zinc sulfide, and hafnium oxide. In addition, alloys, combinations, and multilayers of these materials can be used for the
典型的なポリマー誘電体材料には、ポリイミド、パリレンC、架橋ベンゾシクロブテン、シアノエチルプルラン、ポリビニルアルコール等がある。例えば、C.D.シェロー(C.D.Sheraw)ら著、“Spin−on polymer gate dielectric for high performance organic thin film transistors”, Materials Research Society Symposium Proceedings、vol.558、403〜408ページ(2000年)、Materials Research Society、米国、ペンシルベニア州、ウォーレンデール(Warrendale,PA,USA)、および米国特許第5,347,144号明細書(Garnier)を参照のこと。 Typical polymeric dielectric materials include polyimide, parylene C, crosslinked benzocyclobutene, cyanoethyl pullulan, polyvinyl alcohol, and the like. For example, C.I. D. C. D. Sheraw et al., “Spin-on polymer gate dielectric for high performance organic thin film transducers, Materials Research Society Society . 558, pages 403-408 (2000), Materials Research Society, Warrendale, PA, USA, and US Pat. No. 5,347,144 (Garnier).
他の典型的な有機ポリマー誘電体には、2003年5月8日に出願された米国特許出願第10/434,377号明細書に開示されているようなシアノ官能性スチレンコポリマーなどのシアノ官能性ポリマーがある。これらのポリマー材料のいくつかは溶液からコートされてもよく、架橋されてもよく、光パターン化されてもよく、高い熱安定性を有することができ(例えば、約250℃の温度まで安定している)、低い加工温度を有することができ(例えば、約150℃未満または約100℃未満)、可撓性基板と親和性であることができ、またはそれらの組合せであってもよい。 Other exemplary organic polymer dielectrics include cyano-functional, such as cyano-functional styrene copolymers as disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 434,377, filed May 8, 2003. There is a functional polymer. Some of these polymeric materials may be coated from solution, cross-linked, photopatterned, and have high thermal stability (eg, stable to a temperature of about 250 ° C. May have a low processing temperature (eg, less than about 150 ° C. or less than about 100 ° C.), may be compatible with a flexible substrate, or a combination thereof.
有機誘電体材料として使用可能な典型的なシアノ官能性ポリマーには、架橋目的のためにメタクリレート官能基を付加することによっておよびシアノ官能基を結合することによって改質されたスチレンマレイン酸無水物コポリマー、ビス(2−シアノエチル)アクリルアミドとアクリル化ポリスチレンマクロマーとの反応生成物、4−ビニルベンジルシアニドから形成されたポリマー、4−(2,2’−ジシアノプロピル)スチレンから形成されたポリマー、4−(1,1’,2−トリシアノエチル)スチレンから形成されたポリマー、および4−(ビス−(シアノエチル)アミノエチル)スチレンから形成されたポリマー、および4−ビニルベンジルシアニドおよび4−ビニルベンジルアクリレートから形成されたコポリマーなどがあるがそれらに限定されない。 Typical cyano-functional polymers that can be used as organic dielectric materials include styrene maleic anhydride copolymers modified by adding methacrylate functional groups for crosslinking purposes and by attaching cyano functional groups Reaction product of bis (2-cyanoethyl) acrylamide and acrylated polystyrene macromer, polymer formed from 4-vinylbenzylcyanide, polymer formed from 4- (2,2′-dicyanopropyl) styrene, 4 Polymers formed from-(1,1 ', 2-tricyanoethyl) styrene, and polymers formed from 4- (bis- (cyanoethyl) aminoethyl) styrene, and 4-vinylbenzyl cyanide and 4-vinylbenzyl Such as copolymers formed from acrylates. But it is not limited to these.
有機薄膜トランジスタは、ゲート誘電体層16と有機半導体層20の少なくとも一部との間に配置された任意の表面処理層18を備えることができる。いくつかの実施態様において、任意の表面処理層18は、ゲート誘電体層と半導体層との間の境界面として役立つ。表面処理層は、自己組織化単層またはポリマー材料であってもよい。
The organic thin film transistor can include an optional
適した自己組織化単層表面処理層は、例えば、米国特許第6,433,359B1号明細書(ケリーら)に開示されている。典型的な自己組織化単層を1−ホスホノ−2−エチルヘキサン、1−ホスホノ−2,4,4−トリメチルペンタン、1−ホスホノ−3,5,5−トリメチルヘキサン、1−ホスホノクタン、1−ホスホノヘキサン、1−ホスホノヘキサデカン、1−ホスホノ−3,7,11,5−テトラメチルヘキサデカン等から形成することができる。 Suitable self-assembled monolayer surface treatment layers are disclosed, for example, in US Pat. No. 6,433,359 B1 (Kelly et al.). Typical self-assembled monolayers are 1-phosphono-2-ethylhexane, 1-phosphono-2,4,4-trimethylpentane, 1-phosphono-3,5,5-trimethylhexane, 1-phosphonooctane, It can be formed from phosphonohexane, 1-phosphonohexadecane, 1-phosphono-3,7,11,5-tetramethylhexadecane and the like.
表面処理層のための有用なポリマーおよびコポリマーは通常、室温において無極性、ガラス状固体である。この層のポリマー材料は典型的に、バルクで測定されたガラス転移温度(Tg)が少なくとも25℃、少なくとも50℃、または少なくとも100℃である。適したポリマー表面処理層は、例えば、米国特許出願公開第2003/0102471A1号明細書(ケリー(Kelley)ら)および米国特許第6,617,609号明細書(ケリーら)に記載されている。 Useful polymers and copolymers for the surface treatment layer are usually nonpolar, glassy solids at room temperature. The polymeric material of this layer typically has a glass transition temperature (T g ) measured in bulk of at least 25 ° C., at least 50 ° C., or at least 100 ° C. Suitable polymeric surface treatment layers are described, for example, in US 2003/0104471 A1 (Kelly et al.) And US Pat. No. 6,617,609 (Kelly et al.).
典型的なポリマー表面処理層は、ポリスチレン、ポリフルオレン、ポリノルボルネン、ポリ(1-ヘキセン)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(アセナフチレン)、ポリ(ビニルナフタレン)、ポリ(ブタジエン)、およびポリ(ビニルアセテート)を含有することができる。他の典型的なポリマー表面処理層は、α−メチルスチレン、4−tert−ブチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−(ホスホノメチル)スチレン、ジビニルベンゼン、およびそれらの組合せから誘導されたポリマーまたはコポリマーを含有することができる。表面処理層のためのさらに他の有用なポリマー材料の例には、ポリ(ジメチルシロキサン)、ポリ(ジメチルシロキサン−co−ジフェニルシロキサン)、ポリ(メチルフェニルシロキサン−co−ジフェニルシロキサン)、ポリ(ジメチルシロキサン−co−メチルフェニルシロキサン)等がある。 Typical polymer surface treatment layers are polystyrene, polyfluorene, polynorbornene, poly (1-hexene), poly (methyl methacrylate), poly (acenaphthylene), poly (vinyl naphthalene), poly (butadiene), and poly (vinyl). Acetate). Other typical polymer surface treatment layers are α-methylstyrene, 4-tert-butylstyrene, 2-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4- (phosphonomethyl) styrene, divinylbenzene, and Polymers or copolymers derived from combinations of these can be included. Examples of other useful polymeric materials for the surface treatment layer include poly (dimethylsiloxane), poly (dimethylsiloxane-co-diphenylsiloxane), poly (methylphenylsiloxane-co-diphenylsiloxane), poly (dimethyl Siloxane-co-methylphenylsiloxane).
表面処理層はしばしば、400オングストローム(Å)より小さい最大厚さを有する。例えば、表面処理層は、200Åより小さく、100Åより小さく、または50Åより小さくてもよい。表面処理層は概して、少なくとも約5Å、少なくとも約10Å、または少なくとも20Åの厚さを有する。厚さは、エリプソメトリーなどの公知の方法によって定量することができる。 Surface treatment layers often have a maximum thickness of less than 400 angstroms (Å). For example, the surface treatment layer may be smaller than 200 mm, smaller than 100 mm, or smaller than 50 mm. The surface treatment layer generally has a thickness of at least about 5 mm, at least about 10 mm, or at least 20 mm. The thickness can be quantified by a known method such as ellipsometry.
ソース電極22およびドレイン電極24は、金属、合金、金属化合物、導電性金属酸化物、導電性セラミック、導電性分散体、および導電性ポリマー、例えば、金、銀、ニッケル、クロム、バリウム、白金、パラジウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素スズ酸化物(FTO)、アンチモンスズ酸化物(ATO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホネート)、ポリアニリン、他の導電性ポリマー、それらの合金、それらの組合せ、およびそれらの多層であってもよい。これらの材料には、本技術分野に公知であるように、n型半導体材料と共に使用するために適しているものがあり、p型半導体材料と共に使用するために適しているものもある。
The
薄膜電極(例えば、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極)は、物理蒸着(例えば、熱的蒸発またはスパッタリング)、インクジェット印刷等の本技術分野に公知のいずれかの手段によって提供することができる。これらの電極のパターン化は、シャドウマスキング、加法フォトリソグラフィ、減法フォトリソグラフィ、印刷、マイクロコンタクトプリンティング、およびパターンコーティングなどの公知の方法によって行うことができる。 Thin film electrodes (eg, gate electrode, source electrode, and drain electrode) can be provided by any means known in the art, such as physical vapor deposition (eg, thermal evaporation or sputtering), ink jet printing, and the like. These electrodes can be patterned by known methods such as shadow masking, additive photolithography, subtractive photolithography, printing, microcontact printing, and pattern coating.
ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体デバイスは、ペンタセンを含有する半導体デバイスなどの公知の有機半導体デバイスと同等である電荷担体移動度および電流オン・オフ比などの性能特性を有する傾向がある。例えば、約1cm2/ボルト−秒のnチャネル移動度および約105より大きいオン・オフ比を有する半導体デバイスを作製することができる。 Semiconductor devices containing perfluoroetheracyl oligothiophene compounds tend to have performance characteristics such as charge carrier mobility and current on / off ratio that are equivalent to known organic semiconductor devices such as semiconductor devices containing pentacene. For example, a semiconductor device having an n-channel mobility of about 1 cm 2 / volt-second and an on / off ratio greater than about 10 5 can be fabricated.
別の態様において、半導体デバイスを作製する方法が提供される。前記方法は、式IまたはIIのペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物(nは好ましくは3〜6である)を含有する半導体層を作製する工程を必要とする。半導体層は通常、蒸着方法を用いて形成される。 In another aspect, a method for making a semiconductor device is provided. The method requires the step of making a semiconductor layer containing a perfluoroetheracyl oligothiophene compound of formula I or II, where n is preferably 3-6. The semiconductor layer is usually formed using a vapor deposition method.
半導体デバイスを作製するいくつかの典型的な方法において、方法は、式IまたはIIのペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層を作製する工程と、半導体層に隣接した誘電体層、導電性層、またはそれらの組合せを堆積する工程とを必要とする。本明細書中で用いられるとき、用語「隣接した」は、第2の層の近くに配置される第1の層を指す。第1の層はしばしば、第2の層に接触するが、別の層を第1および第2の層の間に配置することができる。作製または堆積の特定の順序は必要ではないが、しかしながら、半導体層はしばしば、誘電体層、導電性層、またはそれらの組合せなどの別の層の表面上に作製される。 In some exemplary methods of making a semiconductor device, the method includes the steps of making a semiconductor layer containing a perfluoroether acyl oligothiophene compound of Formula I or II, and a dielectric layer adjacent to the semiconductor layer, conductive Depositing layers, or combinations thereof. As used herein, the term “adjacent” refers to a first layer disposed near a second layer. The first layer often contacts the second layer, but another layer can be placed between the first and second layers. A specific order of fabrication or deposition is not required, however, semiconductor layers are often fabricated on the surface of another layer, such as a dielectric layer, a conductive layer, or a combination thereof.
半導体デバイスを作製する1つの典型的な方法は、有機薄膜トランジスタを提供する。前記方法は、式IまたはIIのペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェン化合物を含有する半導体層を作製する工程と、ソース電極およびドレイン電極が半導体層の表面上の領域において分離される(すなわち、ソース電極がドレイン電極と接触しない)ようにソース電極およびドレイン電極を前記半導体層の表面上に配置する工程とを有する。前記方法は、ゲート誘電体層、ゲート電極、および任意の表面処理層を提供する工程をさらに有することができる。 One exemplary method of making a semiconductor device provides an organic thin film transistor. The method includes the steps of making a semiconductor layer containing a perfluoroetheracyl oligothiophene compound of Formula I or II, and the source and drain electrodes are separated in a region on the surface of the semiconductor layer (ie, the source electrode is drained). And a step of disposing a source electrode and a drain electrode on the surface of the semiconductor layer so as not to be in contact with the electrode. The method can further include providing a gate dielectric layer, a gate electrode, and an optional surface treatment layer.
より具体的に、有機薄膜トランジスタは、ゲート電極を提供する工程と、ゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、前記ゲート誘電体層に隣接した半導体層を作製する工程と(すなわち、ゲート誘電体がゲート電極と半導電層との間に配置される)、前記ゲート誘電体層の反対側にある前記半導体層の表面上にソース電極およびドレイン電極を配置する工程とによって作製することができる。前記ソース電極および前記ドレイン電極は前記半導体層の前記表面上の領域において互いに分離される。 More specifically, the organic thin film transistor includes a step of providing a gate electrode, a step of depositing a gate dielectric layer on the surface of the gate electrode, and a step of fabricating a semiconductor layer adjacent to the gate dielectric layer ( That is, a gate dielectric is disposed between the gate electrode and the semiconductive layer), and a step of disposing a source electrode and a drain electrode on the surface of the semiconductor layer opposite the gate dielectric layer. can do. The source electrode and the drain electrode are separated from each other in a region on the surface of the semiconductor layer.
この方法の1つの実施態様において、半導体デバイスの様々な層が以下の順に配置される:ゲート電極、ゲート誘電体層、半導体層、およびソース電極およびドレイン電極を含有する層。別の実施態様において、半導体デバイスの様々な層が以下の順に配置される:ゲート電極、ゲート誘電体層、表面処理層、半導体層、およびソース電極およびドレイン電極を含有する層。ソース電極は、これらの実施態様においてドレイン電極と接触しない。すなわち、ソース電極およびドレイン電極は、半導体デバイスの表面上の領域において互いに分離される。半導体層の1つの表面はソース電極およびドレイン電極の両方と接触し、半導体層の反対側の表面はゲート誘電体層または表面処理層と接触する。 In one embodiment of this method, the various layers of the semiconductor device are arranged in the following order: a gate electrode, a gate dielectric layer, a semiconductor layer, and a layer containing source and drain electrodes. In another embodiment, the various layers of the semiconductor device are arranged in the following order: a gate electrode, a gate dielectric layer, a surface treatment layer, a semiconductor layer, and a layer containing source and drain electrodes. The source electrode is not in contact with the drain electrode in these embodiments. That is, the source electrode and the drain electrode are separated from each other in a region on the surface of the semiconductor device. One surface of the semiconductor layer is in contact with both the source and drain electrodes, and the opposite surface of the semiconductor layer is in contact with the gate dielectric layer or the surface treatment layer.
図1Bに例示された有機薄膜トランジスタは、基板を提供する工程と、ゲート電極を基板上に堆積する工程と、前記ゲート電極が前記基板とゲート誘電体層との間に配置されるようにゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、表面処理層を、前記ゲート電極の反対側の前記ゲート誘電体層の表面に適用する工程と、前記ゲート誘電体層の反対側の前記表面処理層の表面上に半導体層を作製する工程と、ポリマー処理層の反対側にある前記半導体層の表面上にソース電極およびドレイン電極を配置する工程とによって作製することができる。前記ソース電極および前記ドレイン電極は前記半導体層の前記表面上の領域において互いに分離される。前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の分離領域が前記半導体層中のチャネルを画定することができる。 The organic thin film transistor illustrated in FIG. 1B includes a step of providing a substrate, a step of depositing a gate electrode on the substrate, and a gate dielectric such that the gate electrode is disposed between the substrate and a gate dielectric layer. Depositing a body layer on the surface of the gate electrode; applying a surface treatment layer to the surface of the gate dielectric layer opposite the gate electrode; and It can be produced by a step of producing a semiconductor layer on the surface of the surface treatment layer and a step of disposing a source electrode and a drain electrode on the surface of the semiconductor layer on the opposite side of the polymer treatment layer. The source electrode and the drain electrode are separated from each other in a region on the surface of the semiconductor layer. An isolation region between the source electrode and the drain electrode may define a channel in the semiconductor layer.
別の有機薄膜トランジスタは、ゲート電極を提供する工程と、ゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、ソース電極およびドレイン電極がゲート誘電体層の上の領域において互いに分離されるようにゲート誘電体材料に隣接したソース電極およびドレイン電極を配置する工程と、ソース電極上、ドレイン電極上、およびソース電極とドレイン電極との間の領域に堆積される半導体層を作製する工程とによって作製することができる。半導体層は、ソース電極とドレイン電極との両方に接触する。ソース電極とドレイン電極との間の領域に配置される半導体層の一部が、チャネルを画定する。 Another organic thin film transistor includes providing a gate electrode, depositing a gate dielectric layer on the surface of the gate electrode, and a source electrode and a drain electrode separated from each other in a region above the gate dielectric layer. Arranging the source and drain electrodes adjacent to the gate dielectric material, and producing a semiconductor layer deposited on the source electrode, on the drain electrode, and in a region between the source and drain electrodes, Can be produced. The semiconductor layer is in contact with both the source electrode and the drain electrode. A portion of the semiconductor layer disposed in a region between the source electrode and the drain electrode defines a channel.
この方法の1つの実施態様において、半導体デバイスの様々な層は以下の順に配置される:ゲート電極、ゲート誘電体層、ソース電極およびドレイン電極を含有する層、および半導体層。別の実施態様において、半導体デバイスの様々な層は以下の順に配置される:ゲート電極、ゲート誘電体層、表面処理層、ソース電極およびドレイン電極を含有する層、および半導体層。これらの実施態様においてソース電極はドレイン電極に接触しない。半導体層の一部は、ソース電極とドレイン電極との間に延在することができる。 In one embodiment of this method, the various layers of the semiconductor device are arranged in the following order: a gate electrode, a gate dielectric layer, a layer containing a source electrode and a drain electrode, and a semiconductor layer. In another embodiment, the various layers of the semiconductor device are arranged in the following order: a gate electrode, a gate dielectric layer, a surface treatment layer, a layer containing source and drain electrodes, and a semiconductor layer. In these embodiments, the source electrode does not contact the drain electrode. A portion of the semiconductor layer can extend between the source electrode and the drain electrode.
図1Aに例示された有機薄膜トランジスタは、基板を提供する工程と、ゲート電極を前記基板上に堆積する工程と、前記ゲート電極が前記基板とゲート誘電体層との間に配置されるようにゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、前記ゲート電極の反対側の前記ゲート誘電体層の表面に表面処理層を適用する工程と、2つの電極が領域において互いに分離されるようにソース電極およびドレイン電極をポリマー処理層の表面上に配置する工程と、半導体層をソース電極上、ドレイン電極上、およびソース電極とドレイン電極との間の領域に作製する工程とによって作製することができる。半導体層はソース電極およびドレイン電極の両方に接触する。ソース電極とドレイン電極との間の領域に配置される半導体層の一部が半導体層のチャネルを画定する。 The organic thin film transistor illustrated in FIG. 1A includes a step of providing a substrate, a step of depositing a gate electrode on the substrate, and a gate such that the gate electrode is disposed between the substrate and a gate dielectric layer. Depositing a dielectric layer on the surface of the gate electrode, applying a surface treatment layer to the surface of the gate dielectric layer opposite the gate electrode, and separating the two electrodes from each other in the region The source electrode and the drain electrode are formed on the surface of the polymer treatment layer, and the semiconductor layer is formed on the source electrode, the drain electrode, and a region between the source electrode and the drain electrode. be able to. The semiconductor layer contacts both the source electrode and the drain electrode. A portion of the semiconductor layer disposed in a region between the source electrode and the drain electrode defines a channel of the semiconductor layer.
有機薄膜トランジスタまたは集積回路などの他の半導体デバイスを可撓性の再位置調整可能なポリマーアパーチャマスクを用いて作製することができる。この技術は、半導体デバイスの層、または層の一部を画定するパターンで形成された多数のポリマーアパーチャマスクを通して材料を連続的に堆積する工程を必要とする。このようなポリマーアパーチャマスクの使用は、米国特許出願公開第2003/0094959−A1号明細書、米国特許出願公開第2003/0150384−A1号明細書、米国特許出願公開第2003/0152691−A1号明細書、および米国特許出願公開第2003/0151118−A1号明細書にさらに記載されている。 Other semiconductor devices such as organic thin film transistors or integrated circuits can be fabricated using flexible repositionable polymer aperture masks. This technique requires the sequential deposition of material through a number of polymer aperture masks formed in a pattern that defines a layer of a semiconductor device, or a portion of a layer. The use of such a polymer aperture mask is disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2003 / 0094959-A1, U.S. Patent Application Publication No. 2003 / 0150384-A1, U.S. Patent Application Publication No. 2003 / 0152691-A1. And U.S. Patent Application Publication No. 2003 / 0151118-A1.
再位置調整可能なポリマーアパーチャマスクはしばしば、5〜50マイクロメートルまたは15〜35マイクロメートルの厚さを有する。アパーチャマスクの様々な堆積アパーチャは通常、1000マイクロメートル未満、50マイクロメートル未満、20マイクロメートル未満、10マイクロメートル未満、またはさらに5マイクロメートル未満の幅を有する。これらのサイズのアパーチャは、集積回路のための小さな回路要素を形成するのに特に有用である。さらに、堆積アパーチャ間の1つまたは複数の間隙は典型的に1000マイクロメートル未満、50マイクロメートル未満、20マイクロメートル未満、または10マイクロメートル未満であり、小さな回路要素を形成するのに同じく有用である。アパーチャマスクは、1センチメートル、25センチメートル、100センチメートル、またはさらに500センチメートルより大きい幅のパターンを有することができる。これらの幅を有するパターンは、表面積にわたって様々な回路を形成するのに有用でありうる。 Repositionable polymer aperture masks often have a thickness of 5-50 micrometers or 15-35 micrometers. The various deposition apertures of the aperture mask typically have a width of less than 1000 micrometers, less than 50 micrometers, less than 20 micrometers, less than 10 micrometers, or even less than 5 micrometers. These size apertures are particularly useful in forming small circuit elements for integrated circuits. In addition, the gap or gaps between the deposition apertures are typically less than 1000 micrometers, less than 50 micrometers, less than 20 micrometers, or less than 10 micrometers, and are also useful for forming small circuit elements. is there. The aperture mask can have a pattern with a width greater than 1 centimeter, 25 centimeter, 100 centimeter, or even 500 centimeters. Patterns with these widths can be useful in forming various circuits over the surface area.
様々なレーザー融蝕技術を用いて堆積アパーチャのパターンを有するポリマーアパーチャマスクの形成を容易にすることができる。さらに、伸長技術および他の技術を用いて可撓性ポリマーアパーチャマスクの整列を容易にすることができる。さらに、大きな幅にわたって広がるパターンを備えるマスクを使用するのに特に有用でありうるアパーチャマスクのたるみを制御する方法を用いてもよい。 Various laser ablation techniques can be used to facilitate the formation of a polymer aperture mask having a pattern of deposition apertures. In addition, stretching techniques and other techniques can be used to facilitate alignment of the flexible polymer aperture mask. In addition, a method for controlling the sag of the aperture mask that may be particularly useful for using a mask with a pattern that extends over a large width may be used.
本技術分野に公知の他の方法を用いて半導体デバイスを作製することができる。これらの方法には、例えば、金属シャドウマスク、フォトリソグラフィおよび/またはエッチング、およびインクジェット、スクリーン印刷、グラビア印刷などの印刷方法等がある。 Semiconductor devices can be fabricated using other methods known in the art. These methods include, for example, metal shadow masks, photolithography and / or etching, and printing methods such as inkjet, screen printing, and gravure printing.
アパーチャマスクの使用を必要とするいくつかの方法において、半導体デバイス(例えば、集積回路)は、このようなデバイスを形成するために典型的に用いられるエッチングまたはフォトリソグラフィ工程のいずれも必要とせずに、アパーチャマスク堆積技術だけを用いて形成することができる。前記技術は、液晶ディスプレイなどの電子ディスプレイのための回路要素および高周波識別(RFID)回路などの低コスト集積回路を形成するのに特に有用である場合がある。さらに、このような技術は、有機半導体を組み込む集積回路の製造において有利である場合があり、典型的に、フォトリソグラフィまたは他の湿潤化学的方法と両立しない。 In some methods that require the use of aperture masks, semiconductor devices (eg, integrated circuits) do not require any of the etching or photolithography steps typically used to form such devices. It can be formed using only an aperture mask deposition technique. Such techniques may be particularly useful in forming circuit elements for electronic displays such as liquid crystal displays and low cost integrated circuits such as radio frequency identification (RFID) circuits. Moreover, such techniques may be advantageous in the manufacture of integrated circuits that incorporate organic semiconductors and are typically incompatible with photolithography or other wet chemical methods.
本発明の目的および利点は以下の非限定的な実施例においてさらに説明されるが、これらの実施例に記載された特定の材料およびそれらの量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に限定すると解釈されるべきではない。 Objects and advantages of the present invention will be further illustrated in the following non-limiting examples, although the specific materials and their amounts described in these examples, as well as other conditions and details, are unreasonable. Should not be construed as limiting.
全ての反応を窒素下で行った。融点を20℃/分の増加率でN2下でDSC分析によって定量し、開始温度とピーク最大との間の範囲として記録する。LECO932CHNS元素分析器(ミシガン州、セントジョセフのLECOコーポレーション(LECO Corporation,St.Joseph,MI))を用いて燃焼分析を実施した。赤外線スペクトルは、KBrと共に加圧されたペレットを用いて記録された。アプライド・バイオシステムズ社(Applied Biosystems Inc.)のDE/STRMALDI/TOF質量分析計(カリフォルニア州、フォスターシティー(Foster City,CA)のアプライド・バイオシステムズ社)を用いて陽イオン質量分析を行った。試料の希釈CHCl3溶液を母材を用いずにプローブ先端上に直接に堆積した。1Hおよび19F NMRスペクトルは、特に記載しない限り、それぞれ、200MHzおよび188MHzにおいてd6−アセトン中で集められた。内部テトラメチルシランおよびフルオロトリクロロメタンを0.0ppmを基準とした。カラムクロマトグラフィーのためのシリカゲルをアルドリッチ(Aldrich)(ウィスコンシン州、ミルウォーキー(Milwaukee,WI)、メルク(Merck)、銘柄9385、230〜400メッシュ、60Å)から購入した。テトラヒドロフラン(THF)およびジエチルエーテル(Et2O)をナトリウム/ベンゾフェノンケチルから蒸留した。N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を窒素下でMgSO4から真空蒸留し、アルドリッチから無水銘柄として購入する。全ての他の溶剤を得られたまま使用した。ビチオフェン、2,5−ジブロモチオフェン、3−ブロモチオフェン、ホウ素トリフルオリドジエチルエーテラート、三塩化アルミニウム、n−ブチルリチウム(ヘキサン中1.6Mまたは2.5M)、N−ブロモスクシミド(NBS)、およびジメチルアミンボランをアルドリッチから購入した。NBSを温水から再結晶化し、使用前に真空下で乾燥させた。ペルフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサノナン)酸メチルエステル(HFPOトライマーカルボメトキシレート)、メチル3,6−ジオキサデカノエート、およびメチル3,6,9−トリオキサデカノエートをマトリックス・サイエンティフィック(Matrix Scientific)(サウスカロライナ州、コロンビア(Columbia,SC))から購入し、受け入れられたまま使用した。テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)をマサチューセッツ州、ニューバリーポートのストレム・ケミカルズ(Strem Chemicals,Newburyport,MA)から購入した。5,5’−ビス(トリ−n−ブチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェンおよび5,5’−ビス(トリ−n−ブチルスタンニル)チオフェンを、Y.ウェイ(Y.Wei)、Y.ヤンド(Y.Yand)、およびJ.−Mイェー(J.−M Yeh)著、Chem.Mater、8、2659−2666(1996年)によって公開された手順を用いて合成した。 All reactions were performed under nitrogen. The melting point is quantified by DSC analysis under N 2 at an increase rate of 20 ° C./min and is recorded as the range between the onset temperature and the peak maximum. Combustion analysis was performed using a LECO 932 CHNS elemental analyzer (LECO Corporation, St. Joseph, Michigan). Infrared spectra were recorded using pellets pressurized with KBr. Cation mass spectrometry was performed using a DE / STRMALDI / TOF mass spectrometer (Applied Biosystems, Foster City, Calif.) From Applied Biosystems Inc. (Applied Biosystems Inc.). A diluted CHCl 3 solution of the sample was deposited directly on the probe tip without using a matrix. 1 H and 19 F NMR spectra were collected in d 6 -acetone at 200 MHz and 188 MHz, respectively, unless otherwise noted. Internal tetramethylsilane and fluorotrichloromethane were based on 0.0 ppm. Silica gel for column chromatography was purchased from Aldrich (Milwaukee, WI, Merck, Brand 9385, 230-400 mesh, 60Å). Tetrahydrofuran (THF) and diethyl ether (Et 2 O) were distilled from sodium / benzophenone ketyl. N, N-dimethylformamide (DMF) is vacuum distilled from MgSO 4 under nitrogen and purchased as an anhydrous brand from Aldrich. All other solvents were used as obtained. Bithiophene, 2,5-dibromothiophene, 3-bromothiophene, boron trifluoride diethyl etherate, aluminum trichloride, n-butyllithium (1.6M or 2.5M in hexane), N-bromosuccinimide (NBS), and dimethyl Amine borane was purchased from Aldrich. NBS was recrystallized from warm water and dried under vacuum before use. Perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-dioxanonane) acid methyl ester (HFPO trimercarbomethoxylate), methyl 3,6-dioxadecanoate, and methyl 3,6,9-trioxadecanoate Was purchased from Matrix Scientific (Columbia, SC) and used as received. Tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) was purchased from Strem Chemicals, Newburyport, Mass., Newburyport, Massachusetts. 5,5′-bis (tri-n-butylstannyl) -2,2′-bithiophene and 5,5′-bis (tri-n-butylstannyl) thiophene were prepared according to Y. Wei, Y. Y. Yand, and J. -By J.-M Yeh, Chem. Synthesized using the procedure published by Mater, 8, 2659-2666 (1996).
実施例1
5−ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン
Example 1
5-Perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl) -2,2'-bithiophene
BuLiのヘキサン溶液(10.18mL、16.3mmol)をビチオフェン(2.71g、16.3mmol)の低温(-70℃)THF溶液(250mL)に滴下した。30分後、CF3(OC2F4)2OCF2CO2Me(7.66g、16.4mmol)およびBF3・OEt2(2.5mL、19.6mmol、1.2eq)を連続して添加し、混合物を-70℃において90分攪拌した。数mLの飽和NH4Cl(aq)を入れ、混合物を室温に昇温し、および揮発性材料を減圧下で除去した。Et2O(400mL)およびブライン(250mL)を入れ、反応物を激しく攪拌した。 BuLi in hexane (10.18 mL, 16.3 mmol) was added dropwise to a low temperature (-70 ° C.) THF solution (250 mL) of bithiophene (2.71 g, 16.3 mmol). After 30 minutes, CF 3 (OC 2 F 4 ) 2 OCF 2 CO 2 Me (7.66 g, 16.4 mmol) and BF 3 .OEt 2 (2.5 mL, 19.6 mmol, 1.2 eq) were successively added. And the mixture was stirred at -70 ° C. for 90 minutes. A few mL of saturated NH 4 Cl (aq) was charged, the mixture was warmed to room temperature, and volatile materials were removed under reduced pressure. Et 2 O (400 mL) and brine (250 mL) were charged and the reaction was stirred vigorously.
混合物をセライトパッドを通して濾過し、およびコハク有機化合物(amber organic)を2×100mLのブラインで洗浄し、MgSO4で乾燥し、濾過した。溶剤をストリッピングし、材料をシリカゲル上に吸着した。未精製生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して(ヘキサン/EtOAc、0%-3%)6.38g(70%)の黄色い生成物をもたらした。Mp(ΔH):50-53℃(51J/g).IR:1684(νCO)、1505w、1450m、1423w、1229s、1193s、1139s、1103s、1077s、906m、869m、842m、803m、741m、706s、682m、619w、546w、522w、508w、453wcm-1.1H NMR:δ7.22(dd、J=5.1Hz、3.8Hz、5’−H)、7.56(d、J=4.3Hz、3−H)、7.67(dd、J=3.7Hz、1.1Hz、4’−H)、7.73(dd、J=5.1Hz、1.1Hz、3’−H)、8.01(dt、J=4.3Hz、1.7Hz、4−H).19F NMR:δ-55.03(t、J=9.0Hz、CF3)、-74.43(m、8−ライン、COCF2)、-87.50(m、5ライン、CF2)、-88.16(br、2CF2基)、-90.19(q、J=9.4Hz、CF2OCF3).C15H5F13O4S2の分析計算値:C、32.15、H、0.90、S、11.45.実測値:C、32.2、H、0.9、S、11.6. The mixture was filtered through a celite pad and the amber organic was washed with 2 × 100 mL brine, dried over MgSO 4 and filtered. The solvent was stripped and the material was adsorbed onto silica gel. The crude product was purified by column chromatography (hexane / EtOAc, 0% -3%) to yield 6.38 g (70%) of yellow product. Mp (ΔH): 50-53 ° C. (51 J / g). IR: 1684 (ν CO ), 1505 w, 1450 m, 1423 w, 1229 s, 1193 s, 1139 s, 1103 s, 1077 s, 906 m, 869 m, 842 m, 803 m, 741 m, 706 s, 682 m, 619 w, 546 w, 522 w, 508 w, 453 wcm −1 . 1 H NMR: δ 7.22 (dd, J = 5.1 Hz, 3.8 Hz, 5′-H), 7.56 (d, J = 4.3 Hz, 3-H), 7.67 (dd, J = 3.7 Hz, 1.1 Hz, 4′-H), 7.73 (dd, J = 5.1 Hz, 1.1 Hz, 3′-H), 8.01 (dt, J = 4.3 Hz, 1 .7 Hz, 4-H). 19 F NMR: δ-55.03 (t, J = 9.0 Hz, CF 3 ), −74.43 (m, 8-line, COCF 2 ), −87.50 (m, 5 line, CF 2 ) , −88.16 (br, 2CF 2 group), −90.19 (q, J = 9.4 Hz, CF 2 OCF 3 ). Analytical calculated values for C 15 H 5 F 13 O 4 S 2 : C, 32.15, H, 0.90, S, 11.45. Measured value: C, 32.2, H, 0.9, S, 11.6.
実施例2
5−ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン
Example 2
5-Perfluoro (3,6-dioxadecanoyl) -2,2'-bithiophene
この化合物を実施例1と同様に調製した。低温THF(250mL、-70℃)中のBuLi(36.75mL、58.8mmol)およびビチオフェン(9.75g、58.6mmol)の反応物を30分間攪拌し、その後に、C4F9OC2F4OCF2CO2Me(30.2g、65.7mmol)およびBF3OEt2(9.0mL、71mmol)を連続して添加した。 This compound was prepared as in Example 1. The reaction of BuLi (36.75 mL, 58.8 mmol) and bithiophene (9.75 g, 58.6 mmol) in cold THF (250 mL, −70 ° C.) was stirred for 30 minutes, after which C 4 F 9 OC 2 F 4 OCF 2 CO 2 Me (30.2 g, 65.7 mmol) and BF 3 OEt 2 (9.0 mL, 71 mmol) were added sequentially.
材料をクロマトグラフィによって精製して18.7g(54%)の黄色い生成物をもたらした。Mp(ΔH):50-53℃(45J/g).IR:1666m(νCO)、1504w、1448m、1309m、1233s、1202s、1153s、1081m、1027m、993m、851w、837w、802m、763w、752w、802m、763w、752w、721m、710m、654w、616w、532w、460wcm-1.1H NMR:δ7.20(dd、J=5.17Hz、3.8Hz、5’−H)、7.53(d、J=4Hz、3−H)、7.64(dd、J=4Hz、1Hz、4’−H)、7.69(dd、J=5.1Hz、1.1Hz、3’−H)、7.98(dt、J=4.2Hz、1.6Hz、4−H).19F NMR:δ-74.46(t、J=12.2Hz、CF3)、-80.88(br、COCF2O)、-83.08(br、OCF2CF2O)、-87.60(’t’、J=12.0Hz、−OCF2CF2O)、-88.05(’t’、J=12.7Hz、OCF2C3F7)、-126.14(m、CF2CF2CF2CF3).C16H5F15O3S2の分析計算値:C、32.33、H、0.85、S、10.79.実測値:C、32.1、H、0.8、S、10.9. The material was purified by chromatography to yield 18.7 g (54%) of yellow product. Mp (ΔH): 50-53 ° C. (45 J / g). IR: 1666 m (ν CO ), 1504 w, 1448 m, 1309 m, 1233 s, 1202 s, 1153 s, 1081 m, 1027 m, 993 m, 851 w, 837 w, 802 m, 763 w, 752 w, 802 m, 763 w, 752 w, 721 m, 710 m, 654 w, 616 w, 532 w, 460 wcm −1 . 1 H NMR: δ 7.20 (dd, J = 5.17 Hz, 3.8 Hz, 5′-H), 7.53 (d, J = 4 Hz, 3-H), 7.64 (dd, J = 4 Hz) 1 Hz, 4′-H), 7.69 (dd, J = 5.1 Hz, 1.1 Hz, 3′-H), 7.98 (dt, J = 4.2 Hz, 1.6 Hz, 4-H ). 19 F NMR: δ-74.46 (t, J = 12.2 Hz, CF 3 ), −80.88 (br, COCF 2 O), −83.08 (br, OCF 2 CF 2 O), −87 .60 ('t', J = 12.0 Hz, -OCF 2 CF 2 O), -88.05 ('t', J = 12.7 Hz, OCF 2 C 3 F 7 ), -126.14 (m , CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ). Calculated for C 16 H 5 F 15 O 3 S 2 : C, 32.33, H, 0.85, S, 10.79. Measured value: C, 32.1, H, 0.8, S, 10.9.
実施例3
5−ペルフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサノナノイル)−2,2’−ビチオフェン
Example 3
5-perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-dioxanonanoyl) -2,2'-bithiophene
この化合物を実施例1と同様に調製した。250mLの低温THF中のビチオフェン(7.90g、47.5mmol)、BuLi(47.6mmol)、HFPOトライマーカルボメトキシレート(26.7g、52.2mmol)、およびBF3OEt2(7.0mL、55mmol)の間の反応が24.8g(81%)の生成物をもたらした。Mp(ΔH):37-40℃37(J/g).IR:1666s(νCO)、1504w、1449s、1310s、1233s、1202vs、1153s、1081m、1027m、993s、897w、850m、837m、802s、763m、752m、721m、710s、654m、616m、532m、456wcm-1.1H NMR:δ7.23(dd、J=4.0Hz、5.0Hz、5’−H)、7.59(d、J=4.4Hz、3−H)、7.70(dd、J=3.8Hz、1.2Hz、4’−H)、7.74(dd、J=5.2Hz、1.2Hz、3’−H)、8.16(’t’、J=4.0Hz、4−H).19F NMR:δ-76.8to−82.1(m、4FOCF2CF(CF3)OCF2−)、-79.8(s、3F、CF2CFCF3)、-81.1(s、6F、COCFCF3およびCF2CF3)、-129.2(brm、1F、COCFCF3)、-129.2(s、2F、OCF2CF2CF3)、-144.6(brm、1F、OCF2CFCF3O)。19F NMRデータにおいて多数の共振が、フッ素化基の不斉中心のためにペアとして観察される。C17H5F17O3S2の分析計算値:C、31.69、H、0.78、S、9.95.実測値:C、31.3、H、0.8、S、9.9. This compound was prepared as in Example 1. Bithiophene (7.90 g, 47.5 mmol), BuLi (47.6 mmol), HFPO trimer carbomethoxylate (26.7 g, 52.2 mmol), and BF 3 OEt 2 (7.0 mL, in 250 mL cold THF) Reaction) yielded 24.8 g (81%) of product. Mp (ΔH): 37-40 ° C. 37 (J / g). IR: 1666s (ν CO ), 1504w, 1449s, 1310s, 1233s, 1202vs, 1153s, 1081m, 1027m, 993s, 897w, 850m, 837m, 802s, 763m, 752m, 721m, 710s, 654m, 616m, 532m, 456wcm − 1 . 1 H NMR: δ 7.23 (dd, J = 4.0 Hz, 5.0 Hz, 5′-H), 7.59 (d, J = 4.4 Hz, 3-H), 7.70 (dd, J = 3.8 Hz, 1.2 Hz, 4'-H), 7.74 (dd, J = 5.2 Hz, 1.2 Hz, 3'-H), 8.16 ('t', J = 4.0 Hz) 4-H). 19 F NMR: δ-76.8 to-82.1 (m, 4FOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 —), −79.8 (s, 3F, CF 2 CFCF 3 ), −81.1 (s, 6F, COCFCF 3 and CF 2 CF 3 ), −129.2 (brm, 1F, COCFCF 3 ), −129.2 (s, 2F, OCF 2 CF 2 CF 3 ), −144.6 (brm, 1F, OCF 2 CFCF 3 O). Numerous resonances in the 19 F NMR data are observed as pairs due to the asymmetric center of the fluorinated group. Calculated value for C 17 H 5 F 17 O 3 S 2 : C, 31.69, H, 0.78, S, 9.95. Measured value: C, 31.3, H, 0.8, S, 9.9.
実施例4
5−ブロモ−5’−ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン
Example 4
5-Bromo-5'-perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl) -2,2'-bithiophene
NBS(2.50g、13.32mmol)を、DMF(250mL)と5−ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン(6.22g、11.1mmol)との攪拌された混合物に添加し、アルミニウム箔で覆った。溶液を一晩攪拌し、500mLのブライン中に注ぎ、Et2O(500mL)およびヘキサン(250mL)で抽出した。黄色い抽出物を分離し、100mLのブライン、100mLの水で洗浄し、MgSO4で乾燥し、濾過した。 NBS (2.50 g, 13.32 mmol) between DMF (250 mL) and 5-perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl) -2,2′-bithiophene (6.22 g, 11.1 mmol). Added to the stirred mixture and covered with aluminum foil. The solution was stirred overnight, poured into 500 mL brine and extracted with Et 2 O (500 mL) and hexane (250 mL). The yellow extract was separated, washed with 100 mL brine, 100 mL water, dried over MgSO 4 and filtered.
濾液を濃縮した後に、一晩-15℃において冷却し、5.32g(75%)の明るい黄色の生成物をもたらした。Mp(ΔH):78−81℃(47J/g).IR:1677s(νCO)、1509w、1452m、1421m、1231s、1191s、1153s、1104s、1076s、906m、891m、861m、837w、791m、740m、714m、683m、648w、545w、523w、510w、457wcm-1.1H NMR:δ7.30(d、J=4.0Hz、3’−H)、7.51(d、J=4.0Hz、4−H)、7.56(d、J=4.3Hz、3−H)、8.02(dt、J=4.3Hz、1.4Hz、4’−H).19F NMR:δ-55.03(t、J=9.2Hz、CF3)、-74.49(m、COCF2)、-87.49(m、CF2)、-88.15(br2CF2基)、-90.19(q、J=8.1Hz、CF2OCF3).C15H4BrF13O4S2の分析計算値:C、28.19、H、0.63、S、10.03.実測値:C、28.2、H、0.4、S、10.1. After the filtrate was concentrated, it was cooled at -15 ° C. overnight resulting in 5.32 g (75%) of a bright yellow product. Mp (ΔH): 78-81 ° C. (47 J / g). IR: 1677 s (ν CO ), 1509 w, 1452 m, 1421 m, 1231 s, 1191 s, 1153 s, 1104 s, 1076 s, 906 m, 891 m, 861 m, 837 w, 791 m, 740 m, 714 m, 683 m, 648 w, 545 w, 523 w, 510 w, 457 wcm − 1 . 1 H NMR: δ 7.30 (d, J = 4.0 Hz, 3′-H), 7.51 (d, J = 4.0 Hz, 4-H), 7.56 (d, J = 4.3 Hz) , 3-H), 8.02 (dt, J = 4.3 Hz, 1.4 Hz, 4′-H). 19 F NMR: δ-55.03 (t, J = 9.2 Hz, CF 3 ), −74.49 (m, COCF 2 ), −87.49 (m, CF 2 ), −88.15 (br 2 CF 2 group), - 90.19 (q, J = 8.1Hz, CF 2 OCF 3). Calculated value for C 15 H 4 BrF 13 O 4 S 2 : C, 28.19, H, 0.63, S, 10.03. Actual value: C, 28.2, H, 0.4, S, 10.1.
実施例5
5−ブロモ−5’−ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン
Example 5
5-Bromo-5'-perfluoro (3,6-dioxadecanoyl) -2,2'-bithiophene
5−ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン(17.20g、28.94mmol)のDMF溶液(200mL)にNBS(6.70g、37.6mmol)を入れ、箔で覆って一晩攪拌した。生成物の橙色の結晶が溶液.Et2O(200mL)から沈殿し、およびブライン(200mL)を反応物に添加し、溶液を分液漏斗内で洗浄した。有機層を分離し、3×200mLのブラインで洗浄した。 NBS (6.70 g, 37.6 mmol) was placed in a DMF solution (200 mL) of 5-perfluoro (3,6-dioxadecanoyl) -2,2′-bithiophene (17.20 g, 28.94 mmol) and a foil. And stirred overnight. The orange crystals of the product are the solution. Precipitate from Et 2 O (200 mL) and brine (200 mL) was added to the reaction and the solution was washed in a separatory funnel. The organic layer was separated and washed with 3 × 200 mL brine.
前記有機層をMgSO4で乾燥し、濾過し、揮発性材料を減圧下で除去して18.63g(96%)の黄色い生成物をもたらした。未精製生成物をNMR分光分析法によって清浄にし、さらなる反応において直接に使用した。Mp(ΔH):86-89℃(49J/g)、82℃においての吸熱変化(endothermic transition)が第1の走査においてだけ存在した。IR:1671s、1508w、1446s、1420w、1337w、1312m、1290w、1219s、1192s、1144s、1114m、1082m、975w、954w、901w、891w、860w、821w、788m、736w、714w、693w、684w、649w、597w、543w、509w、457w、409wcm-1.1H NMR:δ7.30(d、J=4.0Hz、3’−H)、7.51(d、J=4.0Hz、4−H)、7.56(d、J=4.3Hz、3−H)、8.02(dt、J=4.3Hz、1.6Hz、4’H).19F NMR:δ-74.20(t、J=12Hz、CF3)、-80.76(m、COCF2O)、-82.99(m、OCF2CF2O)、-87.52(m、OCF2CF2O)、-87.97、(m、OCF2C3F7)、-126.09(brm、OCF2C2F4CF3). The organic layer was dried over MgSO 4 , filtered, and volatile material was removed under reduced pressure to yield 18.63 g (96%) of yellow product. The crude product was cleaned by NMR spectroscopy and used directly in further reactions. Mp (ΔH): 86-89 ° C. (49 J / g), endothermic transition at 82 ° C. was present only in the first scan. IR: 1671s, 1508w, 1446s, 1420w, 1337w, 1312m, 1290w, 1219s, 1192s, 1144s, 1114m, 1082m, 975w, 954w, 901w, 891w, 860w, 821w, 788m, 736w, 714w, 693w, 684w, 649w 597w, 543w, 509w, 457w, 409wcm −1 . 1 H NMR: δ 7.30 (d, J = 4.0 Hz, 3′-H), 7.51 (d, J = 4.0 Hz, 4-H), 7.56 (d, J = 4.3 Hz) , 3-H), 8.02 (dt, J = 4.3 Hz, 1.6 Hz, 4′H). 19 F NMR: δ-74.20 (t, J = 12 Hz, CF 3 ), −80.76 (m, COCF 2 O), −82.99 (m, OCF 2 CF 2 O), −87.52 (m, OCF 2 CF 2 O ), - 87.97, (m, OCF 2 C 3 F 7), - 126.09 (brm, OCF 2 C 2 F 4 CF 3).
実施例6
5−ブロモ−5’−ペルフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサノナノイル)−2,2’−ビチオフェン
Example 6
5-Bromo-5'-perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-dioxanonanoyl) -2,2'-bithiophene
この化合物を実施例5で用いた手順と同じ手順を用いて調製し、16.1g(94%)の黄色い生成物をもたらした。Mp(ΔH):51-55℃(34J/g).IR:1661s(νCO)、1505w、1448s、1421m、1299s、1237vs、1203s、1149s、1081s、1029s、994s、884m、835m、814m、790s、752w、743w、723m、705m、651m、615m、532m、458mcm-1.1H NMR:δ7.30(d、J=3.8Hz、3’−H)、7.53(d、J=4.0Hz、4−H)、7.57(d、J=4,4Hz、3−H)、8.15(’t’、J=4.0Hz、4’−H).19F NMR:δ-76.7〜-82.1(m、4F、OCF2)、-79.4(s、3F、CF3)、-81.1(s、6F、CF3)、-129.0(m、1F、CF)、-129.2(m、2F、CF2CF2CF3)、-144.7(m、1F、CF).19Fデータにおいて多数の共振がフッ素化末端基の2つの不斉中心のためにペアとして観察される。C17H4BrF17O3S2の分析計算値:C、28.23、H、0.56、S、8.87.実測値:28.6、H、1.1、9.1. This compound was prepared using the same procedure as used in Example 5, yielding 16.1 g (94%) of a yellow product. Mp (ΔH): 51-55 ° C. (34 J / g). IR: 1661s (ν CO ), 1505w, 1448s, 1421m, 1299s, 1237vs, 1203s, 1149s, 1081s, 1029s, 994s, 884m, 835m, 814m, 790s, 752w, 743w, 723m, 705m, 651m, 615m, 532m, 458 mcm -1 . 1 H NMR: δ 7.30 (d, J = 3.8 Hz, 3′-H), 7.53 (d, J = 4.0 Hz, 4-H), 7.57 (d, J = 4, 4 Hz) , 3-H), 8.15 ('t', J = 4.0 Hz, 4'-H). 19 F NMR: δ-76.7~- 82.1 (m, 4F, OCF2), - 79.4 (s, 3F, CF 3), - 81.1 (s, 6F, CF 3), - 129 .0 (m, 1F, CF), -129.2 (m, 2F, CF 2 CF 2 CF 3 ), -144.7 (m, 1F, CF). In the 19 F data, multiple resonances are observed as pairs due to the two asymmetric centers of the fluorinated end groups. Calculated value of C 17 H 4 BrF 17 O 3 S 2 : C, 28.23, H, 0.56, S, 8.87. Actual value: 28.6, H, 1.1, 9.1.
実施例7
2−ブロモ−5−ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)−チオフェン
Example 7
2-Bromo-5-perfluoro (3,6-dioxadecanoyl) -thiophene
BuLi(3.7mL、9.3mmol)をTHF(40mL)と2,5−ジブロモチオフェン(1.0mL、8.9mmol)との低温(-70℃)混合物に滴下した。-70℃において40分後、C4F9OC2F4OCF2CO2Me(4.1g、8.9mmol)およびBF3OEt2(1.3mL、10.3mmol)が連続的に添加され、透明な無色の混合物を薄黄色にした。一晩攪拌した後、揮発性材料を減圧下で除去した。 BuLi (3.7 mL, 9.3 mmol) was added dropwise to a cold (−70 ° C.) mixture of THF (40 mL) and 2,5-dibromothiophene (1.0 mL, 8.9 mmol). After 40 minutes at -70 ° C., C 4 F 9 OC 2 F 4 OCF 2 CO 2 Me (4.1 g, 8.9 mmol) and BF 3 OEt 2 (1.3 mL, 10.3 mmol) were added continuously. The clear colorless mixture turned light yellow. After stirring overnight, volatile materials were removed under reduced pressure.
残りの液体を100mLエーテルで抽出し、2×100mLブラインで洗浄し、MgSO4で乾燥し、透明な橙色液体にストリッピングした。シリカゲル上のカラムクロマトグラフィーによる精製によって黄色い液体をもたらし、真空下で乾燥させて3.80g(73%)もたらした。より大規模な調製(71gの理論収量)によって、蒸留(bp55−56℃、0.1mmトール)によって精製した後に37.8g(53%)の透明な生成物をもたらした、7.7gのプレカットが50〜55℃から集められ、それは約63%の生成物/37%のC4H3SCORfであった、1.1gのポストカットは91%の生成物および9%のC4HBr2SCORfであった。IR(ニート、KBrプレート):1701cm-1(s、νCO).1H NMR:δ7.52(d、J=4.4Hz、3−H)、7.91(dt、J=4.4、1.4Hz、4−H).19F NMR:δ-74.79(m、CF3)、-80.87(m、COCF2O)、-83.07(m、OCF2CF2O)、-87.61(m、OCF2CF2O)、-88.05(m、OCF2C3F7)、-126.1(m、CF2CF2CF2CF3). The remaining liquid was extracted with 100 mL ether, washed with 2 × 100 mL brine, dried over MgSO 4 and stripped into a clear orange liquid. Purification by column chromatography on silica gel yielded a yellow liquid that was dried under vacuum to yield 3.80 g (73%). A larger scale preparation (71 g theoretical yield) yielded 37.8 g (53%) of clear product after purification by distillation (bp 55-56 ° C., 0.1 mm Torr), 7.7 g precut Was collected from 50-55 ° C., which was about 63% product / 37% C 4 H 3 SCOR f , 1.1 g postcut was 91% product and 9% C 4 HBr 2. SCOR f . IR (neat, KBr plate): 1701 cm −1 (s, ν CO ). 1 H NMR: δ 7.52 (d, J = 4.4 Hz, 3-H), 7.91 (dt, J = 4.4, 1.4 Hz, 4-H). 19 F NMR: δ-74.79 (m, CF 3 ), −80.87 (m, COCF 2 O), −83.07 (m, OCF 2 CF 2 O), −87.61 (m, OCF 2 CF 2 O), −88.05 (m, OCF 2 C 3 F 7 ), −126.1 (m, CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ).
実施例8
2−ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)−チオフェン
Example 8
2-Perfluoro (3,6-dioxadecanoyl) -thiophene
BuLi(7.8mL、12.5mmol)をTHF(50mL)とチオフェン(1.0mL、12.5mmol)との低温(-65℃)混合物に添加した。透明な無色の溶液を室温に昇温し、-65℃に冷却し、C4F9OC2F4OCF2CO2Me(5.84g、12.7mmol)およびBF3(OEt2)(1.9mL、15mmol)を連続的に添加した。この黄色い溶液を2時間低温で攪拌し、次に2mLの飽和NH4Cl(aq)と混合した。揮発性材料を減圧下で除去し、残留物を50mLヘキサンで抽出した。 BuLi (7.8 mL, 12.5 mmol) was added to a cold (−65 ° C.) mixture of THF (50 mL) and thiophene (1.0 mL, 12.5 mmol). The clear colorless solution was warmed to room temperature, cooled to −65 ° C., C 4 F 9 OC 2 F 4 OCF 2 CO 2 Me (5.84 g, 12.7 mmol) and BF 3 (OEt 2 ) (1 .9 mL, 15 mmol) was added continuously. This yellow solution was stirred at low temperature for 2 hours and then mixed with 2 mL of saturated NH 4 Cl (aq). Volatile material was removed under reduced pressure and the residue was extracted with 50 mL hexane.
前記溶液を濾過し、MgSO4で乾燥し、再び濾過し、ストリッピングして、NMR分光分析法によって清浄であった透明な橙色液体5.53g(86%)をもたらした。IR:1700cm-1(s、νCO).1H NMR:δ7.41(dd、J=6.0Hz、4.0Hz、5−H)、8.08(m、3−H)、8.33(dd、J=4.9Hz、1.1Hz、4−H).19F NMR:δ-74.93(m、CF3)、-80.91(m、COCF2O)、-83.12(m、OCF2CF2O)、-87.67(m、OCF2CF2O)、-88.11(m、OCF2C3F7)、-126.18(m、CF2CF2CF2CF3). The solution was filtered, dried over MgSO 4 , filtered again and stripped to yield 5.53 g (86%) of a clear orange liquid that was clean by NMR spectroscopy. IR: 1700 cm −1 (s, ν CO ). 1 H NMR: δ 7.41 (dd, J = 6.0 Hz, 4.0 Hz, 5-H), 8.08 (m, 3-H), 8.33 (dd, J = 4.9 Hz, 1. 1 Hz, 4-H). 19 F NMR: δ-74.93 (m, CF 3 ), −80.91 (m, COCF 2 O), −83.12 (m, OCF 2 CF 2 O), −87.67 (m, OCF 2 CF 2 O), −88.11 (m, OCF 2 C 3 F 7 ), −126.18 (m, CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ).
実施例9
5−ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)−2,2’:5’,2’’−ターチオフェン
Example 9
5-perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl) -2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene
窒素下で、容器に2,2’:5’,2’’−ターチオフェン(878mg、3.53mmol)および無水THF(75mL)を充填した。溶液を-78℃に冷却し、nBuLi(2.2mL、3.5mmol)をシリンジによって徐々に添加した。混合物を30分間低温で攪拌し、次にメチル3,6,9−トリオキサデカノエート(1.0mL、3.8mmol、1.1eq)およびBF3OEt2(0.54mL、4.3mmol、1.2eq)を連続的に添加した。-78℃においてさらに90分後、飽和NH4Cl(aq)(20mL)を添加し、混合物を周囲温度に昇温し、エーテル(100mL)および水(50mL)でさらに希釈した。水性相を分離し、黄緑色の有機相を2×100mLのブラインで洗浄し、MgSO4で乾燥し、濾過した。 Under nitrogen, the vessel was charged with 2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene (878 mg, 3.53 mmol) and anhydrous THF (75 mL). The solution was cooled to −78 ° C. and n BuLi (2.2 mL, 3.5 mmol) was added slowly by syringe. The mixture was stirred at low temperature for 30 minutes, then methyl 3,6,9-trioxadecanoate (1.0 mL, 3.8 mmol, 1.1 eq) and BF 3 OEt 2 (0.54 mL, 4.3 mmol, 1.2 eq) was added continuously. After an additional 90 minutes at -78 ° C., saturated NH 4 Cl (aq) (20 mL) was added and the mixture was warmed to ambient temperature and further diluted with ether (100 mL) and water (50 mL). The aqueous phase was separated and the yellow-green organic phase was washed with 2 × 100 mL brine, dried over MgSO 4 and filtered.
5%のEtOAc/残余がヘキサンを用いるTLC(ガラス上のSiO2)による分析は、Rf=0.45を有する主反応生成物を示した。有機溶液を濃縮し、シリカゲル上に吸着し、ヘキサン溶離剤を用いてカラムクロマトグラフィー(シリカゲル/ヘキサン、1.25in×10in)によって精製して、1.03g(45%)の明るい橙色の生成物をもたらした。1H NMR:d7.15(dd、J=5.2Hz、3.6Hz)、7.37(d、J=4.0Hz)、7.44(dd、J=3.6Hz、1.2Hz)、7.55(dd、J=5.2Hz、1.2Hz)、7.59(d、J=4.0Hz)、7.65(d、J=4.0Hz)、8.02(dt、3JHH=4.0Hz、5JHF=1.6Hz).19F NMR:d-54.9(t、J=9.4Hz、CF3)、-74.3(m、COCF2)、-87.4(m、CF2)、-88.1(br、2CF2−基)、-90.1(q、J=9.4Hz、CF2OCF3). Analysis by TLC (SiO 2 on glass) with 5% EtOAc / residue hexane showed the main reaction product with R f = 0.45. The organic solution was concentrated, adsorbed onto silica gel and purified by column chromatography (silica gel / hexane, 1.25 in × 10 in) using hexane eluent to yield 1.03 g (45%) of a bright orange product Brought about. 1 H NMR: d 7.15 (dd, J = 5.2 Hz, 3.6 Hz), 7.37 (d, J = 4.0 Hz), 7.44 (dd, J = 3.6 Hz, 1.2 Hz) 7.55 (dd, J = 5.2 Hz, 1.2 Hz), 7.59 (d, J = 4.0 Hz), 7.65 (d, J = 4.0 Hz), 8.02 (dt, 3 J HH = 4.0 Hz, 5 J HF = 1.6 Hz). 19 F NMR: d-54.9 (t, J = 9.4 Hz, CF 3 ), −74.3 (m, COCF 2 ), −87.4 (m, CF 2 ), −88.1 (br , 2CF 2 - group), - 90.1 (q, J = 9.4Hz, CF 2 OCF 3).
実施例10
5,5’’’−ビス[ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)]−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クウォーターチオフェンの合成
Example 10
Synthesis of 5,5 ′ ″-bis [perfluoro (3,6-dioxadecanoyl)]-2,2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″-quaterthiophene
窒素雰囲気下で、容器に連続的に2−ブロモ−5−ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)チオフェン(3.24g、5.48mmol)、乾燥DMF(30mL)、5,5’−ビス(トリ−n−ブチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(2.04g、2.74mmol)、およびPd(PPh3)4(63mg、0.055mmol)を入れた。混合物に20分間、窒素を通気し、次に85℃において一晩攪拌した。反応混合物をEtOAc(100mL)とCH2Cl2(100mL)との混合物に移し、攪拌し、次に10〜20μmのガラスフィルターフリット中に注いで生成物を単離した。赤色の固体をメタノール(100mL)でフリット上で洗浄し、一晩空気乾燥させて2.28g(70%)をもたらした。 Under a nitrogen atmosphere, continuously add 2-bromo-5-perfluoro (3,6-dioxadecanoyl) thiophene (3.24 g, 5.48 mmol), dry DMF (30 mL), 5,5′-bis in a container. (Tri-n-butylstannyl) -2,2′-bithiophene (2.04 g, 2.74 mmol) and Pd (PPh 3 ) 4 (63 mg, 0.055 mmol) were added. The mixture was bubbled with nitrogen for 20 minutes and then stirred at 85 ° C. overnight. The reaction mixture was transferred to a mixture of EtOAc (100 mL) and CH 2 Cl 2 (100 mL), stirred, and then poured into a 10-20 μm glass filter frit to isolate the product. The red solid was washed on the frit with methanol (100 mL) and air dried overnight to yield 2.28 g (70%).
OTFTにおいて用いられる材料を少なくとも2回昇華させた。典型的な実験において、1.01gを連続昇華(train sublimation)システムに充填した。P=3×10-6トールにして、ソース領域を240℃に上昇させ、生成物領域を180℃にした。生成物はこの時点でソースに溶融されたが、可動的でなかった。ソース領域および生成物領域をそれぞれ、280℃および220℃に上昇させ、昇華は30分で行われた。ごくわずかな膜だけがソースに残っていた。生成物領域から884mg(87%の投入)が単離された。TGA:271℃において1%wtの損失、285℃において5%wtの損失、988℃において残留物なし。DSC(20℃/分):185℃(-71J/g)、可逆的な融点。MALDI−TOF質量分析法は、m/z11861200(M+)の豊富なピーク、およびM+1(76%)、M+2(55%)、M+3(22%)、およびM+4(8%)のピークを含有する分子イオン同位体クラスターを示した。 The material used in OTFT was sublimed at least twice. In a typical experiment, 1.01 g was loaded into a continuous sublimation system. P = 3 × 10 −6 Torr, the source region was raised to 240 ° C. and the product region was 180 ° C. The product was melted into the source at this point but was not mobile. The source and product regions were raised to 280 ° C. and 220 ° C., respectively, and sublimation was performed in 30 minutes. Only a very small amount of film remained in the source. 884 mg (87% input) was isolated from the product area. TGA: 1% wt loss at 271 ° C., 5% wt loss at 285 ° C., no residue at 988 ° C. DSC (20 ° C./min): 185 ° C. (−71 J / g), reversible melting point. MALDI-TOF mass spectrometry contains an abundant peak at m / z 11861200 (M + ) and peaks at M + 1 (76%), M + 2 (55%), M + 3 (22%), and M + 4 (8%) Molecular ion isotope clusters are shown.
実施例11
5,5’’’’−ビス[ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)]−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’−キンケチオフェンの合成
Example 11
5,5 ″ ″-bis [perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl)]-2,2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″: 5 ′ ″ , 2 ''''-Synthesis of quinkethiophene
窒素下で、容器にPd(PPh3)4(65mg、0.056mmol、0.5モル%/共役部位)、5−ブロモ−5’−ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)−2,2’−ビチオフェン(3.54g、5.54mmol)、DMF(40mL)、および5,5’−ビス(トリ−n−ブチルスタンニル)チオフェン(1.83g、2.76mmol)を入れた。混合物に20分間、窒素を通気し、および次に90℃において20時間攪拌した。赤色の混合物を室温に冷却し、固体を10〜20μmのフィルターフリット上で集め、2×60mLのイソプロパノールで洗浄し、一晩空気乾燥させて2.34g(71%)の未精製の赤紫の生成物をもたらした。 Under nitrogen, Pd (PPh 3 ) 4 (65 mg, 0.056 mmol, 0.5 mol% / conjugate site), 5-bromo-5′-perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl)- 2,2′-bithiophene (3.54 g, 5.54 mmol), DMF (40 mL), and 5,5′-bis (tri-n-butylstannyl) thiophene (1.83 g, 2.76 mmol) were added. . The mixture was bubbled with nitrogen for 20 minutes and then stirred at 90 ° C. for 20 hours. The red mixture was cooled to room temperature and the solid was collected on a 10-20 μm filter frit, washed with 2 × 60 mL isopropanol, and air dried overnight to give 2.34 g (71%) of crude red purple The product resulted.
材料を315℃のソース温度(材料が溶融される)および180℃の生成物採集領域でP=4×10-6トールにおいて材料を連続昇華して2.23g(67%)の赤−紫の生成物をもたらした。生成物を、デバイスの作製前にもう1回昇華した。1H NMR(600MHz、d4−o−ジクロロベンゼン、100℃):データ収集の間に用いられた高い温度のために(材料は非常に低い溶解度を有する)、広い一重項が5の化学的に等価でないプロトンの各々について観察された、d7.79、7.16、7.10、7.06、7.04。19F NMR(564MHz、d4−o−ジクロロベンゼン、100℃):データは、予備実施例1および4に記載されたデータと同じだった。MALDI−TOF質量分析法は、m/z1200(M+)の豊富なピーク、およびM+1(65%)、M+2(45%)、M+3(20%)、およびM+4(10%)のピークを含有する分子イオン同位体クラスターを示した。 The material was continuously sublimed at P = 4 × 10 −6 torr at a source temperature of 315 ° C. (the material was melted) and a product collection area of 180 ° C. to obtain 2.23 g (67%) of red-purple The product resulted. The product was sublimated once more before making the device. 1 H NMR (600 MHz, d 4 -o-dichlorobenzene, 100 ° C.): Due to the high temperature used during data collection (the material has a very low solubility), a broad singlet of 5 chemicals Observed for each proton not equivalent to d 7.79, 7.16, 7.10, 7.06, 7.04. 19 F NMR (564 MHz, d 4 -o-dichlorobenzene, 100 ° C.): Data were the same as those described in Preparative Examples 1 and 4. MALDI-TOF mass spectrometry contains an abundant peak at m / z 1200 (M + ) and peaks at M + 1 (65%), M + 2 (45%), M + 3 (20%), and M + 4 (10%) Molecular ion isotope clusters are shown.
実施例12
5,5’’’’’−ビス[ペルフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−
ジオキサノナノイル)]−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’,2’’’’’−セキシチオフェンの合成
Example 12
5,5 ′ ″ ″-bis [perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-
Dioxanonanoyl)]-2, 2 ': 5', 2 ": 5", 2 '": 5'", 2 "": 5 "", 2 "" Synthesis of '-sexithiophene
窒素雰囲気下で、容器に連続的に5−ブロモ−5’−ペルフルオロ(2,5−ジメチル−3,6−ジオキサノナノイル)−2,2’−ビチオフェン(3.49g、4.83mmol)、乾燥DMF(75mL)、5,5’−ビス(トリ−n−ブチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(1.80g、2.42mmol)、およびPd(PPh3)4(30mg、0.026mmol)を入れた。混合物に30分間、窒素を通気し、次に100℃において5時間攪拌した。赤色のpptが混合物に形成された。溶液を室温に冷却し、次にさらに氷水槽で冷却した。溶液を10〜20μmのガラスフィルターフリット中に注ぎ、赤色の固体をメタノール(100mL)、ヘキサン(100mL)で洗浄し、次に一晩、空気乾燥した。収量:2.79g、80%。OTFTにおいて使用される材料を少なくとも2回、昇華した。 Under a nitrogen atmosphere, continuously put 5-bromo-5′-perfluoro (2,5-dimethyl-3,6-dioxanonanoyl) -2,2′-bithiophene (3.49 g, 4.83 mmol) in a container. , Dry DMF (75 mL), 5,5′-bis (tri-n-butylstannyl) -2,2′-bithiophene (1.80 g, 2.42 mmol), and Pd (PPh 3 ) 4 (30 mg, 0 .026 mmol). The mixture was bubbled with nitrogen for 30 minutes and then stirred at 100 ° C. for 5 hours. A red ppt formed in the mixture. The solution was cooled to room temperature and then further cooled in an ice water bath. The solution was poured into a 10-20 μm glass filter frit and the red solid was washed with methanol (100 mL), hexane (100 mL) and then air dried overnight. Yield: 2.79 g, 80%. The material used in OTFT was sublimed at least twice.
1つの実験において、994mgの材料を連続昇華システムに充填し、P=2×10-6トール、ソース温度320℃、および240℃の生成物領域で昇華した。材料は、揮発して生成物領域に移動する前にソースにおいて溶融した。918mg(投入量の92%)が単離された。 In one experiment, 994 mg of material was loaded into a continuous sublimation system and sublimed in the product region with P = 2 × 10 −6 Torr, source temperature 320 ° C., and 240 ° C. The material melted in the source before volatilizing and moving to the product area. 918 mg (92% of the input) was isolated.
IR分光分析法(KBrペレット、vCO=1663cm-1)、燃焼分析、および高解像度質量分析法は、提案された構造と一致した。1H NMR(400MHz、d6−アセトン、内部TMSは0pmを基準とする):δ8.18(m、1H)、7.71(d、J=4Hz、1H)、7.62(d、J=4Hz、1H)、7.44(’d’、J=4Hz、2H)、7.38(d、J=4Hz、1H)。TGA:365℃において1%wtの損失、381℃において5%wtの損失、988℃において残留物なし。DSC(20℃/分):150℃(-17J/g)、218℃(-2J/g)、可逆的な融点。19F NMRデータは、予備実施例3および6のデータと実質的に同じであった。19Fデータにおいて多数の共振が、フッ素化末端基の2つの不斉中心のためにペアとして観察される。IR(KBr):1663s(νCO)、1436s、1236vs、1202s、1151s、1079m、1029m、994s、981m、790mcm-1。 IR spectroscopy (KBr pellets, v CO = 1663 cm −1 ), combustion analysis, and high resolution mass spectrometry were consistent with the proposed structure. 1 H NMR (400 MHz, d 6 -acetone, internal TMS is based on 0 pm): δ 8.18 (m, 1H), 7.71 (d, J = 4 Hz, 1H), 7.62 (d, J = 4 Hz, 1H), 7.44 ('d', J = 4 Hz, 2H), 7.38 (d, J = 4 Hz, 1H). TGA: 1% wt loss at 365 ° C., 5% wt loss at 381 ° C., no residue at 988 ° C. DSC (20 ° C./min): 150 ° C. (−17 J / g), 218 ° C. (−2 J / g), reversible melting point. The 19 F NMR data was substantially the same as that of Preparative Examples 3 and 6. Numerous resonances in the 19 F data are observed as pairs due to the two asymmetric centers of the fluorinated end groups. IR (KBr): 1663 s (ν CO ), 1436 s, 1236 vs, 1202 s, 1151 s, 1079 m, 1029 m, 994 s, 981 m, 790 mcm −1 .
生成物のTHF溶液による高性能液体クロマトグラフィ(HPLC)を、大気圧化学イオン化(APCI)源を備えたアギレント・モデル(Agilent Model)LC/MSD四極質量分析計を用いて実施した。試料溶液をTHF/水(1:1)の移動相に注入し、約2走査/秒の走査速度において1,000〜2,000ダルトンの質量範囲についてデータを収集した。スペクトル中の唯一の有意なイオンはm/z1451、m/z1452、およびm/z1453に見られ、1,450の分子量を有する化合物に相当し、提案された生成物と一致した。 High performance liquid chromatography (HPLC) of the product in THF was performed using an Agilent Model LC / MSD quadrupole mass spectrometer equipped with an atmospheric pressure chemical ionization (APCI) source. The sample solution was injected into a mobile phase of THF / water (1: 1) and data was collected for a mass range of 1,000 to 2,000 daltons at a scan rate of about 2 scans / second. The only significant ions in the spectrum were found at m / z 1451, m / z 1452, and m / z 1453, corresponding to a compound with a molecular weight of 1,450, consistent with the proposed product.
実施例13
OTFTの製造および試験
裏側に5kÅのアルミニウムおよび表側に1.5kÅのスパッタされたAl2O3を有する、シリコン・バレー・マイクロエレクトロニクス(Silicon Valley Microelectronics)(カリフォルニア州、サンノゼ(San Jose, CA))から得られたドープトシリコン<100>ウエハ上にOTFTを製造した。ポリ(α−メチルスチレン)(GPCによって平均Mw約100,300)の0.1wt%溶液を、スピンコーティング(20秒間500rpm、その後に、40秒間2000rpm)によってトルエンから表面に適用した。試料を110℃の炉内に置き、スピンコーティング後に30分間、焼成した。得られたポリマー層は、単一ビーム楕円偏光法によって測定されたとき、約100Åであった。上に記載されたペルフルオロアシルチオフェンの薄膜(約600Å)を≦5×10-6トールの圧力で物理蒸着によって堆積した。次に、試料を別の真空チャンバに移動させ、そこで金ソース−ドレインコンタクト(600Å)を、ポリマーシャドウマスクを通して有機膜上に蒸着した。
Example 13
On the back side preparation and testing of an OTFT having a Al 2 O 3 sputtered in 1.5kÅ aluminum and the front side of 5KA, Silicon Valley Microelectronics (Silicon Valley Microelectronics) (San Jose, California (San Jose, CA)) OTFTs were fabricated on doped silicon <100> wafers obtained from A 0.1 wt% solution of poly (α-methylstyrene) (average Mw about 100,300 by GPC) was applied to the surface from toluene by spin coating (500 rpm for 20 seconds, then 2000 rpm for 40 seconds). The sample was placed in a 110 ° C. oven and baked for 30 minutes after spin coating. The resulting polymer layer was approximately 100 mm as measured by single beam elliptical polarization. A thin film of perfluoroacylthiophene described above (approximately 600 Å) was deposited by physical vapor deposition at a pressure of ≦ 5 × 10 −6 Torr. The sample was then moved to another vacuum chamber where gold source-drain contacts (600 Å) were deposited on the organic film through a polymer shadow mask.
図2は、半導体層において5,5’’’−ビス[ペルフルオロ(3,6−ジオキサデカノイル)]−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クウォーターチオフェンを用いて製造された薄膜トランジスタ(実施例10)の特性決定データ(ID−VG伝達曲線から計算されたID 1/2対VG曲線)を示す。データは飽和状態にあり、各場合においてドレイン電圧(VD)は最大ゲート電圧(VG)に等しい。デバイスを10-6トールの真空下で測定した。データは、ゲート電圧の負から正(-/+)および正から負(+/-)走査の両方についてプロットされる。飽和電子移動度(μe)は、標準金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の式(セー,S.M.(Sze,S.M.)著、Physics of Semiconductor Devices、第2版、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons):ニューヨーク(New York)、1981年を参照のこと)を用いて示されたポイントにおいてID 1/2対VGトレースの傾きから計算された。図2に示されたデバイスについて、移動度は、負から正VG走査について1.8cm2/Vsであり、正から負走査について2.6cm2/Vsであった。同じウエハ上の他のデバイスのさらに別のデータを表1に示す。 FIG. 2 shows 5,5 ′ ″-bis [perfluoro (3,6-dioxadecanoyl)]-2,2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ ″ − in the semiconductor layer. FIG. 6 shows characterization data (I D 1/2 vs. V G curve calculated from I D -V G transfer curve) of a thin film transistor (Example 10) fabricated with quarterthiophene. The data is in saturation, and in each case the drain voltage (V D ) is equal to the maximum gate voltage (V G ). The device was measured under a vacuum of 10-6 torr. Data is plotted for both negative to positive (-/ +) and positive to negative (+/-) scans of the gate voltage. Saturated electron mobility (μ e ) is calculated from the standard metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) equation (SE, SM (Sze, SM), Physics of Semiconductor Devices, 2nd edition, John Wiley & Sons (John Wiley & Sons): New York (New York), was calculated from the slope of the I D 1/2 vs. V G trace at a point indicated using a see 1981). For the device shown in FIG. 2, the mobility is 1.8 cm 2 / Vs for the positive V G scanned from negative, the negative scan positive was 2.6 cm 2 / Vs. Additional data for other devices on the same wafer is shown in Table 1.
図3は、半導体層において5,5’’’’−ビス[ペルフルオロ(3,6,9−トリオキサデカノイル)]−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’−キンケチオフェンを用いて製造された薄膜トランジスタ(実施例11)のID 1/2対VG曲線を示す。デバイスを製造し、上記したように試験した。表2は、同じウエハ上の他のデバイスのさらに別のデータを記載する。 FIG. 3 shows 5,5 ″ ″-bis [perfluoro (3,6,9-trioxadecanoyl)]-2,2 ′: 5 ′, 2 ″: 5 ″, 2 ′ in the semiconductor layer. '': 5 ′ ″, 2 ″ ″ — I D 1/2 vs. V G curve of a thin film transistor (Example 11) produced using kinkethiophene. Devices were manufactured and tested as described above. Table 2 lists additional data for other devices on the same wafer.
本発明のnチャネル半導体オリゴチオフェンを用いる薄膜トランジスタに関して、得られた移動度の値は、nチャネル有機半導体材料について今までに記録された最も高い値であり、ペンタセンなどのp−チャネル半導体と性能において同等である。 For the thin film transistor using the n-channel semiconductor oligothiophene of the present invention, the mobility value obtained is the highest recorded so far for n-channel organic semiconductor materials, and in performance with p-channel semiconductors such as pentacene. It is equivalent.
Claims (27)
Rf 1−O−(Rf 2)x−(Rf 3)−
に相当し、上式中、R1 fがペルフルオロアルキル基を表し、Rf 2が、1〜4個の過フッ素化炭素原子を有するペルフルオロアルキレンオキシ基またはこのようなペルフルオロアルキレンオキシ基の混合物からなる過フッ素化ポリアルキレンオキシ基を表し、Rf 3がペルフルオロアルキレン基を表し、xが0〜25である、請求項2に記載の化合物。 Each R f has the formula:
R f 1 -O- (R f 2 ) x - (R f 3) -
Wherein R 1 f represents a perfluoroalkyl group, and R f 2 represents from a perfluoroalkyleneoxy group having 1 to 4 perfluorinated carbon atoms or a mixture of such perfluoroalkyleneoxy groups. consisting represents perfluorinated polyalkyleneoxy group, R f 3 represents a perfluoroalkylene group, x is from 0 to 25, a compound according to claim 2.
b.2−ハロ−5−ペルフルオロエーテルアシルチオフェンまたは5−ハロ−5’−ペルフルオロエーテルアシルオリゴチオフェンと、
c.パラジウム触媒の存在下で
反応させる工程を含む、請求項2に記載の化合物を調製する方法。 a. Bis-trialkylstannyl (oligo) thiophene b. 2-halo-5-perfluoroether acylthiophene or 5-halo-5′-perfluoroether acyl oligothiophene;
c. A process for preparing a compound according to claim 2 comprising reacting in the presence of a palladium catalyst.
式:
c)パラジウム触媒の存在下で
反応させる工程を含む、請求項12に記載の方法。 formula
The process according to claim 12, comprising the step of c) reacting in the presence of a palladium catalyst.
式:
formula:
ゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、
前記ゲート電極の反対側の前記ゲート誘電体層に隣接した、請求項1〜11のいずれか一項に記載の式の化合物を含む半導体層を作製する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタを作製する方法。 Providing a gate electrode;
Depositing a gate dielectric layer on the surface of the gate electrode;
Forming a semiconductor layer comprising a compound of the formula according to any one of claims 1 to 11 adjacent to the gate dielectric layer on the opposite side of the gate electrode. .
ゲート誘電体層を前記ゲート電極の表面上に堆積する工程と、
前記ゲート電極の反対側の前記ゲート誘電体層に隣接してソース電極およびドレイン電極を配置し、前記ソース電極および前記ドレイン電極が、前記ゲート誘電体層の上の領域によって分離される工程と、
前記ソース電極の表面上に、前記ドレイン電極の表面上に、および前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の領域に、請求項1〜11のいずれか一項に記載の化合物を含む半導体層を作製する工程と
を含む、有機薄膜トランジスタを作製する方法。 Providing a gate electrode;
Depositing a gate dielectric layer on the surface of the gate electrode;
Disposing a source electrode and a drain electrode adjacent to the gate dielectric layer opposite the gate electrode, wherein the source electrode and the drain electrode are separated by a region above the gate dielectric layer;
A semiconductor layer containing the compound according to claim 1 on the surface of the source electrode, on the surface of the drain electrode, and in a region between the source electrode and the drain electrode. A method of manufacturing an organic thin film transistor.
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