论文部分内容阅读
寻找高迁移率的有机半导体材料以满足有机电子器件的应用是当前国际上研究的热点。己报道的实验结果表明半导体薄膜内分子具有二维电荷传输结构的迁移率较高。如具有鱼骨刺结构的并五苯薄膜，其二维方向上有分子间角对心堆积结构，场效应迁移率高于1cm2/Vs。但理论上角对心堆积结构并不是电荷传输最有利的方向。理论计算表明有机半导体临近分子间能形成紧密的面对面π-π堆积时，容易获得高迁移率特性。因此二维方向上具有紧密的面对面π-π堆积的有机半导体将是高迁移率半导体。
酞菁化合物具有非常好的热学和化学稳定性，近年来其半导体特性受到人们的广泛关注。本论文主要研究对象是轴向取代酞菁化合物，也就是酞菁化合物中心的轴向上具有取代基的酞菁化合物。通过界面修饰的方法制备了高迁移率轴向取代酞菁薄膜晶体管器件，并确认了薄膜内分子具有二维方向上紧密面对面π-π堆积结构。通过变换中心金属和轴向取代配体我们获得了电子传输型和空穴传输型材料。其中电子型有机半导体具有很好的电学空气稳定性。研究了轴向配体和中心金属对酞菁化合物导电类型的影响，分析了电子型传输特性产生的原因。
1.选择了三种轴向取代酞菁，酞菁锡二氯(SnCl2Pc)，酞菁氧锡(SnOPc)和酞菁钛二氯(TiCl2Pc)，通过界面修饰我们得到了高质量的半导体薄膜：SnCl2Pc多晶薄膜的场效应迁移率最高为0.3cm2/Vs； SnOPc多晶薄膜的场效应迁移率最高为0.44cm2/Vs； TiCl2Pc多晶薄膜的场效应迁移率最高为0.15cm/Vs。通过X射线衍射和已知的晶体数据确认了轴向取代酞菁高迁移率的原因是由于它们薄膜内分子能够形成二维紧密的面对面π-π堆叠，这种结构非常有利于电荷在材料中的传输。
2.通过电学空气稳定性实验确定了SnCl2Pc和SnOPc具有很好的空气稳定性。较低的最低未占有空轨道(LUMO)能级和紧密的面对面堆积是它们具有空气稳定性的原因。
3.对比其他酞菁材料分析了轴向取代酞菁SnCl2Pc(SnOPc)具有电子型传输特性的原因。首先轴向吸电子配体和高电负性的中心金属有利于降低引酞菁分子的LUMO能级，进而提高电子的注入率，这是SnCl2Pc(SnOPc)具有电子型传输特性的一个可能原因。其次轴向吸电子基团和高电负性的金属能有效的增加分子局域极化，使其酞菁中心π共轭环内原子的电荷电量比没有轴向吸电子基团和低电负性金属的酞菁化合物偏正，进而使分子内π共轭环更容易接纳电子实现电子传输。