酞菁納米尺寸結構物、和使用該納米尺寸結構物的電子元件的製作方法
2023-06-11 22:36:21
酞菁納米尺寸結構物、和使用該納米尺寸結構物的電子元件的製作方法
【專利摘要】本發明試圖提供能夠利用低成本的溼法製造電子元件的有機半導體材料。進而，課題在於提供不易破壞、輕量、廉價、且高特性的有機半導體電子元件。發現根據本發明，通過優化構成酞菁納米尺寸結構體的酞菁衍生物，可以提供性能得到提高的適合於溼法的有機半導體材料，從而完成了本發明。進而，通過將該有機半導體材料用於電子元件活性部(半導體層)，從而可以提供富於耐久性、且不易破壞、輕量、廉價、且高特性的電子元件。
【專利說明】酞菁納米尺寸結構物、和使用該納米尺寸結構物的電子元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及酞菁納米尺寸結構物、含有該酞菁納米尺寸結構物的油墨組合物、含有該酞菁納米尺寸結構物的電子元件、在通道部含有該酞菁納米尺寸結構物的電晶體、和在正極和負極之間含有該酞菁納米尺寸結構物的光電轉換元件。
【背景技術】
[0002]近年來，需要任何人在任何情況下都可以使用的「不易破壞、輕量且廉價的信息終端」。為了其實現，期望在作為信息終端的核心器件(最重要元件)的電晶體中使用具有成本優勢的柔軟的材料。然而，目前使用的矽等無機材料無法充分滿足這樣的要求。
[0003]基於這樣的情況，在電晶體的活性部(半導體層)使用具有半導體特性的有機化合物(有機半導體)的「有機電晶體(OFET) 」受到關注(參照非專利文獻I)。這樣的有機半導體柔軟、能夠進行低溫處理，而且通常與溶劑的親和性高。因此，期待具有可以利用塗布、印刷等溼法以低價格在撓性的塑料基板上製造半導體層(制膜)的優勢、「不易破壞、輕量且廉價的信息終端」的實現所必不可少的新一代電子元件用材料。
[0004]已知酞菁類為代表性的有機半導體之一，通過控制高級結構、即分子的排列、聚集狀態從而顯示出良好的電晶體特性(參照非專利文獻2)。但是，酞菁類的溶劑溶解性低，因此基於溼法的元件製作困難，供於電子元件時，通常使用真空蒸鍍、濺鍍等幹法。這樣的幹法是煩雜/高價的工藝，因此，作為有機半導體的特徵之一的低價格電子元件的提供變得困難。
[0005]為了解決該問題，還公開了通過在酞菁類中導入可溶性取代基，提高溶劑溶解性，從而進行基於溼法的電晶體製作的技術(參照專利文獻I)。然而，該方法中，酞菁類的各分子沒有充分排列，無法控制高級結構，因此，與基於幹法的電晶體相比，電晶體特性差。為了顯示出良好的半導體特性，重要的是具有如下的晶體結構，即所述晶體結構具有各分子沿一定方向排列而成的維度，因此，對絲線或棒狀的一維結晶性結構物(具有長徑(長軸)和短徑(短軸)的結晶性結構物)有所期待。
[0006]另一方面，為了將溼法更適合地拓展到設想的電子元件中，該一維結晶性結構物優選為短徑為500nm以下的一維結晶性結構物(以下記作納米尺寸一維結構物)。
[0007]酞菁類作為印刷油墨的塗料用著色劑而被廣泛使用，還已知大量的控制其晶體尺寸、形狀的技術。例如有:在金屬酞菁中混入無機鹽和有機溶劑，通過研磨裝置將顏料磨細從而微粒化的溶劑鹽研磨法(例如參照專利文獻2);使該金屬酞菁溶解於硫酸後，在大量的水中使其沉澱的析晶法(例如參照專利文獻3)等。然而，即使使用這些方法，也無法得到由酞菁類形成的、前述那樣的納米尺寸結構物。
[0008]另一方面，本發明人等已經公開了使用未取代酞菁和具有取代基的酞菁製造酞菁納米線，使用該酞菁納米線的基於溼法的元件製造技術(參照專利文獻4、5和6)。但是，該酞菁納米線難以說在性能方面得到了完全地優化。
[0009]現有技術文獻
[0010]非專利文獻
[0011]非專利文獻1:先進材料(Advanced Materials) 2002 年、第 14 號、P.99
[0012]非專利文獻2:應用物理學快報(Applied Physics Letters) 2005年、第86號、P.22103
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開2008-303383號公報
[0015]專利文獻2:日本特開2002-121420號公報
[0016]專利文獻3:日本特開2004-091560號公報
[0017]專利文獻4:日本特開2009-280531號公報
[0018]專利文獻5:W02010/122921號公報
[0019]專利文獻6:W02011/065133號公報
【發明內容】
[0020]發明要解決的問題
[0021]本發明是鑑於前述問題而作出的，試圖提供能夠利用低成本的溼法製造電子元件的有機半導體材料。進而，試圖提供不易破壞、輕量、廉價、且高特性的有機半導體電子元件。
[0022]用於解決問題的方案
[0023]本發明人為了達到前述目的，進行了深入研究，結果發現:通過優化構成酞菁納米尺寸結構體的酞菁衍生物，由此可以提供性能得到提高的適合於溼法的有機半導體材料，從而完成了本發明。進而，發現:通過將該有機半導體材料用於電子元件活性部(半導體層)，由此可以提供富於耐久性、且不易破壞、輕量、廉價、且高特性的電子元件，從而完成了本發明。
[0024]即，本發明提供一種酞菁納米尺寸結構物，其為含有未取代酞菁和具有取代基的酞菁的納米尺寸結構物，
[0025]結構物的形狀具有長徑和短徑，且其短徑為500nm以下，
[0026]未取代酞菁如通式⑴或⑵所示，
[0027]
QQ
n^\N:式
CXh^vC1 Cc>
I N.1i\ Λ J
N--
QO
(1)m
[0028](其中，式中，X為選自由銅原子、鋅原子、鈷原子、鎳原子、錫原子、鉛原子、鎂原子、鐵原子、鈀原子、鈣原子、Ge0、Ti0、V0和AlCl組成的組中的任意者。)
[0029]具有取代基的酞菁如通式(3)或⑷所示。
[0030]
【權利要求】
1.一種酞菁納米尺寸結構物，其為含有未取代酞菁和具有取代基的酞菁的納米尺寸結構物， 結構物的形狀具有長徑和短徑，且其短徑為500nm以下， 未取代酞菁如通式(I)或(2)所示，
其中，式(I)中，X為選自由銅原子、鋅原子、鈷原子、鎳原子、錫原子、鉛原子、鎂原子、鐵原子、鈀原子、鈣原子、GeO, T1, VO和AlCl組成的組中的任意者， 具有取代基的酞菁如通式(3)或(4)所示，
其中，式(3)中，X為選自由銅原子、鋅原子、鈷原子、鎳原子、錫原子、鉛原子、鎂原子、鐵原子、鈀原子、鈣原子、GeO, T1, VO和AlCl組成的組中的任意者， 位於酞菁骨架的苯環上的各氫原子可以被氟、氯、溴所取代，Z1~Z8分別獨立地為氫原子、可以具有取代基的碳數I~30的非環狀烴基、可以具有取代基的碳數I~30的環狀烴基、可以具有取代基的雜芳基，a、b、C、和d各自獨立地表示O~4的整數、但至少I者不為0，不包括Z1~Z8為通式(5)、或(6)的情況、和均為氫原子的情況，
式(5)中，q為4~100的整數,Q各自獨立地為氫原子或甲基,Q』為碳數I~30的非環狀烴基，
式(6)中，m為I~20的整數，R和R』各自獨立地為碳數I~20的烷基。
2.根據權利要求1所述的納米尺寸結構物，其中,Z1~Z8為選自由碳數I~22的非環狀或環狀烷基、苯基、噻吩基、和下述(7)~(12)組成的組中的基團，
式(11)~(12)中，R1和R2表示碳數I~4的烷基。
3.根據權利要求2所述的納米尺寸結構物，其中，碳數I~22的非環狀或環狀烷基為甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、1-戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十二烷基、環己基。
4.一種油墨組合物，其以權利要求1~3中任一項所述的酞菁納米尺寸結構物和有機溶劑作為必需成分。
5.一種電子元件，其含有權利要求1~3中任一項所述的酞菁納米尺寸結構物。
6.一種電晶體，其在通道部含有權利要求1~3中任一項所述的酞菁納米尺寸結構物。
7.一種電晶體的製造方法，其為權利要求6所述的電晶體的製造方法，其特徵在於，通過將權利要求4所述的油墨組合物制膜，從而製作通道部。
8.一種光電轉換元件，其特徵在於，其至少具有正極和負極， 所述光電轉換元件在正極和負極之間具有包含權利要求1~3中任一項所述的酞菁納米尺寸結構物的膜。
9.根據權利要求8所述的光電轉換元件的製造方法，其特徵在於，包括在正極和負極之間將權利要求4所述的油墨組合物制膜的工序。
【文檔編號】C09B47/20GK104169285SQ201380013022
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年4月4日 優先權日:2012年4月6日
【發明者】餌取秀樹, 村田秀之, 稻垣翔, E·麥可 申請人:Dic株式會社