[发明专利]含有高分子半导体的电子装置

说明书

技术领域

本发明在多个实施方案中涉及适于在电子装置例如薄膜晶体管 (“TFT”)中使用的组合物和方法。本发明还涉及使用所述组合物 和方法制备的构件或层，以及含有所述材料的电子装置。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)是现代电子设备包括例如传感器、图像扫 描器和电子显示装置中的基本构件。使用当前主流硅技术的TFT电 路对于某些应用来说成本可能太高，特别是对于大面积的电子装置， 例如其中无需高切换速度的显示器的底板开关电路(例如活性基质 液晶监控器或电视机)。基于硅的TFT电路的高成本主要是由于使 用了资金密集型硅生产设备以及需要在严格控制的环境下进行复杂 的高温、高真空光刻制造方法。通常希望制备不仅具有低得多的生 产成本而且具有吸引人的机械性能例如结构致密、重量轻且柔韧的 TFT。有机薄膜晶体管(OTFT)可适于那些不需要高切换速度或高 密度的应用。

TFT通常由一个支承基底、三个电传导电极(栅极、源极和漏 极)、一个沟道半导体层和一个将栅极与半导体层分开的电绝缘栅 介电层组成。

改进已知TFT的性能让人期待。可通过至少三个特性来检测性 能：迁移率、开/关电流比以及阈值电压。迁移率以cm²/V·s为单位 测量；较高的迁移率是合乎需要的。较高的开/关电流比也是合乎需 要的。阈值电压与为使电流流动而需要向栅极施加的偏压有关。通 常，希望尽可能使阈值电压接近于零(0)。

虽然对p型半导体材料进行了广泛的研究，但是对n型半导体 材料的关注却很少。具有高的电子迁移率和空气稳定性的n型有机 半导体，尤其是可溶液加工的n-型半导体，由于同p型半导体相比 具有空气敏感性和难于合成性，因此很稀少。由于n型半导体传输 电子而非空穴，因此它们需要一个低的最低未占分子轨道(LUMO) 能级。为实现低LUMO能级，将吸电子基例如氟烷基、氰基、酰基 或酰亚胺基施加于一些n型有机半导体上。但是，这些吸电子基只 可用作共轭核例如并苯、酞菁和低聚噻吩上的取代基或侧链，并且 本身不可用作构成直链n型高分子半导体的共轭二价连接基。大多 数报道的高迁移率空气稳定的n型半导体为小分子化合物并且其只 可使用昂贵的真空沉积技术进行加工来实现最大化性能。

发明内容

本发明在多个实施方案中涉及高分子半导体和具有一个含该高 分子半导体的半导体层的电子装置，例如薄膜晶体管。所述高分子 半导体为在空气中稳定并且具有高迁移率的n型半导体材料，或同 为n型和p型半导体材料。

实施方案中公开了一种含半导体层的电子装置，所述半导体层 含有一种式(I)的高分子半导体：

式(I)

其中X独立地选自S、Se、O和NR，其中R独立地选自氢、烷 基、被取代的烷基、芳基、被取代的芳基、杂芳基和-CN；Ar独立 地为共轭二价部分；a为1至约10的整数；并且n为2至约5,000的 整数。

每一个Ar为选自以下的共轭二价部分

其中R’独立地选自氢、烷基、被取代的烷基、芳基、被取代的 芳基、杂芳基、-CN等，或其混合。在具体的实施方案中，R’为烷基。 如果合适，所述共轭二价部分Ar可被烷基、被取代的烷基、芳基、 被取代的芳基、杂芳基、卤素、-CN、-NO₂等或其混合取代一次、两 次或多次。

所述高分子半导体相对于真空可具有3.5eV或更小、或4.0eV或 更小、或4.5eV或更小的LUMO。

在一些实施方案中，Ar可为

其中R₁为具有1至约18个碳原子的烷基，或具有约5至约20个 碳原子的芳基或杂芳基。

在其他实施方案中，电子装置中的半导体层含有一种式(I)的高 分子半导体：

式(I)

其中X独立地选自S、Se、O和NR，其中R独立地选自氢、烷 基、被取代的烷基、芳基、被取代的芳基、杂芳基和-CN；每一个 Ar部分独立地选自：