TW200908408A - Tetracarboxylic diimide semiconductor for thin film transistors - Google Patents

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200908408 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於經雜環烷基取代（亦稱為經雜脂環族基團 取代）之萘-1，4,5,8-雙（二曱醯亞胺）化合物作為^通道半導 體膜中之半導體材料之用途。本發明亦關於該等材料在電 子裝置之薄膜電晶體中之用途及製造該等電晶體及裝置之 方法。 【先前技術】 薄膜電晶體（TFT)廣泛用作電子器件中之開關元件，例 如在主動矩陣液晶顯示器、智慧卡、及各種其他電子裝置 及其組件中。薄膜電晶體（TFT)係場效電晶體（fet)之一個 實例。FET之最熟知實例係M〇SFET(金屬_氧化物_半導體_ FET) ’其係目前用於高速應用之習用開關元件。目前，大 多數薄膜裝置係使用非晶矽作為半導體製得。非晶矽係結 晶石夕之較便宜替代物。此事實對於降低大面積應用中電曰曰: 成本尤為重要。然而，非晶石夕之應用限於相對低速裝 置，此乃因其最大遷移率(0.5] ·〇 cm2/v叫比結晶矽小數 千倍。 儘管非晶梦用於TFT中比高度結晶錢宜，但非晶石夕仍 、、’在電Ba體製造期間非晶矽之沈積需要相對費 用大的方法(例如，電聚增強之化學氣相沈積)及高溫⑽ C)以達成足以用於海+ 成巾 於颂不器應用之電特性。該等高處理溫 度不允許使用由—此廡田， 二應用（例如，撓性顯示器）中原本 使用之某些塑膠製得之基板用於沈積。 130206.doc 200908408 之年中，有機材料作為無機材料(例如，非晶石夕) 之潛在替代物用於tFT本軎 丰莫於m 之半導體通道中已受到關注。有機 '；尤其彼等溶於有機溶劑中者使製程更簡單， 且因此能夠藉由極其便 垃鉬h 、 升使且的表程（例如，旋塗、浸塗及微 I)施加於大面積。此外’有機材料可在較低溫度 (包：塑’：㈣了用於撓性電子裝置之較寬範圍基板材料 小因此’由有機材料製得之薄膜電晶體可視為 顯不器驅動哭、π ,

3便攜式電腦、㈠器、事務卡中之記憶體 =、及硪別標籤及諸如此類中之塑膠元件的潛在關鍵技 2 ’其中製造容易、機械靈活性、及/或適度操 重要考慮因素。 、已經做出相當大的努力來發現可用於TFTt之新有機半 導體材料以提供電子組件中之開關及/或邏輯元件，該等 70件中許多需要有效遷移率遠高於〇 〇1 cm2/Vs，且電流導 通/關斷比（在下文中稱為"導通/關斷比"）大於1〇〇〇。具=該 等性質之有機TF 丁能夠用於電子應用，例如，用於顯示器 及識別‘籤之像素驅動器。然而，展示該等合意性質之大 Μ化合物H型"或 >通道"’此意味相對於源極電壓 把加負閘極電壓以在該裝置之通道區域中誘導正電 洞）。 作為P’t機半導體材料之㈣物，Ν•型有機半導體材 乍為Ρ型有機半導體材料之替代物用於TFT中，其中 術語”nH’n_通道"表明相對於源極電壓施加正間極電 壓以在裝置之通道區域中誘導負電荷。 130206.doc 200908408 ，此外，TFT電路之一種重要類型⑽為互補電路)除p_型 半導體材料以外需要n_型半導體材料。參見DGdabaiapur等 人於"C〇mplementary circuits with 〇哪心 却〆以从L". 1996, 69, 4227中。具體而言，互補電路 之製造需要至少一個P-通道TFT及至少一個n_通道TFT。簡 單組件（例如，反相器）已經使用互補電路構造實現。互補 電路相對於普通TFT電路之優點包括較低功率耗散、較長 哥命及較佳雜訊耐受性。在該等互補電路中，通常期望其 遷移率及導通/關斷比值類似於p_通道裝置之遷移率及導通 /關斷比之η-通道裝置。習知使用有機？_型半導體及無機n_ 型半導體之混合互補電路，如闡述於Dodabalapur等人之 (却W. k". 1996, 68, 2264·)中，但為製造容易，該 等電路中期望有機η-通道半導體材料。 僅開發出少數有機材料用作TFT中之半導體η_通道。一 種該等材料巴克明斯特.富勒烯（buckminsterfullerene)C6〇 展示遷移率為0.08 cm2/Vs，但認為在空氣中不穩定。參見 R. C. Haddon、A. S. Perel、R. C. Morris、Τ· T. M. Palstra、A. F. Hebard 及 R. Μ· Fleming，"C60 Thin Film Transistors” 却；?/. Zei. 1995, 07, 121。全氟化銅酞菁 具有0.03 cm2/Vs之遷移率’且通常對於空氣作業穩定，但 基板應加熱至高於100X：之溫度以最大化在此材料中之遷 移率。參見"New Air-Stable n-Channel Organic Thin Film Transistors” Z. Bao、A. J· Lovinger 及 J. Brown J, dw. 1998，120, 207。亦已經報告其他n-通道半導體 I30206.doc 200908408 (包括一些基於萘框架者），但其具有較低遷移率。參見 Laquindanum 等人之"n-Channel Organic Transistor Materials Based on Naphthalene Frameworks" J. Am. Chem, 1996, 1 18, 1 1331。一種該以萘為主之n-通道半導體材 料四氰基萘醌-二曱烷（TCNNQD)能夠在空氣中作業，但該 • 材料已展示低導通/關斷比而且難以製備及純化。 . 亦已證實，基於萘芳族框架之芳族四羧酸二醯亞胺作為 η-型半導體使用頂部接觸構造裝置（其中源電極及汲電極在 半導體頂部）提供至多0.16 cm2/Vs之η-通道遷移率。利用 底部接觸裝置（即，其中源電極及汲電極在半導體下面）可 獲得相當的結果，但需要在必須為金之電極與半導體之間 施加硫醇下層。參見Katz 等人"Naphthalenetetracarboxylic Diimide-Based n-Channel Transistor Semiconductors: Structural Variation and Thiol-Enhanced Gold Contacts" J. Am. Chem. Soc. 2000 122, 7787 l "A Soluble and Air-stable Organic Semiconductor with High Electron Mobility" TVaiMre 2000 404，478 ; Katz等人之歐洲專利申請案第 EP1041653號或美國專利第6,387,727號。在缺少硫醇下層 之情況下，發現在底部接觸裝置中Katz等人之化合物的遷 移率降低若干數量級。頒予Katz等人之美國專利第 6,387,727 B1號揭示稠合環四羧酸二醯亞胺化合物，其一 個實例係N，N’-雙（4-三氟曱基苄基）萘-1，4,58，-四甲酸二醯 亞胺。該等化合物係易於還原的顏料。頒予Katz等人之美 國專利第6,387,727 B1號中所報告Ν,Ν’-二辛基萘-1，4,5,8- 130206.doc 200908408 四曱酸二醯亞胺之最高遷移率介於0.1與0.2 cm2/Vs之間。 已在具有直鏈烷基側鏈之萘四羧酸二醯亞胺膜中使用脈 衝輻解時間分辨微波傳導率量測法（pulse-radiolysis time-resolved microwave conductivity measurement)量測到相對 高遷移率。參見 Struijk 等人"Liquid Crystalline Perylene Diimides: Architecture and Charge Carrier Mobilities" J. Am. Chem. Soc.第 2000卷，122, 1 1057。 頒予Dimitrakopoulos等人之美國專利公開案第 2002/0164835號揭示與以萘為主之化合物相比由茈四羧酸 二醯亞胺化合物製得之經改良η-通道半導體膜，其一個實 例係Ν，Ν·-二（正-1Η，1Η-全氟辛基）茈-3,4,9，10-四曱酸二醯 亞胺。在該二醯亞胺結構中連接至醯亞胺氮之取代基包含 烷基鏈、缺電子烷基、缺電子苄基，該等鏈較佳具有4至 1 8個原子之長度。使用基於具有茈框架之材料作為有機半 導體之裝置導致低遷移率，例如對於茈四羧酸二酐 (PTCDA)為10.5 cm2/Vs且對於ΝΝ，-二苯基茈四羧酸二醯亞 胺（PTCDI-Ph)為 1.5 X 10·5 cm2/Vs。參見Horowitz 等人於 "Evidence for n-Type Conduction in a Perylene Tetracarboxylic Diimide Derivative"^i/v. Mater. 1996, 8, 242及 Ostrick等人之乂 dpp/. 1997, 81，6804。 頒予Marks等人之美國專利公開案第2005/0176970號揭 示由單及二醢亞胺茈及萘化合物製得之經改良η-通道半導 體膜，該等化合物之Ν-及核心經吸電子基團取代。在該二 醯亞胺結構中連接至醯亞胺氮之取代基可選自烷基、環烷 130206.doc -10- 200908408 基、經取代環烷基、芳基及經取代芳基部分。然而， Marks等人並未看到在醯亞胺氮上使用環烷基之任何優 點。因此’自含有N-辛基及N-環己基之茈二醯亞胺獲得之 遷移率實際上不易覺察（第10頁，第1列，實例1〇)。而且， 頒予Marks等人之美國專利公開案第2〇〇5/〇i 76970 A1號中 所報告最高遷移率為0.2 cm2/Vs。Marks等人未展示關於萘 化合物之試驗數據，而且需要其核心經二氰基取代。 20〇6年12月7曰提出申請頒予Shukla等人之美國專利第 11/567,954號揭示在1，4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺在一個或兩 個醯亞胺氮上具有4-取代環己基之情況下，與構型混合的 1，4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺相比構型受控的n，n，_二取代_ 1，4,5,8-萘四羧酸二醯亞胺在薄膜電晶體裝置中展示優良〜 型半導體性質。 如以上所討論，已經獲得各種M,5,8-萘四羧酸二醯亞 胺並測試η-型半導體性質。通常，該等材料作為n_型半導 體使用頂部接觸構造裝置已提供高達0.16 Cm2/VS之n-通道 遷移率。該項技術需要用於電晶體材料之新的且經改良有 機半導體材料及用於其製造及使用之經改良技術。業内尤 其需要在有機薄膜電晶體裝置中展示有效遷移率及電流導 通/關斷比之n_型半導體材料。 具體而言，期望與具有烷基之1，4,5,8_萘四羧酸二醯亞 胺相比展示優良n_型半導體性質之；^，^四羧酸二酿亞 胺。 【發明内容】 130206.doc 200908408 本發明係關於包含經雜環烷基取代之萘_l54,5,8-雙（二曱 醯亞胺）化合物之n_通道半導體或材料，該化合物具有直接 連接至兩個醯亞胺氮中至少一個（或在其上取代）之雜環烷 基環系統（即，雜脂環族基團），該環系統在環中具有4至1〇 個原子以及至少一個非碳雜原子，例如在環中具有5個碳 原子及1個氮之六氫吡啶環。該（等）雜環烷基環可獨立經取 - 代或未經取代。在一或兩個雜環烷基環系統上之可選取代 較佳包括供電子基團。由該等化合物製得之半導體膜在膜 形式下能夠展示高達〗.〇 cm2/Vs之有效場效電子遷移率。 該等半導體膜亦能夠提供在至少1〇5之範圍内的裝置導通/ 關斷比。 本發明之一個實施例係關於該等n_通道半導體膜在有機 薄膜電晶體中之用途，其各自包含連接至n_通道半導體膜 之間隔開的第一及第二接觸構件。第三接觸構件可與該第 一及第二接觸構件間隔開且適用於借助施加於該第三接觸 Q 構件上之電壓控制在該第一與第二接觸構件之間流過該臈 之電流。該第一、第二及第三接觸構件可對應於場效電晶 體中之汲電極、源電極及閘電極。 本發明之另一態樣係關於製造薄膜電晶體之方法，其較 佳藉由昇華或溶液相沈積卜通道半導體膜於基板上，其中 沈積期間基板溫度為不超過100〇C之溫度。 更具體而言，本發明係關於在薄膜電晶體中包含有機半 導體材料之薄膜的物件，其包含具有連接至至少一個釀亞 胺氮原子之經取代或未經取代雜環烷基環系統的經雜環烷 130206.doc 12 200908408 基取代之萘·1，4,5,8_雙（二f醯亞胺）化合物。若—或兩個 環經取代，則經取代之每個環上的取代基較佳包含至少一 個供電子有機基團。舉例而言，若該兩個雜環烧基環系統 上存在-或多個取代基，則該兩個環每一者上之該等取代 f包含至少-個供電子基團。更佳地，兩個該等雜環烷基 環系統上之所有取代基皆為供電子基團。 Ο 在本發明—個實施例中，本發明中所用經雜環烧基取代 之萘-四甲酸二醯亞胺化合物由以下一般結構〗表示： (Z)m

€ 其中’ Al與入2中至少-個獨立為在環中包含4至1〇個原子 之經取代或未經取代雜環院基環系統，其中若存在，〜或 、中另—個為任—有機取代基。較佳地，該等雜環烧基環 ^係含有1個至4個選自〇、咖之雜原子、較佳個 '杳子之未橋接單環㈣接雙環m雜魏基環系統 ^例包括氧雜環丁炫、四氫咳嗔、四氫㈣、或氧雜環 兀、-嚼烧、氮雜環各咬、六氫_、六氯氮

Hi 、㈣、四氯Π塞喃、硫雜環庚 ^ :琳以及橋接雜環烧基系統（例如，氧雜雙環[4 烷及虱雜雙環[2,2，！]+一碳烷）。 130206.doc -13- 200908408 在以上結構i中，第一及第二二羧酸醯亞胺部分係在萘 核之1，8及4,5位連接至該等萘核的對置側。該等萘核可視 情況經至多四個獨立選擇之Z基團取代，其中瓜係〇至4之 任一整數。較佳地，Z基團獨立選自不影響由該等化合物 製得之膜的η-型半導體性質之供電子基團（或至少不為吸電 子基團）。 在一個尤其有用之實施例中，用於本發明之雜環烷基 秦-四曱酸一酿亞胺化合物由結構η表示

II 其中，Υ係 Ο、S、或 Ν ; R1、R2、R4、r5、R2,、r4.各自獨 立為H或供電子有機基團，只是允許環系統上視情況任何 兩個R基團（其可在毗鄰碳上）可組合以形成經取代或未經 取代四至六員脂環族環作為橋接環系統的一部分。當Υ係 〇或S時，ρ為〇。當YgN時，卩為】，且R^H或供電子有 機基團。Ai係有機取代基，如上文針對結構π所定義具有 獨立選擇之丫及R基團的視情況另一雜環烷基。 有利地，根據本發明用於電晶體裝置中之n_通道半導體 膜未必需要為獲得高遷移率而預先處理連接至該膜之第一 及第二接觸構件。而且，用於本發明方法中之化合物具有 130206.doc 200908408 於以將η-通道半導 有效揮發度，因此若合意氣相沈積可用 體膜施加於有機薄臈電晶體中之基板上 本文所用，，一（a或an)，，或”該”與 指”一或多個”所修飾元件。 至少一個"互換使用 ，係 本文所用關於有機薄臈電晶體中層之術語"在…之上"、 "在…上方"、及"在...之下，，及諸如此類係指該等層之順 序，其中有機薄膜層係在閘電極上方，但未必表示該等層 緊鄰或其中沒有中間層。 (

【實施方式】 典型有機薄膜電晶體之剖視圖展示於圖i及2中，其中圖 1繪示典型底部接觸構造且圖2繪示典型頂部接觸構造。 圖1及2實施例中之各薄膜電晶體（TFT)包含源電極2〇、 汲電極30、閘電極44、閘極介電質56、基板28及本發明所 用為將源電極20連接至汲電極30之膜形式之半導體7〇，半 導體70包含選自本文所述經雜環烷基取代之萘_丨，4,5,8_雙 (一甲醯亞胺）化合物類型的化合物。 當TFT以累積模式運行時，自源電極注入半導體之電荷 移動且電流自源極流向汲極，此主要發生在半導體-介電 質介面100埃内之薄通道區域中。參見a. Dodabalapm·、 Torsi Η. E. Katz, 1995，268，270。在圖 1之構造 中’僅需自源電極20橫向注入電荷以形成通道。在缺少問 極場之情況下’理論上該通道具有少數電荷載子；因此理 論上無源極-沒極傳導。 關斷電流定義為當尚未藉由施加閘極電壓有意將電荷注 130206.doc -15- 200908408 入通道時在源電極20與汲電極30之間流動的電流。對於累 積模式TFT而§，假設為n_通道，此發生於閘極-源極電壓 比稱為臨限電壓之某一電壓更負之情況下。參見在 Semiconductor Devices--Physics and Technology^ j〇hn Wiley & Sons (1981)，第438-443頁中。導通電流定義為當 藉由將適當電壓施加於閘電極44而有意使電荷載子在通道 中累積’且該通道導電時在源電極2 〇與沒電極3 〇之間流動 的電流。對於η-通道累積模式TFT而言，此發生於閘極_源 極電壓比臨限電壓更正之情況下。對於卜通道作業而言期 望此臨限電壓為零或稍正。藉由將電場自閘電極44跨越閘 極介電質56至半導體-介電質介面施加及移除電場來實現 導通與關斷之切換，以對電容器有效充電。 根據本發明，本發明所用有機半導體材料當以n_通道膜 形式使用時在惰性條件下可展示高性能而無需特別化學下 層。 本文所述本發明之經改良Π ·通道半導體膜包含經雜環烧 基取代之萘-1，4,5,8-雙（二甲醯亞胺）化合物、較佳為雜環 院基-1，4,5,8-萘-四羧酸二醯亞胺化合物，其能夠展示大於 0.001 cm2/Vs、較佳大於〇.〇1 cm2/Vs之場效電子遷移率。 更佳地’包含本發明化合物之膜展示大於〇·1 cm2/Vs之場 效電子遷移率。 此外，本發明所用n_通道半導體膜能夠提供至少1〇4、 有利地至少1〇5之導通/關斷比。導通/關斷比係當閘極電壓 自零陡升至1 00伏特且汲極-源極電壓保持恆定值1 〇〇伏 130206.doc • 16- 200908408 特、且使用二氧化矽閘極介電質時被量測為汲極電流之最 大值/最小值之比。 而且’在膜沈積之前將η-型半導體材料反覆暴露於空 氣、以及沈積之後將電晶體裝置及/或通道層暴露於空氣 之後仍可獲得該等性質。 不期望文限於理論，據信有若干因素有助於本發明基於 萘之四羧酸二醯亞胺化合物的合意性質。該材料之固態結 構具有經壓縮的個別分子，使得含萘環系統及/或醯亞胺 羧基之共軛萘核心系統的執道能夠與毗鄰分子相互作用， 以獲得高遷移率。此相互作用之方向具有平行於使用此材 料作為活性層之裝置中期望電流方向之分量。由該材料所 形成膜之形態實質上連續，使得電流流過該材料而無不可 接受的中斷。 該化合物之最低未佔用分子軌道係位於允許以有用電壓 自具有合理功函數之金屬注人電子之能量處。此共輛結構 通常具有3.5 eV至4.6 eV之合意最低未佔用分子軌道 (LUMO)能級（相對於真空能級）。如該項技術中所知， LUMO能級及還原電位大致闡述材料的同一特性。lum〇 能級值係相•於真空能級量測’且還原電位值係在溶液中 相對標準電極量測。用於裝置應用之優點在於結晶固體之 LUMO(其為半導體之導帶）及固體之電子親和力二者皆相 對於真空層面量測。後面的參數通常不同於前面自溶液中 獲得的參數。 如上所述，本發明係關於在薄膜電晶體中包含有機半導 130206.doc 200908408 體材，之薄膜的物件，其包含具有直接連接至至少-個酿 亞胺氮原子之經取代或未經取代雜環烷基環之經雜環烷基 取代之萘-1，4,5,8-雙（二甲醯亞胺）化合物，其中該等雜環 烷基環每—者上之任何可選取代基包含至少一個供電子有 機基團，即，若該兩個雜環烷基環系統之一個或兩個上存 • 在一或多個取代基，則該等取代基包含在一或兩個雜環烷 ' 基％上之至少一個供電子基團。該兩個雜環烷基環系統 (若存在）可不同，且各個雜環烷基環系統可獨立具有不同 取代或無取代。然而，較佳地，各個雜環烷基環系統相 同，但各個環系統上之取代（若有）可不同。若兩個雜環烷 基環系統皆經取代，則兩個雜環烷基環系統包含至少一個 供電子取代基。萘核心較佳未經除氰基以外的其他吸電子 基團（例如，含齒素或羰基之基團）取代。 在本發明一個實施例中，本發明所用經雜環烷基取代之 萘-四甲酸二醯亞胺化合物係由以下一般結構j表示： O (Z)m

其中 之經取代或未經取代雜環烷基環系統， 中另一個為任一有機取代基。較佳地， -18- 200908408 統係含有！個至4個選自〇、之雜原子、較佳⑷個雜 原子之未橋接單環或橋接雙環環系統。雜環炫基環系統之 實例包括氧雜環丁燒、四氮咬喃、四氣吼靖、或氧雜環庚 烷、二噁烷、氮雜環丁烷、吡咯啶、六氫吡啶、六氫氮 吁、四氫二氮呼、四氫嘆吩、喧吸、四氫嘆喃、硫雜環庚 ' '嗎心及橋接雜㈣基環系統（例％ ’氧雜雙環[4·4.〇] . 癸烧及氮雜雙環[2,2，1]十一碳烷）。 在、上、、，。構1中，第一及第一二叛酸醯亞 关 〇核之1，8及4,5位連接至該等萘核的對置側。料萘核^ 情況經至多四個獨立選擇之2基團取代，其中瓜係〇至4之 任一整數。較佳地，Ζ基團獨立選自不影響由該等化合物 製得之膜的η-型半導體性f之供電子基團（或至少不為吸電 子基團）。 +在-個尤其有用之實施例中，用於本發明之雜環烷基 萘-四甲酸二酿亞胺化合物由結構Η表示：

其中，Υ係 Ο、S、或 Ν ; Rl、r2、r4、r5、r2. r4.各自獨 立為H或供電子有機基團’只是允許環系統上視情況任何 兩個（較佳毗鄰）R基團可組合以形成經取代或未經取代四 1302D6.doc •19- 200908408 至/、員脂環族環作為橋接環系統的一部分。當γ係〇或s 時p為〇。當¥為1^時’ p為1，且R3為Η或供電子有機基 團八1係有機取代基，視情況另一雜環烷基。 在另一尤其有用實施例中，本發明所用雜環烷基萘-四 甲酸二醯亞胺化合物係由結構III表示：

III 〇 其2中，X與Y獨立或單獨為〇、s、或N ; Rl、r2、r4、r5、 R R (在第一雜環烷基環上）及R6、R7、R9、R7,、R9_、 及在第二雜環院基環系統上）各自獨立為H或（較佳供電 有機基E 〃疋允§午環系統上視情況任何兩個（較佳田比 基團可組合以形成經取代或未經取代四至六員脂環族 讀為橋接環系統的—部分。當\與¥獨立為0或叫，P或 q刀別為〇。當又與丫獨立為N時，分別為i，且汉3與汉8 較佳獨立為Η或供電子有機基團。 若該化合物中一或兩個雜環烧基環系統(若存在)經取 ，則分別在該-或兩個雜環絲環“ 電子基團、較佳^8有機取代 有機取代基、最錢基取代基。本文所用術語"有機 土團”係指具有1至12個碳原子、較佳⑴個碳原子之任何 130206.doc -20- 200908408 經取代或未經取代取代基。有機基團包括（例如）Ch3、直 鏈或具支鏈CrC4烷基、q-C8伸烷基（單價不飽和脂肪族 烴）、或CrC8烷氧基。在由結構^表示之化合物中第—及 第二環系統為單環環系統（例如四氫吼喃）之情況下，則較 佳所有 R1、R2、、r2·、r4,、r5、r6、r7、r9、及汉1〇 為 氫或供電子取代基。 在結構II或ΙΠ(當取代基可使用時）中，Rl、R2、R4、

R、R 、及R4中的較佳至少兩個或三個、更佳至少四個 或五個為Η且同-環上之任何取代基皆為供電子基團、較 佳烷基（例如，CH3);且r6、r7、r9、Ri〇、r7.、及r9，中的 較佳至少兩個或三個、更佳至少四個或五個為H且同一環 上之任何取代基皆為供電子基團、較佳烷基（例如， CH3)較佺供電子基團係烷基（例如，。在結構η或 ΙΠ(當取代基可使用時）中仍更佳之結構係彼等其中Ri、 若f在^…、^.、…’、。、^、以若存在）、！^、 及R中所有皆為只且尺2與r7二者為供電子基團、 較佳院基（例如，ch3)者；或其中r1、r2、r3(若存在）、 R4、R2、R4、R5、r6 r7 8 R R (若存在）、R7'、R9、R9·、 及r1Q中所有皆為Η者。 在一個特定實施例中，右兮 在°亥化s物兩個環己基環每一個 上恰有一個獨立選擇之供雷； ，、電子有機取代基’其中該等取代 基種類及/或位置不同，或者 考右該等取代基種類及位置皆 相同，則該等取代基相對於 、亞私氮在環己基環的鄰或間 位上，而不在對位上。 130206.doc -21 - 200908408 、11或111中，該等萘核可如在結構I中一樣

核心之近距離接近之取代基亦係有利地。 在以上結構i 視情況經至多t 化合物以外。避免 於妨礙化合物共概 。應避免之該等取 代基包括高度支化基團、環結構及具有多於12個原子之基 團，尤其若該等基團或環將定向而對共耗核心之近距離接 近造成明顯空間障壁。此外，應避免實質上降低化合物之 溶解性及/或揮發性以致阻礙合意製造方法之取代基。 除非另有明確說明，否則術語”經取代,，或”取代基”之使 用係指除氫以外之任何基團或原子。另外，當取代基包含 可取代氫時，亦意欲涵蓋取代基之未經取代形式、以及其 在其可經任何其他提及取代基或基團（針對相同位置所提 及者）進一步取代（至最大可能數量）方面來說之形式，只要 該等取代基不破壞半導體效用所需之性質即可。若期望， 取代基自身可進一步經可接受取代基取代一或多次。舉例 而言，在R基團（R1至R10)之情況下烷基可經烷氧基取代， 或者例如在Ζ基團之情況下，可經氟原子取代。當分子可 具有兩個或更多取代基時，除非另外提供，否則該等取代 基可連接在一起形成脂肪族或不飽和環。 130206.doc -22· 200908408 就R基團或Z基團而言，任何上述烷基之實例除另外表 明的以外係甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、 第二丁基、戊基、己基、辛基、2_乙基己基及同類基團。 較佳具有1至6個碳原子、更佳丨至4之烷基意欲包括具支鏈 或直鏈基團。烯基可為乙烯基、丨·丙烯基、丨_丁烯基、2· 丁烯基及同類基團。 就Z基團或R基團而言，芳基可為苯基、萘基、苯乙烯 基及同類基團。芳基烷基可為苄基、苯乙基及同類基團。 上述任一上之有用基團包括烷氧基及諸如此類。 當提及供電子基團時，其可由哈密頓取代基常數 (Hammett substituent C〇nstant)((jp σιη)(如 L.p· Hammett在 户咖⑽/ Og㈣’c ⑹(McGraw-Hill Book公司，NY， 1940)中所闡述者）、或由塔夫脫極性取代基常數（Taft polar substituent constantXc^X 如由 R. w. Taft 在 5Ϊ⑺·c

Effects in Organic Chemistry (Wiiey and Sons, NY, 1956) > 及其他標準有機教科書中所定義）表示或由其估計。此表 徵環取代基（在對位）影響反應位點電子性質之參數最初係 藉由其對苯f酸pKa之影響量化。隨後工作已使最初概念 及數據得以延伸並精煉，但出於預測及對比之目的，〜之 標準設置廣泛用於化學文獻中，如（例如）在c沿旧心等 人，/. 17, 1207 (1973)。較佳地，供電子基團 之σρ*σιη小於零、更佳小於_〇.〇5、最佳小於_〇1。％值可 用於表示本發明結構中（如在以上結構π中）基團之供電子 陡質。吸電子基團係彼等哈密頓（HammeU)值大於或等於 130206.doc •23- 200908408 0.20、較佳〇·ι〇者。蛊 ▲ 舉例而言’非供電子取代基包括（但不 限於）硝基、氟或氰基取代美。人 土 3羧基之取代基（經取代羰 基及羧基取代基）即便吸電子，左 在本發明一些實施例中亦 可較佳。 有用經雜環烷基取代之萘-Μ 5 8雔， ，，8_雙（二曱醯亞胺）衍生 物之特定例示性實例由以下式展示：

Ο Ο 130206.doc ‘24- 200908408

L

130206.doc -25- 200908408 1-15 0 0 1-16 1-17 —-—.

用於本發明之對稱N，N，-雙（雜環烷基）-經取代萘-1,4,5,8-雙（一甲酿亞胺）化合物係方便地藉由使萘四羧酸二酐用過 里適宜胺（例如’硫代環己基胺）環化來製備。典型程序闡 述於歐洲專利申請案第251071號及美國專利第4，156,757號 及美國專利第4,578,334號及第4,719，163號中。製備不對稱 萘四羧酸二醯亞胺之典型程序闡述於美國專利第4,714,666 號中。然後藉由於10-5至10-6托下梯度昇華…如 sublimation)純化粗製材料。 本發明之另-態樣係關於製備半導體組件及納入該等植 件之電子裝置的方法。在-個實施例中，提供基板且可將 上述半導體材料層施加於該基板，制該層獲得電觸點。 準確製程順序由期望半導體組件之結構確定。因此，在右 機場效電晶體之製造中，例如， .,( 了首先將閘電極沈積於搪 性基板（例如有機聚合物膜）上 、 '、傻闸電極可利用介電質 130206.doc -26 - 200908408 絕緣且然後可將源電極及汲電極及η_通道半導體材料層施 加於頂部。此-電晶體之結構且因此其製造順序可以熟悉 該項技術者習知之方式改變。因此，獲得可首先沈積間電 極，隨後閉極介電質，然後可施加有機半導體，且最後用 於沈積於該半導體層上之源電極及沒電極的觸點。第三結 構可具有首先沈積之源電極及沒電極、然後有機半導體， 其中介電質及閘電極沈積於頂部。 Ο Ο 熟悉該項技術者應瞭解，可構建其他結構及/或中間表 面改良層可插於薄膜電晶體上述組件之間。在大多數實施 例中，場效電晶體包含絕緣層、閉電極、包含本文所述有 機材料之半導體層、源電極、及沒電極，其中該絕緣層、 該間電極、該半導體層、該源電極及㈣電極為任何順 序’只要該閘電極與該半導體層二者接觸該絕緣層，且該 源電極及該沒電極二者接觸該半導體層即可。 支撐件可在製造、測試及/或使用期間用於支樓OTFT。 熟悉該項技術者應瞭解’經選擇用於商業實施例之支撑件 可不同於經選擇用於測試或筛選各種實施例者。在 =二該支標件並不為TFT提供任何所需電功能。：類 土樓件在此文件中稱為”不參與支撐件，，。有用材料可包括 «、聚合材料、經填充聚人=件 玻璃、陶 t 口材枓、，經塗佈金屬箱、丙嫌 :樹:::環氧樹脂、聚酿胺、聚碳酸酉旨、聚醯亞胺、聚 A)(有/基伸笨基氧“，4、伸苯基録―1，4·伸苯 基K有時稱為聚（賴峨PEEK)、聚降获稀、聚苯喊、聚 130206.doc -27- 200908408 (萘一竣酸乙二酯）（PEN)、聚（對苯二甲酸乙二酯）（PET)、 聚（伸苯基硫醚）（PPS)、及纖維增強之塑膠（FRp)。 在本發明一些實施例中使用撓性基板。此允許可連續的 捲繞處理，此提供優於平坦及/或剛性支撐件之規模經濟 及製造經濟。所選撓性基板較佳能夠使用較小力量（如藉 由無輔助的手）纏繞於圓周小於5〇公分直徑、更佳25公分 直徑、最佳H)公分直徑之圓柱體上，而不會扭曲或斷裂。 較佳撓性基板可捲繞於其自身上。

在本發明一些實施例中，支撐件係可選的。舉例而言， 在如圖2中之頂部構造中，當閘電極及/或閘極介電質對於 所付TFT之擬定用途提供足夠线時，不需要线件。此 外，該支撐件可與臨時支擇件組合。在此—實施例中舉 例而言，當支撐件期望用於臨時目的(例如，製造、運 輸、測試及/或儲存）時，該支樓件可以可拆卸方式黏著或 以機械方式附著至支撐彳丰。枭 掩^ ^件舉例而s，可將撓性聚合物支 芽-占著至可去除之剛性玻璃支標件。 問電極可為任何有用導電材料。該項 閘極材料亦適宜，其包括金冑Έ“ 之各種 括金屬、退化摻雜之半導體、導電 聚σ物、及可印刷材料（ 言，閘電極可包含換雜入二或銀-環氧h舉例而 銀 '链、… 屬(例如，銘、鉻、金、 聚苯胺、聚(3,4_伸乙Α 電聚，物’例如 (pedOT:pss)。此外 二^ )/聚（苯乙稀績酸醋） 層。 使用該等材料之合金、組合及多 130206.doc -28- 200908408 在本毛曰月些實施例中，相同材 亦提供支撐件之支撐功。功能且 叉得功此。舉例而言，摻 極及支撐OTFT之作用。 /』令揮閘電 閘極介電質提供於閘電極上。 兮OTFT胜罢# 此問極介電質使閘電極與 ;亥0™之其餘部分電絕緣。因此，閉極介電質包含 電絕緣材料。閉極介電質應具有適宜介電常數 1 具體裝置及使用環境而在寬範圍内變化。舉例而言，= Ο

G =介電質之介電常數為2至1〇〇或甚至更高。用於間極介 :質之有用材料可包括(例如)無機電絕緣材料。閉極介電 質可包含聚合材料，例如亨低 端雜去取, 例如H氣乙烯（PVDF)、氰基 纖維素、聚醯亞胺等。閉極介電質可包含複數個具有不同 介電常數之不同材料層。 用於閘極介電質之材料的特定實例包括銘酸鹽、組酸 鹽、鈦酸鹽、錯酸鹽、氧化紹、氧化石夕、氧化组、氧化 鈦、氮化石夕、鈦酸鋇、鈦酸銷鋇、結鈦酸鋇、砸化鋅、及 硫化辞。此外，該等材料之合金、組合及多層可用於問極 介電質。在該等材料巾’氧仙、氧切及_化鋅較佳。 此外，展示高介電常數之聚合材料（例如，聚醯亞胺）及絕 緣體。該等絕緣體討論於美國專利第5,981，97〇號中。 閘極介電質可作為單獨層提供於〇丁ft中，或（例如）藉由 氧化閘極材料以形成閘極介電質而形成於閘極上。介電層 可包含兩個或更多個具有不同介電常數之層。 源電極與汲電極藉由閘極介電質與閘電極間隔開，而有 機半導體層可在源電極與沒電極之上或之下。源電極與汲 130206.doc -29- 200908408 電極可為任何有用導電 閉電極所述材料中的大多數，：：1 包括彼等上文針對 金、銀、錄、叙、勤、銳、聚苯：鋇、釣、鉻、 電聚合物、ία金心人 PED〇T:PSS、其他導 ^口金、其組合及其多層。 有1方例如，閘電極、源電極及沒電極)可及哟任何 们t::供，例如，物理氣相沈積(例如，熱蒸發、濺 tk J μ電極之圖案化可藉由習知方法實

/ ’例如’陰影遮蔽、加性光微影、減性光微影、印刷、 微接觸印刷及圖案塗佈。 有機半導體層可提供於源電極與汲電極之上或之下，如 上文參照薄膜電晶體物件所述。本發明亦提供包含複數個 ，由本文所述方法製得之OTFT的積體電路。使用上述雜 環烧基萘-1，4,5,8-雙（二甲醯亞胺）化合物製得之^通道半導 體材料能夠形成於任何適宜基板上，該基板可包含支撐件 及任何中間層（例如，介電材料或絕緣材料，其包括彼等 該等該項技術中習知者）。 製作本發明薄膜電晶體或積體電路之整個製程可在低於 45〇°C最大支撐件溫度、較佳低於25〇它、更佳低於15〇 °C、且甚至更佳低於i〇(rc、或甚至在大約室溫（hi至 °C)之溫度下實施。溫度選擇通常取決於支撐件及該項技 術中習知之處理參數，只要用本文所包含之本發明知識褒 備起來即可。該等溫度遠低於習用積體電路及半導體處理 溫度’此使得能夠使用各種相對便宜支撐件（例如，挽性 聚合物支撐件）中的任一種。因此，本發明能夠生產含有 130206.doc -30- 200908408 :薄膜電晶體且具有明顯經改良性能之相對便宜的積體電 定本用化合物可容易地處理且在蒸發時可保持熱穩 L化。物具有明顯揮發性，因此若合意可容易地達成氣 相沈積。該等化合物 ;; J稽田具工幵華沈積於基板上。 亦可能藉由快速昇華 万法來沈積。一種該方法係將35毫 托施加於含有基板及容 哭” 4 β有呈申刀末形式之化合物的來源容 :之至’並將該容器加熱數分鐘以上直至化合物昇華於該 用途較少。 用化合物形成良序膜，而非晶形膜 其中使用本發明所用η•通道半導體膜之裝置尤其包括 膜電晶體（TFT)、尤其有機場效薄膜電晶體。而且，該等 膜可用於具有有機p_n#面之各種類型裝置巾，例如1 述於頒予Liu之美國專利公開案第扇咖2讓 頁中者。 Ο 其中使用抓及其他裝置之電子裝置包括（例如）較複雜 電路，例如，移位暫存器、積體電路、邏輯電路、智慧 卡、記憶體裝置、射頻識別標籤、用於主動矩陣顯示器: 底板、主動矩陣顯示器（例如，⑨晶或OLED)、太陽能電 池、環式振盪器、及互補電路(例如，反相電路)⑼如：結 合其他使用可利用P-型有機半導體材料（例如，并五苯戊 得之電晶體）。在主動矩陣顯示器中，本發明之電晶體可 用作顯示器像素之電塵保持電路的—部分4含有^明 TFT之裝置中，該等TFT係藉由該項技術中習知之方法以 130206.doc -31 · 200908408 運作方式連接。 本發明進一步提供製造上述任一電子裝置之方法。因 此’本發明體現於包含—或多個所述TFT之物件中。 本發明之優點將由以下實例表明，該等實例旨在作為實 例性實例。 ’、、’夏 實例 Α·材料合成 對稱Ν，Ν，-雙（雜環烧基）'經取代萘_Μ，5,8_雙（二甲酿亞 胺）化合物係方便地根據Rademacher，Α等人於㈤細 —115，2927中所闞述之—般方法或其較少變體藉由使 萘-M，5,8-四甲酸二酐用過量適宜雜環烧基胺環化來製 備作為典型合成程序之實例，本文閣述化合物U及[Η 之製備。所選用於本發明之其他化合物係以相似方式使用 該項技術常用之類似程序製備。用於本發明之不對稱取代 蔡-1，4从雙（二甲醯亞胺）化合物可以以上類似方式用需 要的萘·1’8·甲醯亞胺_4,5_二幾酸針代替萘·m，5,8_四甲酸 二酐來製備。 化合物I·3之製備： 將萘- M，5,8-四甲酸二酐81 1 81-3(M)與4·胺基四氫噻 喃（CAS 21926-〇(Μ ;過量）之混合物於喹啉中加熱回流5小 時。將混合物冷卻並用若干體積的甲醇稀釋。將所得漿液 過f並將所收集固體用更多甲醇洗務。將固體空氣乾燥以 獲得實際上純的固體。此材料展示光譜特性與其指配結構 一致0 130206.doc •32· 200908408 化合物1-15之製備： 將萘-1，4,5,8-四甲酸二酐（CASj 34克，5 〇毫 莫耳）及4_胺基-N-甲基六氫吡啶（CAS 41838_46·4; Ο

克，13.1毫莫耳）於15毫升Ν，Ν_二甲基乙醯胺（DMa幻中之 混合物於140。。下在密封容器中加熱1小時。將混合物冷卻 並用右干體積的曱醇稀釋。將所得漿液過濾、並將所收集固 體用更多甲醇洗滌。將固體空氣乾燥以83%產率獲得粗製 固體。將固體自DMAc重結晶’獲得淺黃色有色固體(1 49 克，65% )。此材料展示光譜特性與其指配結構一致。 用於本發明之所有化合物皆於1〇-5至1〇-6托下藉由梯度 昇華純化。 B.裝置製備 為測试本發明各種材料之電特性，通常使用頂部接觸幾 何結構製作場效電晶體。所用基板係重摻雜矽晶圓，其亦 作為該電晶體之閘極。閘極介電質係熱生長之si〇2層，其 中厚度為185奈米。先前已經展示p型及n•型兩種電晶體之 電性質可藉由處理閘極介電質之表面來改良。對於此處所 閣述之大多數試驗而言，氧化物表面經薄（<1〇奈米）旋轉 塗佈聚合物層、或八癸基三氯矽烷(〇TS)之自組裝單層 ()處理通㊉，該等試驗中包括未經處理氧化物試 用於比較。 ° 7 經由真空沈積在熱蒸發器中沈積萘四羧酸二醯亞胺之活 性層。對於大多數試驗’沈積速率為01埃/秒，同時基板 挪又保持在22 C。在-些試驗中活性層之厚度係變量，但 130206.doc -33- 200908408 藉助遮罩沈積厚度50奈米之金觸點。通道 1持㈣〇微米’而通道長度在5〇與15。微米之間變 實施-些成驗以考察其他觸點材料之作用。少置 經製作具有底部接觸幾 、 前沈積。 4何結構，其中觸點係在活性材料之 C·裝置量測及分析 所製造裝置之電特性係利用HEWLET 丁 _PACKARD ΗΡ

Ο ⑽時數分析器實施。對於所有量測將探針量測台保持 在正氬環境中，特意量測裝置在空氣中之穩定性的試驗除 外。除欲研究對白光之敏感性植物，在鈉燈下實施量測。 測試之前將裝置暴露於空氣。 對於所實施的各個試驗，針對所製得的各個試樣測試4 與12個之間的個別裝置’並將結果平均。對於各個莊子， 汲極電流(id)係量測為源極_汲極電壓(Vd)對於不同閘極電 壓值(Vg)的函數。對於大多數裝置而f，對於所量測的各 閘極電壓Vd係自〇 V陡升至8〇 v，通常為〇 V、25 v、5〇 75 V及1 〇〇 v。在該等量測中，亦記錄問極電流（ig)以 檢測流過裝置之任何洩漏電流。此外，各裝置之汲極電流 量測為閘極電壓對於不同源極_汲極電壓值的函數。對於 大多數裝置而言，對於所量測的各汲極電壓係自〇 V陡 升至100V，通常為5〇v、75V及100V。 自數據抽取之參數包括場效遷移率（μ)、臨限電壓 (vth)、次臨限斜率（s)、及所量測汲極電流之i〇n/i〇ff比 率。場效遷移率係在飽和區域中抽取，其中Vd>Vg_vth。 130206.doc -34- 200908408 在此區域中，汲極電流係由以下等式給出（參見Sze在

Semiconductor Devices-Physics and Technology^ John Wiley & Sons (1981)):

Id Ccx(Vg ~Vth)2 其中’ W及L分別係通道寬度及長度，且C()x係氧化物層之 電容’其係氧化物厚度及材料之介電常數的函數。已知此 等式’則自擬合至々^對Vg曲線之線性部分的直線來抽取 飽和場效遷移率。臨限電壓Vth係此直線擬合之乂截距。亦 可在直線區域中抽取遷移率，其中vd<Vg_Vth。此處，汲 極電流係由以下等式給出（參見Sze於⑽

Devices-Physics and Technology, John Wiley & Sons (1981)): T w Id=TM^

V vAvg-vth)-^

對於該等試驗，並未抽取線性範圍巾之遷移率，此乃因 此參數受觸點處任何注人問題之影響極大。通常，^對％ 曲線中低vd處之非線性表明裝置之性能受觸點注入電荷 之限制。為獲得既定裝置在很大程度上不受觸點缺陷之影 θ的。果抽取飽和遷移率而非線性遷移率作為裝置性能 之特性參數。 將沒極電流的對數作為閘極㈣的函數繪製成曲線。自 〇g Id曲線抽取的參數包括匕率及次臨限斜率（s)。 130206.doc -35- 200908408 將比率簡化成最大與最小汲極電流之比率，且以系工( 曲線在汲極電流增加（即，裝置導通）以上區域中之斜率的 倒數。

D· 結果 以下實例證實本發明基於經雜環烷基取代之丨〆，^、萘 的四緩酸二醯亞胺提供具有高遷移率及導通/關斷比之^通 料導體f在飽和區域巾所計算之遷移率介肢_ι〇 cm2/Vs之間且電流導通/關斷比為1〇4至ι〇5。除&通道性能 以外，該等裝置亦展示優良可再現性。 實例1 此實例證明根據本發明使用本發明化合物M5之η·型 TFT裝置性能。

使用具有厚度185奈米之熱生長Si02層之重摻雜石夕晶圓 作為基板。將晶圓於piranah溶液中清洗分鐘，隨後UV〆 臭乳至在中暴露6分鐘。然後將清洗表面用由庚烧溶液在 /”’、度控制％ i兄中製得之八癸基三氣矽烷之自組裝單 層處理ϊ漁j水接觸角及層厚度以確保所處理表面之品 質八有良好品質〇TS層之表面水接觸角>90。，且根據橢 圓光度法所测定層厚度在27埃至35埃之範圍内。 I屯化化。物1-15係藉由於2xl〇-7托之壓力下且以〇丨埃/ 秒之速率真空昇華至厚度為20奈米，如藉由；5英晶體所量 ^ U積肩間，基板保持在恒溫22°C下。將試樣於空氣中 夺門t露，然後藉助遮罩隨後沈積AU源電極及汲電極至 厚度5〇不米。所製得裝置具有650微米通道寬度，其中通 130206.doc •36· 200908408 在0至ISO微米之間變化。製備多個且針對每 個沈積試驗測試4至12個〇抓之代表性試樣。 裝置暴露於工氣中’然、後在氬氣氛中使用HEWLETT. ARD 4145B半導體參數分析器量測。對於各個電晶 體，場效遷移率_根據心對^曲線之斜率計算。認為 在飽牙區域中平均遷移率為i 16咖2/1^。平均導通_關斷 比率，7X104 ’且平均臨限電壓為55 V。經量測，以此方 式製侍之裝置的飽和遷移率高達1.5 Cm2/Vs。 實例2 此實例證明根據本發明使用本發明化合物^之n_型TFT 裝置的經改良性能。 使用具有厚度185奈米之熱生長Si〇2層之重摻雜石夕晶圓 作為，板。將晶圓於piranah溶液中清洗1〇分鐘，隨後卵 臭乳室在中暴露6分鐘。然後將清洗表面用由庚院溶液在 濕度控制環境中製得之八癸基三氯石夕院_)之自组裝單 Ο :處理。量測水接觸角及層厚度以確保所處理表面之品 負。具有良好品質OTS層之表面水接觸角> 9G。，且根據擴 圓光度法所測定層厚度在27埃至35埃之範圍内。 經純化1-3係藉由於2x 10-7托之壓力下且以秒之速 率真空昇華至厚度為20奈米’如藉由石英晶體所量測。沈 積期間’基板保持在恒溫2沈下。將試樣於空氣中短時間 暴露，然後藉助遮罩隨後沈積Au源電極及沒電極至厚度5〇 奈米。所製得裝置具有650微米通道寬度，其中通道長度 在5。至〗50微米之間變化。製備多個〇tft且針對每個沈積 I30206.doc -37- 200908408 試驗測試4至12個〇TFT之代表性試樣。 將裝置暴露於空氣中’然後在氬氣氛中使^hewlett_ PACKARD 4丨45B半導體參數分析器量測。對於各個電晶 體，場效遷移率μ係根據（Id广對¥〇曲線之斜率計算。認為 在飽和區域中平均遷移率為G.G34 em2/Vs。平均導通-關斷 比率為mo;’且平均臨限電壓為19 v。經量測，以此方 式製得之裝置的飽和遷移率高達Ο」cm2/Vs。 Γ 該等實例明確表日月’本發明基於經雜環烷基取代之 1，4,5,8-萘之四羧酸二酿亞胺提供具有高遷移率及導通/ 斷比之η-通道半導體膜。 【圖式簡單說明】 當結合以下說明及附圖閱讀時，本發明之以上及复他目 標、特徵及優點將更顯而易見，其中使用相同參考數字 (若可能）來命名該等圖中共有之相同或類似特徵，2 中： 。 圖1繪示具有底部接觸構造之典型有機薄膜電晶體的叫 視圖；及 ^ 晶體的剖 圖2繪示具有頂部接觸構造之典型有機薄膜電 視圖。 【主要元件符號說明】 20 源電極 28 基板 3〇 汲電極 44 閘電極 130206.doc -38· 200908408 56 閘極介電質 70 半導體

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Claims (1)

1. 200908408 十、申請專利範圍： 種物件，其在薄膜電晶體中包含有機半導體材料之薄 臈該材料包含經雜環烷基取代之萘四羧酸二醯亞胺化 合物，該化合物具有直接連接至該化合物中一個或兩個 醯亞胺氮之雜環烷基環系統，每—該雜環烷基環系統具 有4至10個環原子，其中在各個雜環烷基環系統上、在 一個或兩個醯亞胺氮上及在該萘核心上視情況有一或多 個獨立選擇取代基。 Ο 2.如請求们之物件，其中該化合物中該雜環烷基環系統 上之任何取代基獨立包含至少一個供電子有機取代基。 3.如請求項1之物件，其中該經雜環烷基取代之萘四羧酸 二醯亞胺化合物係由以下一般結構j表示： ~\ Ν-Α2 /' \ I 八中A!與八2中至少一個獨立為在環中包含4至1 〇個原子 之經取代或未經取代雜環烷基環系統，其中若僅、或、 中的一個係經取代或未經取代雜環環系統，則另一個為 有機取代基’其巾該經取代或未經取代雜我基環系統 係含有i個至4個選自◦、狀8之雜原子的未橋接單環或 橋接雙環環系統；其中Z係該化合物萘核上之可選獨立 選擇取代基至4之任一整數。 4·如請求们之物件，其中第一及第二雜環烷基環系統二 130206.doc 200908408 者皆經至少一個供電子基團取代。 5. 如請求項3之物件，其中第一及第二雜環烷基環系統中 的一個或兩個經至少一個選自以下之供電子基團取代： CH3、直鏈或具支鏈a/4烷基、烯基、烷氧基或具有】 至4個碳原子之其他供電子有機基團。 6. 如請求項1之物件，其中該薄膜電晶體係場效電晶體， 其包含介電層、閘電極、源電極及汲電極，且其中該介 電層 '該閘電極、該有機半導體材料之薄膜、該源電極 u及電極可呈任何順序，只要該閘電極與該有機半導 體材料之薄膜二者均接觸該介電層、且該源電極與該汲 電極二者均接觸該有機半導體材料之薄膜即可。 7. 如請求項1之物#，其中該有機半導體材料之薄膜能夠 展示大於0.01 Cm2/Vs之電子遷移率。 8. 如凊求項1之物件，其中各個雜環烷基環系統係單環環 或雙環雜環烷基環。 9. 如叫求項3之物件，其中該等萘核上之Z取代基係選自由 烷基、烯基、及烷氧基組成之群。 10. 如β求項i之物件，其中各個雜環烷基環系統係經取代 或未、1取代之4-六氫°比σ定或4-四氫嗟喃環。 11. 如明求項丨之物件，其中經雜環烷基取代之萘四羧酸二 醯亞胺化合物係由以下結構II表示： 130206.doc 200908408

   八 丫係〇、S、或N ; R1、R2、r4、r5、r2, 為R基團，JL各白想#衣u a 、、先稱 ,、各自獨立為H或有機基團，但使得視情況浐 系統上之任何兩個R基團可組合形成經取代或未:

   四至六員脂環族環作為橋接環㈣之—部分；其中” 係〇或s時，且當MN時’ ，且有田機 基團；且八丨係有機取代基、視情況另一獨立選擇之雜環 烷基’且其中Z係該化合物萘核上之可選獨立選擇取代 基且m係〇至4之任一整數。 12·如請求項"之物件，其中該等R基團均為氫。 士"月求項11之物件’其中該化合物中該第—及第二雜環 烧基壞系統二者包含至少一個為烷基之供電子基團。 14.如晴求項〗之物件，其中經雜環烷基取代之萘四羧酸二 醯亞胺化合物係由以下結構III表示： 130206.doc

   其中X及Y獨立選自〇、S、及N ; R丨、R2、R4、R5、R2’、 R及R、R、R9、r7.、r9.、及Rl0統稱為R基團其各 200908408 自獨立為Η或有機基團，但使得視情況環系統上之任何 兩個R基團可組合以形成經取代或未經取代四至六員脂 環族％作為橋接環系統之一部分；其中當X及Υ獨立為〇 或S時’ ρ或q分別為〇，且當又與丫獨立為ν時，ρ或q分別 為1，且R與R獨立為H或有機基團，其中z係該化合物

   萘核上之可選獨立選擇取代基且m係0至4之任一整數。 如研求項14之物件’其中該化合物中該第—及第二雜環 土衣系、’先中個或兩個經至少一個為烧基之供電子基 團取代。 16. 如凊求項U之物件，其中在該結構中各個r基團各自獨 立選自Η、CH3、直鏈或具支鏈eye*烷基、烯基、烷氧 基或具有1至4個碳原子之其他供電子有機基團。 17. 如*請求項14之物件，其中在該結構中Rl、r2、r2,、r3、 R4、R4及R5中至少兩個為H且R6、R7、R7'、、r9、 r9_、及Rl〇中至少兩個為H。 18. 如請求項16之物件，其中在該結構中r1、r2、r2,、r3、 R、R4及R5中至少五個為H且R6、R7、R7'、R8、r9、 R9·、及Rl〇中至少五個為H。 19·如求項14之物件’其中在該兩個環己基環的每一個上 恰有-個獨立選擇之供電子有機取代基，且其中該等取 代基之種類及/或办罢π π Μ > Μ 一 Α位置不同’或右该萼取代基之種類及位 置相同則°亥等取代基相對於醯亞胺氮在該等雜環烧基 環之鄰或間位上，而不在對位上。 20.如明求項14之物件’其中該等r基團及/或該等z基團獨 130206.doc 200908408 立選自烷基、烯基、及烷氧基。 21. 如4求項1之物件，其中該薄膜電晶體具有至少1〇4之谓 極/汲極電流導通/關斷比。 彳’、 22. =項6之物件，其中該問電極適用於借助施加於該 壓控制在該源電極與汲電極之間流過有機半 導體材料之薄膜的電流。 Γ ϋ 23. 種電子裝置，其選自由積體電路、主動矩陣顯示器、 =能電池組成之群，其包含多個如請求们之薄膜 日日體且其中該多個薄膜電晶體係在視情況具有挽性之 不參與支撐件上。 认一種製造薄膜半導體裝置之方法，其包含以下未必按以 下順序之步驟： (+)在基板上沈積包含如請求項丨之經雜環烷基取代 之萘四缓酸二醯亞胺化合物的n_通道有機半導體材料之 薄膜，使得該有機半導體材料展示大於〇〇1 cm2/vs之場 效電子遷移率； (b)形成間隔開的源電極及汲電極， 其中該源電極與該汲電極由該n_通道半導體膜隔開並 與其電連接；及 0)形成與該有機半導體材料間隔開之閘電極。 25.如請求項24之方法’其中該化合物係#由昇華沈積於該 基板上且其中該基板在沈積期間具有不超過i〇〇t>c之溫 度。 I30206.doc