聚合物有机半导体组合物的制作方法_3

文档序号:9732268阅读:来源:国知局

[0101]
[010引其中ri、r4、r哺rii独立地选自h、&-C6烷基和&-C6烷氧基。优选地,ri、r 4、r哺ri哺 同或不同且独立地选自氨、甲基、乙基、丙基、正下基、异下基、叔下基、甲氧基、乙氧基、丙氧 基和下氧基,更优选氨、甲基、丙基和甲氧基。
[0103] 在式(3)的化合物中,R2、R3、R哺1?1°独立地选自H、&-C6烷基和。-C6烷氧基,或者R 2 和R3和/或R9和RW的各对搭桥(cross-bridged) W形成C4-C1日饱和或饱和的环,该饱和或饱 和的环可被氧原子、硫原子或由式-N(R2i)-(其中R 2i为氨原子或环状、直链或支化的Ci-Cio 烷基)所示的基团介入;和其中多并苯骨架的碳原子的一个或多个可任选地被选自N、P、As、 0、S、Se和Te的杂原子代替。在优选实施方式中,R 2、R3、R哺Ri哺同或不同且独立地选自氨、 甲基、乙基、丙基、正下基、异下基、叔下基、甲氧基、乙氧基、丙氧基和下氧基,更优选氨、甲 基、乙基、丙基和甲氧基;
[0104] 在式(3)和(4)的化合物中,R25、R2哺R"独立地选自C1-C6烷基和C2-C6締基,优选 R22、R23和R24独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正下基、异下基、叔下基、1 -丙締基和2-丙 締基,更优选乙基、正丙基和异丙基。
[0105] 在式(4)的化合物中,R2哺R29独立地选自氨,面素,-CN,任选地氣化的或全氣化 的、直链或支化的C1-C20烷基,氣化的或全氣化的、直链或支化的C1-C20烷氧基,氣化的或全 氣化的C6-C30芳基和其中RW为H,氣化的或全氣化的、直链或支化的C1-C2偏基,和氣化的或 全氣化的C6-C30芳基的C02RW。优选地,R 28和R29独立地选自氣化的或全氣化的、直链或支化 的C广C8烷基,氣化的或全氣化的、直链或支化的Ci-Cs烷氧基,和CsFs。
[0106] 在式(4)的化合物中,γ?、Y2、Y3和Y4优选独立地选自-CH =、= CH-、0、S、Se或NRSI (其 中RS1为氨原子或环状、直链或支化的Ci-Cio烷基)。
[0107] 在替代性实施方式中,可引入本组合物中的未聚合的BXBX小分子半导体优选具有 式(5):
[010 引
[0109] 其中所述PAHC具有3.4-8.0、优选3.4-4.5的在lOOOHz下的电容率,和其中k为0或 1;1为0或1,优选地1^为0和1为0;其中1?1、护、护、於、护、护、护、护、护、1?"、护和护各自可相同或 不同,独立地代表氨;支化或未支化的、取代或未取代的C1-C40烷基;支化或未支化的、取代 或未取代的C2-C40締基;支化或未支化的、取代或未取代的C2-C40烘基;任选地取代的C3-C40 环烷基;任选地取代的C6-C40芳基;任选地取代的C1-C40杂环基;任选地取代的C1-C40杂芳基; 任选地取代的C广C40烷氧基;任选地取代的C6-C40芳氧基;任选地取代的C7-C40烧芳氧基;任 选地取代的C2-C40烧氧幾基;任选地取代的C7-C40芳氧幾基;氯基(-CN);氨基甲酯基(-c( = 0)NR1Sr16);幾基(-c( =0)-R");簇基(-CO2R");氯酸醋基(-0CN);异氯基(-NC);异氯酸醋基 (-NC0);硫氯酸醋基(-SCN)或异硫氯酸醋基(-NCS);任选地取代的氨基;径基;硝基;CF3基 团;面素基团(C1、化、F、I); -SRis; -SO抽;-S02RW ; -SF日;任选地取代的甲娃烷基,和其中Z '为 面素、环状棚酸醋,或具有与Ri相同的含义。
[0110] 根据本发明的有机半导体组合物包含如本文中公开的多环芳族控无规共聚物 PAHCo
[0111] 在优选实施方式中,本发明的PAHC优选具有3.4-8.0、优选3.4-4.5的在lOOOHz下 的电容率。
[0112] 存在于所述组合物中的所述PAHC和溶剂的浓度将取决于优选的溶液涂覆方法而 改变,例如喷墨印刷组合物需要低粘度、低固体负荷的组合物,而丝网印刷方法需要高粘 度、高固体负荷的组合物。在所述共聚物组合物的沉积之后,优选将溶剂蒸发W提供半导体 层,其具有1-99.9重量%的所述粘结剂和0.1-99重量%的所述共聚物(处于印刷或干燥状 态),基于所述组合物的总重量;优选所述半导体层具有25-75重量%的小分子多并苯(或小 分子BXBX)和25-75重量%的所述共聚物。
[0113] 在沉积之前的组合物中,上述PAffi:的一种或多种优选W基于所述组合物的总重量 的至少0.1重量%、优选0.5重量%的浓度存在。所述组合物中的所述PAHC的浓度的上限常 常在组合物施加到基底期间(例如在电子器件的制造中)的所述组合物的溫度下该共聚物 在特定溶剂中的溶解度极限附近。本发明的典型的组合物W基于所述组合物的总重量的约 0.1重量%、优选0.5重量%-约20.0重量%、更典型地约0.5重量%-约10.0重量%、更典型 地0.5-5.0重量%、更典型地1-3重量%的浓度包含所述PAHC的一种。
[0114] 在经印刷的或经干燥的组合物中,上述PA肥的一种或多种优选W基于所述组合物 的总重量的至少10重量%、优选10-90重量%、更优选20-80重量%、更优选30-70重量%、 更优选40-70重量%的浓度存在。
[0115] 在优选实施方式中,一种或多种溶剂可存在于所述有机半导体组合物中。
[0116] 合适的溶剂包括,但不限于,四氨巧喃、芳族控例如甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对 二甲苯、均S甲基苯、漠代均;甲基苯、苯甲酸、漠代苯甲酸、漠苯、糞满、邻二甲苯、1,4-二 氧六环、甲基乙基酬、丫-下内醋、环己酬、吗嘟、N-甲基化咯烧酬、乙酸乙醋、乙酸正下醋、二 甲基甲酯胺、二甲基乙酷胺、糞烧、或者其两种或更多种的混合物。优选地,不使用或不存在 氯化溶剂。
[0117] 还可使用溶剂共混物。合适的溶剂共混物包括,但不限于,W上溶剂与例如如下的 溶剂的组合物:二甲基甲酯胺、二甲基乙酷胺、二甲亚讽、甲基乙基酬、二氯甲烧、二氯苯、慷 醇、二甲氧基乙烧和乙酸乙醋、较高沸点烧控例如正庚烧和醇例如异丙醇。运样的组合物 (在沉积之前)优选含有基于所述组合物的总重量的大于50重量%、优选基于所述组合物的 总重量的60-95重量%的量的合适的溶剂。
[0118] 在又一优选实施方式中,一种或多种额外的组合物组分可存在于所述有机半导体 组合物中。合适的额外的组合物组分包括,但不限于,聚合物添加剂、流变调节剂、表面活性 剂、作为所述共聚物的匹配空穴传输(转移)化合物的另外的半导体。在一些示例性实施方 式中,所述组合物包含选自如下的聚合物添加剂:聚苯乙締、聚(α-甲基苯乙締)、聚化氣苯 乙締)、聚(甲基丙締酸甲醋)、聚(4-氯甲基苯乙締)、聚(4-乙締基苯酪)、或在美国专利公布 No.2004/0222412 Α1或美国专利公布No.2007/0146426 Α1中公开的任何其它合适的聚合 物。在一些期望的实施方式中,所述聚合物添加剂包括聚苯乙締、聚(α-甲基苯乙締)、聚(五 氣苯乙締)或聚(甲基丙締酸甲醋)。在一些示例性实施方式中,所述组合物包含选自氣化表 面活性剂或含氣表面活性剂的表面活性剂。当存在时,各额外的组合物组分独立地W基于 所述组合物的总重量的大于0至约50重量%的量存在。优选地,各额外的组合物组分独立地 W基于所述组合物的总重量的约0.0001-约10.0重量%的量存在。例如,当聚合物存在于所 述组合物中,聚合物添加剂典型地W基于所述组合物的总重量的大于0至约5.0重量%、优 选约0.5-约3.0重量%的量存在。例如,当表面活性剂存在于所述组合物中时,所述表面活 性剂优选W基于所述组合物的总重量的大于0至约1.0重量%、更典型地约0.001-约0.5重 量%的量存在。
[0119] 根据本发明的有机半导体组合物优选具有至少0.5cm2y-is-i、优选0.5-8.0cm 2y-is -1、更优选2.0-6. OcnAris^更优选2.0-8. OcnAris^的电荷迁移率值。所述半导体组合物的 电荷迁移率值可使用本领域技术人员已知的任何标准方法,例如J. Appl .Phys .,1994, Volume 75,7954页和WO 2005/055248中公开的技术,优选通过WO 2005/055248中描述的那 些测量。
[0120] 根据本发明的有机半导体组合物可通过在本领域技术人员的普通常识内的任何 已知的方法制备。在优选实施方式中,所述有机半导体组合物通过W0 2005/055248中公开 的方法或者通过使用本文中公开的方法、优选通过使用本文中公开的方法制备。
[0121] 优选地,根据本发明的有机半导体组合物为具有大于1.5、更优选大于3.4、和还更 优选地3.4-8的在1000化下的电容率的半导体组合物。在优选实施方式中,所述组合物具有 4.0-7、更优选4.0-6.5、甚至更优选4.0-6和还更优选3.4-4.5的在1 OOOHz下的电容率。
[0122] 本发明的重要方面是,本发明的PAHC共聚物在配制物中的小分子有机半导体的存 在下是可溶解的。优选地,当存在小分子有机半导体时,本发明的共聚物是W0.3重量%-3 重量%、优选ο. 5重量%-2重量%的量可溶解的。特别优选的组合物w20-50:50-80小分子 有机半导体:PA肥的比率含有1.5-2.5重量% (总的固体物),优选W含有25-40:60-75小分 子有机半导体:PAHC的比率含有1.6-2.2重量% (总的固体物),最优选W约30:70小分子有 机半导体:PA肥的比率含有约约1.7重量% (总的固体物)(即,约1.19 %粘结剂)。
[0123] 有机半导体层
[0124] 本发明还设及有机半导体层。在本发明的第一方面中,所述有机半导体层包括包 含至少一种具有式(A)或(A1)的BXBX单体单元、至少一种具有式(B)的单体单元和至少一种 具有式(C)的单体单元的混合物的PAHC。
[0125] 根据本发明的有机半导体组合物可沉积到多种基底上,W形成有机半导体层。
[0126] 根据本发明的有机半导体层可使用包括如下步骤的方法制备:
[0127] (i)将根据本发明的有机半导体组合物与溶剂混合W形成半导体层配制物;
[012引(i i)将所述配制物沉积到基底上;和
[0129] (iii)任选地除去所述溶剂W形成有机半导体层。
[0130] 有用的基底材料包括,但不限于,聚合物膜例如聚酷胺、聚碳酸醋、聚酷亚胺、聚 酬、聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)和聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN), W及无机基底例如二氧化 娃、氧化侣、娃晶片和玻璃。可处理给定基底的表面W改变表面特性,所述处理例如通过所 述表面所固有的化学官能性与化学试剂例如硅烷的反应或者将所述表面暴露于等离子体。
[0131] 在将所述有机半导体组合物沉积到基底上之前,可将所述组合物与一种或多种溶 剂组合W使沉积步骤容易。合适的溶剂包括能够溶解共聚物且在从溶液共混物蒸发时提供 有凝聚力的(粘着的,coherent)、无缺陷的层的任何溶剂。合适的用于共聚物的溶剂可通过 如下确定:如ASTM Method D 3132中所述地在混合物将被使用的浓度下准备对于材料的轮 廓图(等高线图,contour diagram)。如ASTM方法中所述地将材料添加到各种各样的溶剂。
[0132] 合适的溶剂包括,但不限于,四氨巧喃、芳族控例如甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对 二甲苯、均S甲基苯、漠代均;甲基苯、苯甲酸、漠代苯甲酸、漠苯、糞满、邻二甲苯、1,4-二 氧六环、甲基乙基酬、丫-下内醋、环己酬、吗嘟、N-甲基化咯烧酬、乙酸乙醋、乙酸正下醋、二 甲基甲酯胺、二甲基乙酷胺、糞烧、或者其两种或更多种的混合物。优选地,不使用氯化溶 剂。
[0133] 根据本发明,已进一步发现,在实现电子器件例如0FET的改善的迁移率值方面,有 机半导体层配制物中的固体含量的水平也是一个因素。所述配制物的固体含量通常如下表 示:
[0134]
[013引其中:a =多并苯小分子(或小分子BXBX)的质量,b = PAHC的质量且c =溶剂的质 量。
[0136] 所述配制物的固体含量优选为0.1-10重量%,更优选0.5-5重量%。
[0137] 合适的常规的沉积方法包括,但不限于,旋涂、喷涂、刮刀/狭缝-模头涂布、柔版印 巧Ij、凹版印刷、卷对卷网涂布(web-coating)、和浸涂、W及印刷方法例如喷墨印刷、丝网印 刷和胶印。在一种期望的实施方式中,所得组合物为可印刷组合物,甚至更合乎需要地,可 喷墨印刷组合物。
[0138] -旦将所述组合物沉积到基底表面上,便可除去溶剂W形成有机半导体层。可使 用任何合适的方法除去溶剂。例如,溶剂可通过蒸发或干燥除去。典型地,除去溶剂的至少 约80% W形成半导体层。例如,除去溶剂的至少约85重量%、至少约90重量%、至少约92重 量%、至少约95重量%、至少约97重量%、至少约98重量%、至少约99重量%、或至少约99.5 重量%。
[0139] 溶剂经常可在任何合适的溫度下蒸发。在一些方法中,将溶剂混合物在环境溫度 下蒸发。在另外的方法中,将溶剂在高于或低于环境溫度的溫度下蒸发。例如,可将支撑基 底的板加热或冷却至高于或低于环境溫度的溫度。在还另外的优选方法中,可将溶剂的一 些或大部分在环境溫度下蒸发,且任何剩余的溶剂可在高于环境溫度的溫度下蒸发。在其 中溶剂在高于环境溫度的溫度下蒸发的方法中,所述蒸发可在惰性气氛例如氮气气氛下实 施。
[0140] 或者,溶剂可通过如下除去:施加降低的压力(即,在比大气压力小的压力下),例 如通过使用真空。在施加降低的压力期间,溶剂可在任何合适的溫度例如W上描述的那些 下除去。
[0141] 溶剂的除去速率可影响所得的半导体层。例如,如果除去过程太快,在结晶期间可 发生半导体分子
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