有机场效应晶体管(OFETs)常被认为是现代电子系统的关键组成部分之一，在有源矩阵平板显示器和智能卡等应用中具有广阔的潜力。OFETs除了具有巨大的应用前景外，也被认为是高质量有机半导体材料检测，评估，识别和优化的理想科学测试手段之一。一方面，有机合成化学的发展为制备高性能场效应晶体管提供了丰富的半导体材料，而另一方面以OFETs作为一种简便的方法来研究分子结构与光电性能之间的关系，可以提供最佳分子设计策略，为进一步设计和合成新型有机半导体材料提供理论指导。本论文围绕对有机单晶场效应晶体管中有机活性层中的小分子半导体材料进行修饰:不同侧链取代、共轭骨架横向扩展、在共轭骨架不同位置引入不同种类和数量的取代基对器件性能影响的差异等开展了高性能有机场效应单晶晶体管的制备与研究工作。主要的研究工作包括以下四个方面:　　1.设计合成了两种不同烷基侧链取代的苝酰亚胺。通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法测试了该系列有机小分子半导体的光学和电化学性质。采取物理气相传输(PVT)的方法制备了两种有机化合物的微纳米尺寸的单晶并成功制备了相应的有机单晶场效应晶体管。在π-π堆积作用以及氢键等非共价键作用的共同影响下，C8F-4ClPDI具有比C8-4ClPDI更优异的光电性能。C8F-4ClPDI的最高电子迁移率是1.43cm2V-1s-1，而且具有很好的空气稳定性。也构筑了高性能的两端C8F-4ClPDI光开关器件，C8F-4ClPDI单晶展示了对光的高敏感性，其开关比高达103，平均光响应值为2.5A/W。　　2.通过Pd(OAc)2/n-Bu4NOAc催化体系成功设计并高效合成了三种有机半导体材料苯并戊搭烯(DNP)，萘并戊搭烯(DBP)，蒽并戊搭烯(DAP)。由于分子的堆积方式是由共轭骨架和具有位阻的取代基共同决定的，由单晶数据得知随着共轭单元大小的变化，有机半导体材料由夹心式鱼骨状堆积转化为层层堆积结构。随后采用物理气相传输法制备了三种有机半导体材料的微纳米尺度上的单晶，通过调节晶体的生长时间和生长温度来调控微纳米尺寸单晶的形貌。采用Materials Studio软件对微纳晶的生长进行模拟研究，发现在高温下生长出的微纳晶为低温下制备的微纳晶的外延生长，并研究了基于微纳米尺寸单晶的场效应晶体管的电学性能和载流子传输性能的各向异性。由有机半导体DAP制备的单晶OFETs表现出极好的空穴迁移率6.55cm2V-1s-1，同时制备的DNP单晶OFETs的最高空穴迁移率0.41cm2V1s-1。而由于苯并戊搭烯(DBP)的分子堆积并不利于载流子的传输，所以并没有测试出场效应性质。同时也探索了有机小分子半导体DAP在光学器件方面的应用，也成功构筑了高性能的光开关器件，DAP单晶器件展示了对光的高敏感性，其开关比将近103。　　3.通过在苝酰亚胺bay位或nonbay位上修饰卤素原子得到一系列苝酰亚胺衍生物。四个材料的核心部分均为苝酰亚胺材料，但是由于修饰基团的类型和取代位置的不同，四种材料的热稳定性、结晶度以及半导体性能等物理化学性质均有所不同。bay位的四取代分子C5，5-4Cl-PDI由于位阻会导致共轭骨架扭曲，降低分子间的π-π重叠面积，不利于载流子的传输。而对于nonbay-4Cl-C5，5-PDI和C5，5-4CN-PDI分子，吸电子基团的四取代发生在nonbay位，很好的保持了苝酰亚胺共轭骨架的平面性，有利于分子形成紧密的固态堆积，提高了载流子传输效率和空气稳定性，采取溶液滴注法制备了四种有机化合物的微纳晶，其中C5，5-4CN-PDI分子的平均电子迁移率为0.71cm2V-1s-1。　　4.设计合成了一系列苝酰亚胺衍生物来探究取代基的数量以及分子的对称性对有机半导体材料电学性能的影响。采用PVT法制备了5种苝酰亚胺衍生物的微纳晶并且利用贴金膜技术构筑了对应的单晶器件。其中C3F7-PDI-CN2分子呈现了优异的电学性能，电子迁移率最高可达7.73cm2V-1s-1。而分子对称性差的化合物则表现出相对比较差的电学性能。五种苝酰亚胺衍生物的场效应性能结果说明取代基数目和分子对称性对分子的聚集行为有重要影响。