特許7232542IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

ポリイミド系共重合体およびそれを含む電子部品と電界効果トランジスタに関し、特に、二無水物と、2つのベンゼン環を有し、前記2つのベンゼン環の間で2つのエーテル結合、2つのスルフィド結合、または1つのエーテル結合および1つのスルフィド結合がある複素環式ジアミンの共重合体を含むポリイミド系共重合体

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

文献では、熱安定性の高いポリイミド(すなわち、ガラス転移温度Tg>400℃;分解温度Td>500℃)および優れた寸法安定性(すなわち、CTE<10ppmK-1)が報告されている。Hasegawaらは、ポリイミドの熱安定性、寸法と化学構造の間の関係をまとめ、ポリイミドの面内配向(in-plane orientation)が大きいほどCTEが小さくなると結論付けた。なおポリマー骨格の直線性/剛性、ポリマー鎖間の物理的相互作用およびイミド化過程中の鎖移動度は、面内配向と密接に関連している(非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3)。Luらは、ビスベンズイミダゾール単位を持つジアミンを開示し、分子間の相互作用を調節し、ポリイミドの固体パイルアップを改善することで、より低いCTE(<10ppmK-1)を実現した(M.Lian,X.Lu,Q.Lu,Macromolecules 2018,51,10127-10135.)。ただし空気中の水分と水素結合を形成する可能性があるため、ベンゾオキサゾールまたはベンズイミダゾールから誘導されたポリイミドの吸水率は、類似の高いレベルにある。しかしながらOFETデバイスでの応用は、通常低い吸水率が求められることに留意された。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

これに鑑み本発明の主な目的は、高い熱的・機械的安定性を有するポリマーであり、電子部品/製品(例:フレキシブルまたはウェアラブルの電子機器)および有機電界効果トランジスタのフレキシブル基板とし、主に二無水物と複素環式ジアミンの重縮合反応によって調製された新規のポリイミド材料を提供することである。

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】 本発明の好ましい実施例を示す概略図((a)オールポリマーに基づくトランジスタデバイスの構造およびポリイミド系共重合体の基板、誘電体および半導体(活性)層の構造と厚さを示し;(b)柔軟でオールポリマーベースのFETデバイスの写真)である。
【図2】 本発明の好ましい実施例に係るジアミンモノマー合成経路のフローチャート((a)SSDA、(b)SODAおよび(c)OODA)である。
【図3】 本発明の好ましい実施例に係るDMSO-d6の1H NMRスペクトルを示す図((a)SSDA、(b)SODA、および(c)OODA)である。
【図4】 本発明の好ましい実施例に係るDMSO-d6中の13C NMRスペクトルを示す図((a)SSDA、(b)SODA、および(c)OODA)である。
【図5】 本発明の好ましい実施例の最適化された幾何形状およびファンデルワールス体積を示す図((a)PI(SSDA-PMDA)、(b)PI(SSDA-BPDA)、(c)PI(SODA-PMDA)、(d)PI(SODA-BPDA)、(e)PI(OODA-PMDA)、および(f)PI(OODA-BPDA))である。
【図6】 本発明の好ましい実施例に係るポリイミド系共重合体合成経路のフローチャート((a)PI(MXYDA-ArDA)で、ここでMXYは3つの好ましい実施例のジアミンSSDA、SODAおよびOODAを表し;(b)PI(OODA-PmBn)で、ここでPMDAとBPDAのモル比(m:n)は7:3、5:5および3:7に設定された。)である。
【図7】 本発明の好ましい実施例に係る合成ポリイミド系共重合体(ポリイミン前駆体)のDMSO-d6における1H NMRスペクトルを示す図((a)PAA(SSDA-PMDA)、(b)PAA(SSDA-BPDA)、(c)PAA(SODA-PMDA)、(d)PAA(SODA-BPDA)、(e)PAA(OODA-PMDA)、および(f)PAA(OODA-BPDA))である。
【図8】 本発明の好ましい実施例に係る合成ポリイミド系共重合体のFT-IRスペクトルを示す図((a)PI(SSDA-PMDA)、(b)PI(SSDA-BPDA)、(c)PI(SODA-PMDA)、(d)PI(SODA-BPDA)、(e)PI(OODA-PMDA)、(f)PI(OODA-BPDA)、(g)PI(OODA-P7B3)、(h)PI(OODA-P5B5)、および(I)PI(OODA-P3B7))である。
【図9】 本発明の好ましい実施例に係る合成ポリイミド系共重合体PAA(OODA-PmBn)のDMSO-d6における1H NMRスペクトルを示す図(ここで、PMDAとBPDAの仕込み比はm:n=(a)10:0、(b)7:3、(c)5:5、(d)3:7、(e)0:10に設定された。)である。
【図10】 本発明の好ましい実施例に係るジアミンのDFT計算および2つのベンゼン環間の二面角の最適化を経た幾何形状を示す図((a)SSDA、(b)SODA、および(c)OODA)である。
【図11】 本発明の好ましい実施例に係る合成ポリイミド系共重合体PI(MXYDA-ArDA)の熱特性分析を示すグラフ((a)空気気流下で測定したTGA曲線、および(b)DSC曲線)である。
【図12】 本発明の好ましい実施例に係る合成ポリイミド系共重合体PI(OODA-PmBn)の熱的および機械的特性分析を示すグラフ((a)窒素気流下でのTGA曲線、(b)空気気流下でのTGA曲線、(c)DSC曲線、(d)DMA曲線、(e)TMA曲線および(f)応力-ひずみ曲線)である。
【図13】 本発明の好ましい実施例に係る合成ポリイミド系共重合体PI(MXYDA-ArDA)の熱的および機械的特性分析を示すグラフ((a)TGA曲線、(b)TMA曲線、(c)DMA曲線、および(d)応力-ひずみ曲線)である。
【図14】 本発明の好ましい実施例に係るDMA曲線((a)PI(SSDA-PMDA)、(b)PI(SSDA-BPDA)、(c)PI(SODA-PMDA)、(d)PI(SODA-BPDA)、(e)PI(OODA-PMDA)、(f)PI(OODA-BPDA)、(g)PI(OODA-P7B3)、(h)PI(OODA-P5B5)、および(I)PI(OODA-P3B7))である。
【図15】 本発明の好ましい実施例の(a)α-Tg、CTEおよび(b)UTS、εbと合成ポリイミド系共重合体PI(OODA-PmBn)のBPDA組成との間の関係を示すグラフである。
【図16】 本発明の好ましい実施例のオールポリマートランジスタデバイスに基づくFETを示すグラフ((a)伝達特性および(b)出力特性)である。
【図17】 本発明の好ましい実施例に係る誘電体PI(OODA-P5B5)の静電容量を示すグラフ((a)異なる周波数で測定したもの、(b)加熱温度において、104kHzで測定したもの)である。
【図18】 本発明の好ましい実施例の次の方法で製造されたPII2T系トランジスタデバイスのFET伝達特性を示す図((a)高度にnドープ(n-doped)されたシリコンウェーハを基板とし、300nm SiO2を誘電体としたもの、(b)PI(OODA-BPDA)を基板とし、420nm PI(OODA-P5B5)を誘電体としたもの)である。
【図19】 本発明の好ましい実施例を示す図((a)繰り返し曲げの機械的耐久性試験を経た後、オールポリマートランジスタデバイスに基づくFET伝達曲線、(b)μhおよびIon/IoffのFET特性は繰り返し曲げ回数の違いによって変化した。)である。
【図20】 本発明の好ましい実施例を示す図((a)順方向および逆方向スキャンによるFET伝達特性を有し、(b)PI(OODA-P5B5)を基板として製造されたフレキシブルOFETのゲート電流。)である。
【図21】 本発明の好ましい実施例を示す図((a)異なるベーキング時間、200℃での熱処理後、オールポリマートランジスタに基づくFETの伝達特性曲線;異なるベーキング温度で2時間後、FETをまとめた(b)の伝達曲線および(c)特性。)である。
【図22】 本発明の好ましい実施例のPI(OODA-P5B5)に基づくOFETのFET伝達特性は(a)80℃、(b)120℃および(c)160℃で2時間熱処理されたものを示すグラフである。

代表図 図1本件の代表的な図

100 電界効果トランジスタ 11 フレキシブル基板 12 ゲート 13 誘電体 14 活性層 15 ソース 16 ドレイン

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