并五苯类有机小分子场效应晶体管材料的合成与器件制备

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在过去的二十年中,有机电子器件的重要性得到了广泛的重视。基于有机半导体材料的电子器件已被证明可以广泛地应用于发光二极管、大面积传感器以及太阳能电池等多个领域。利用化学修饰,有机半导体材料的电学性能可以进行调节并作为低耗、大面积电子器件的活性层使用。作为有机电子器件的基本元件,有机晶体管越来越受到人们的关注。事实上,这个领域启蒙于有机空穴传输材料的发现,这种类型的材料也是当今有机半导体材料中为数众多的一类。但是,与之相匹配的有机电子传输材料,不论在数量上还是在其性能表现上,都表现为显著的缺乏。本文设计并合成了一系列具有不同能级的有机半导体材料,有效的地控制了系列分子的电学传输性能,为有机电子传输材料的设计提供了崭新的思路。主要取得了以下成果:1、设计并合成了一系列可溶性的有机半导体材料。首先我们利用简单的原料合成了并五苯及其衍生物,在保证稳定性的前提下,利用烷基链的引入改善了并五苯体系的溶解性。接着对于并五苯骨架我们引入了杂原子(S、N)以更加大幅度地调节分子的能带结构。我们通过核磁、质谱等手段确定了分子结构的准确性;并利用单晶衍射确定了合成材料的分子堆积方式。2、利用并五苯、酞菁铜等空穴传输材料,我们成功的制备了p型场效应晶体管,对其关键的器件性质(如空穴迁移率、开关比、启动电压等)进行了测量计算。对不同器件结构与器件性能的关系进行了探讨,并以此为依据改进了我们制备有机场效应晶体管的工艺,为以后对于新材料的器件制备打下了基础。3、利用我们合成的有机半导体材料对场效应晶体管器件的制作工艺进行了优化。首先是利用合成的三异丙基硅炔基并五苯(TIPS-PEN)对热蒸镀成膜条件以及其对器件性能的影响进行了系统的考察。进而通过使用氧化铟锡(ITO)基底和高分子绝缘层成功制备了“全有机”的小分子场效应晶体管。同时对TIPS-PEN在不同器件结构上的性能进行了比较。4、设计并合成了一类具有双极性场效应特性的小分子半导体材料——氮杂并五苯衍生物。成功制备了具有高迁移率、高开关比、空穴传输与电子传输相匹配的有机小分子场效应晶体管器件。此工作为设计具有优良性能的双极性有机小分子材料提供了崭新的道路。
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