一种P型半导体掺杂化合物及其用途制造技术

本发明专利技术提供了一种P型半导体掺杂化合物及其用途，所述化合物具有类轴烯的结构，含有大量的吸电子基团取代基，可以作为P型半导体掺杂化合物使用，相对于未掺杂的P型半导体材料，掺杂有本发明专利技术中制备得到的半导体材料的P型半导体材料的电导率明显提高，相应的，其启动电压和发热量明显下降，使用寿命能够获得进一步提升。

A p-type semiconductor doping compound and its application

【技术实现步骤摘要】
一种P型半导体掺杂化合物及其用途
本专利技术属于有机化学领域，尤其涉及一种P型半导体掺杂化合物及其用途。
技术介绍
发光二极管(LED)是一种常见的能够将电能转换为光能的半导体元件，其结构与常规的二极管一样，由于不同区域间载流子的浓度或扩散速率不同，均含有能够在界面产生内电场的PN结，当给发光二极管加上正向电压后，在PN结附近数微米的范围内，N区域内含有的电子与P区域内含有的空穴复合，产生自发辐射的荧光，荧光的波长可以根据P区域或N区域内掺杂的材料的种类进行调节。半导体材料，尤其是有机电致发光二极管(OLED)和聚合物电致发光二极管(PLED)，在制备的过程中，其中掺杂的材料更为重要，在现有技术中，向有机半导体材料中掺杂特定的化合物可以影响其电导性能，掺杂的化合物还能够对半导体材料中的轨道能级进行调控，使其最高占据轨道能级和最低未占据轨道能级相匹配，进而降低启动电压，改善器件寿命。现有技术中常用的P型半导体掺杂材料，例如四氰基醌二甲烷(TCNQ)(M.Pfeiffer,A.Beyer,T.Fritz,K.Leo,Appi.Phys.Lett.,73(22),3202-3204(1998))、2,3,5,6-四氟四氰基-1,4-苯并醌二甲烷(F4TCNQ)(J.Blochwitz,M.Pfeiffer,T.Fritz,K.Leo,Appi.Phys.Lett.,73,729-731(1998))等，通过影响空穴传输材料(P型半导体)的电子迁移过程中产生所谓的空穴来影响半导体的性能，通过改变空穴的数量和灵敏性来改变了该基础材料的电导性，然而，将上述常用于基础研究的化合物用于工业化的制备半导体元器件时，通常会存在导致制备工序不稳定或者使得半导体产品的启动稳定性和耐热稳定性不足，进而导致产品寿命降低等问题，一些更为新颖的有机掺杂材料，如CN108033887A或CN108047235A中公开的苯并茚衍生物作为OLED掺杂材料，虽然能够在一定程度上降低OLED的启动电压，提高其耐热稳定性和主体半导体材料的载流子迁移率，然而其提升效果有限，所使用的苯并茚衍生物制备方法复杂，成本较高，不适合工业化应用。在现有技术的基础上，本领域的技术人员需要提供一种新的更为合适的P型半导体掺杂材料用于OLED等半导体材料的掺杂，使得掺杂后的半导体材料具有更高的耐热稳定性，更低的启动电压，更高的寿命，同时提高半导体产品生产中的工艺稳定性。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种新的更为合适的P型半导体掺杂材料用于OLED等半导体材料的掺杂，使得掺杂后的半导体材料具有更高的耐热稳定性，更低的启动电压，更高的寿命，同时提高半导体产品生产中的工艺稳定性。为达此目的，本专利技术提供了一种P型半导体掺杂化合物，所述化合物具有如式Ⅰ所述的结构：其中，R1、R2、R3和R4各自独立的选自＝O、＝S、＝NR8、含有取代基的醌或不含有取代基的醌；X1、X2、X3和X4各自独立的选自B或N；R5、R6、R7和R8各自独立的选自满足其化学环境的任意一种基团；Ar表示碳原子数为6～40的芳香环或芳杂环。半导体中的空穴传输层(P型半导体)一般为给电子性质的化合物，在P型半导体中掺杂含有吸电子基团的电子受体化合物有利于空穴的注入，提高材料的电导率，从而降低启动电压、改善器件的寿命，本专利技术所提供的P型半导体掺杂化合物具有类似轴烯的结构，其六元环外围被大量的不饱和双键构成的吸电子基团取代，使其具有较强的吸电子能力和较低的最低未占据分子轨道(LUMO)能级，可以作为一种良好的P型半导体掺杂化合物使用。优选地，所述R5、R6、R7和R8各自独立的选自任意一种吸电子基团。优选地，所述吸电子基团为芳香基、芳香杂环基、氰基、卤素原子、卤代烷烃基、炔烃基、酰基、羰基、羧基、酯基、巯基、亚硫酰基、磺酰基或膦基中的任意一种，例如为苯基、联苯基、萘基、吡咯基、吡啶基、噻唑基、呋喃基、氰基、氯原子、溴原子、三氯甲烷基、甲酰基、乙酸基、磺酸基、磷酸基、亚硫酰基、巯基或乙酸酯基等。优选地，R5、R6、R7和R8中的任意两个基团之间相互稠合，所述稠合包括通过共价键相互连接、通过氢键互相连接或者通过离子键互相连接。优选地，出于便于合成制备考虑，所述R1与R2基团的结构相同。优选地，为了能够尽可能多的适配于多种有机半导体材料，所述R1、R2、R3和R4基团之间各不相同。优选地，所述X1和X4基团的结构相同。提高P型半导体掺杂化合物中N元素的含量有利于提高其吸电子能力，进而提高其对于P型半导体掺杂的效果，优选地，所述X1和X4基团均为N。优选地，所述X1、X2、X3和X4基团中至少两个基团为N。优选地，所述X1、X2、X3和X4基团均为N。优选地，所述R5和R6各自独立的选自如下基团：氰基、上述基团吸电子能力更优，取代基中含有上述基团有助于提高所述P型半导体掺杂化合物的吸电子能力。优选地，所述R7基团为氰基。优选地，所述P型半导体掺杂化合物为任意一种具有如下结构(Ⅱ～Ⅱ)的化合物：本专利技术的目的之二在于提供一种半导体器件，所述半导体器件掺杂有所述的P型半导体掺杂化合物。优选地，所述半导体器件为有机发光二极管、有机光伏电池、有机二极管或有机场效应管中的任意一种。优选地，所述半导体器件中，P型半导体掺杂化合物与P型半导体材料的重量比为1:1～1000，例如为1:2、1:5、1:10、1:20、1:40、1:50、1:100、1:200、1:300、1:400、1:500、1:600、1:700、1:800、1:850、1:900、1:950或1:980等，进一步优选为1:10～50。本专利技术所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：相对于未掺杂的P型半导体材料，掺杂有本专利技术中制备得到的半导体材料的P型半导体材料的电导率明显提高，相应的，其启动电压和发热量明显下降，使用寿命能够获得进一步提升。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。在如下实施例中，得到的产物的物理和化学特性及其测试方法如下所述：(1)熔点通过厦门星锐达公司生产的PEInstrumentsDSC2920型差热扫描量热仪(DSC)对产物的熔点进行测试，测试参数为：测试范围50～400℃，升温速率10℃1min。(2)化学结构和纯度通过瑞士布鲁克公司生产的AVANCE800型核磁共振仪(NMR)测试产物的碳原子核磁共振谱(13CNMR)和氢原子核磁共振谱(1HNMR)，核磁共振谱测试所采用的溶剂均为CDCl3，碳原子核磁共振谱测试的磁场强度为100MHz，氢原子核磁共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种P型半导体掺杂化合物，其特征在于，所述化合物具有如式Ⅰ所述的结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种P型半导体掺杂化合物，其特征在于，所述化合物具有如式Ⅰ所述的结构：



其中，R1、R2、R3和R4各自独立的选自＝O、＝S、＝NR8、含有取代基的醌或不含有取代基的醌；
X1、X2、X3和X4各自独立的选自B或N；
R5、R6、R7和R8各自独立的选自满足其化学环境的任意一种基团；
Ar表示碳原子数为6～40的芳香环或芳杂环。


2.根据权利要求1所述的P型半导体掺杂化合物，其特征在于，所述R5、R6、R7和R8各自独立的选自任意一种吸电子基团；
优选地，所述吸电子基团为芳香基、芳香杂环基、氰基、卤素原子、卤代烷烃基、炔烃基、酰基、羰基、羧基、酯基、巯基、亚硫酰基、磺酰基或膦基中的任意一种；
优选地，R5、R6、R7和R8中的任意两个基团之间相互稠合。


3.根据权利要求1或2所述的P型半导体掺杂化合物，其特征在于，所述R1与R2基团的结构相同。


4.根据权利要求1或2所述的P型半导体掺杂化合物，其特征在于，所述R1、R2、R3和R4基团之间各不相同。


5.根据权利要求1～4之一所述的P型半导体掺杂化合物，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄雪明，梁花，鄢亮亮，
申请(专利权)人：上海和辉光电有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31