[发明专利]含有小分子半导体化合物和非导电聚合物的薄膜半导体

说明书

描述

本发明涉及含有小分子半导体化合物和非导电聚合物的薄膜半导体，涉及含有所述化合物、聚合物和溶剂的溶液，并涉及此溶液用于生长大面积结晶半导体薄膜的用途。

有机场效应晶体管(OFET)是用于基于低成本且环境友好的半导体材料的下一代电子开关的有利候选者，这种材料也是轻重量的和柔性的。特别希望经溶液处理的高性能场效应装置用于新型工业应用的大面积电子设备，此应用中没有考虑使用常规硅技术。与对于大面积设备而言非成本有效的常规真空方法相比，诸如印刷之类的方法能实现简单的高产量生产，这是因为在真空方法中需要使用巨大的真空室。常规技术例如旋涂和滴液流延可以容易地用于生产大面积设备。但是，基于聚合物或可溶性小分子半导体的OFET的性能仍然不令人满意；对于经溶液处理的OFET所报告的典型载流子迁移率保持在0.1cm²V^-1s^-1的水平。颗粒边界的存在以及无规分子取向会阻碍电荷输送。

为了改进分子阵列的定期性，近期已经对于生长单晶有机半导体膜建议了数种溶液方法：H.Minemawari,T.Yamada,H.Matsui,J.Tsutsumi,S.Haas,R.Chiba,R.Kumai和T.Hasegawa：Nature 475(2011)364；J.Soeda,T.Uemura,Y.Mizuno,A.Nakao,Y.Nakazawa,A.Facchetti和J.Takeya：Adv.Mater.23(2011)3681；G.Giri,E.Verploegen,S.C.B.Mannsfeld,S.Atahan-Evrenk,D.H.Kim,S.Y.Lee,H.A.Becerril,A.Aspuru-Guzik,M.F.Toney和Z.Bao：Nature 480(2011)504；K.Sakamoto,J.Ueno,K.Bulgarevich和K.Miki：Appl.Phys.Lett.100(2012)123301).T.Uemura,Y.Hirose,M.Uno,K.Takimiya和J.Takeya：Appl.Phys.Express 2(2009)111501，和K.Nakayama,Y.Hirose,J.Soeda,M.Yoshizumi,T.Uemura,M.Uno,W.Li,M.J.Kang,M.Yamagishi,Y.Okada,E.Miyazaki,Y.Nakazawa,A.Nakao,K.Takimiya和J.Takeya：Adv.Mater.23(2011)1626，描述了生产高度结晶有机半导体膜的方法，其能将经溶液处理的薄膜晶体管(TFT)的载流子迁移率提高多于一个数量级至5-10cm²V^-1s^-1。此方法使用边缘控制附着的液滴的形状，使得液体的厚度随着与固体边缘之间距离的增加而逐步降低。此方法经由溶剂的不对称蒸发来控制晶体生长的方向，并允许形成连续均匀的结晶膜。边缘流延膜是高度结晶的，这导致特别高的迁移率。但是，通过此技术制备的晶体没有生长超过亚毫米的尺寸，这是因为此方法在所有溶剂被蒸发时停止。所以，此方法不适用于大面积电子设备，其中溶液方法通常是最合适的。

J.Soeda,T.Uemura,T.Okamoto,C.Mitsui,M.Yamagishi和J.Takeya：英寸级尺寸的经溶液处理的高迁移率有机半导体的单晶膜，Applied Physics,Express 6(2013)076503报告了改进的边缘流延的溶液-结晶技术，用于通过控制晶体生长方向来制备显著更大相畴的单晶有机半导体。可移动的固体叶片边缘用于使得有机半导体液滴保持为长方形，从而从基板的水平表面检测的液体-气体边界的水平轮廓线是与叶片边缘平行的。通过按照与溶剂蒸发相同的速率补充有机半导体溶液来保持长方形液滴的相同尺寸。结果，大相畴晶体膜连续地生长到数英寸的尺寸。得到尺寸大于3x 2cm²的的方形晶体，并且制备TFT阵列以检测OFET性能。X-射线衍射(XRD)检测方法用于测定单晶薄膜的结晶度。

本发明的一个目的是提供基于可溶性小分子半导体的大相畴结晶半导体薄膜。

此目的是通过薄膜半导体实现的，其含有式I或II的化合物：

其中：