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有机场效应晶体管近年来取得了突破性的进展。设计合成新型的有机半导体材料是有机场效应晶体管研究的核心问题之一。有机场效应材料最重要的参数是迁移率,要达到应用的要求,必须使得有机材料的迁移率能够达到甚至超过传统的无机材料。另外,分子结构对迁移率的影响目前仍缺少系统的研究和比较。含硫杂环化合物,如噻吩类化合物,具有合适的能级和高度共轭结构,非常适合作为有机场效应晶体管中的半导体层材料,其迁移率往往较高。本论文设计、合成了一系列新型含硫杂环共轭分子,应用在小分子/聚合物场效应材料中,并系统研究了取代位置效应、取代基效应等对迁移率的影响,获得以下结果: 设计、合成了两类高度共轭的二苯并并四噻吩,并通过真空蒸镀的方法制备了有机场效应晶体管,其中线性分子最高迁移率为0.15cm2 V-1s-1,而折形分子的迁移率为0.047cm2 V-1s-1。线性分子的能级、重组能等参数都要优于折形分子,其薄膜的结晶性更好,故而获得了更高的性能,证实此类体系中线性分子的场效应性能要高于折形的分子。 设计、合成了一系列苯并噻吩乙烯,通过改变取代位置,得到四类单体,并与噻吩基取代的吡咯并吡咯二酮共聚,得到一系列聚合物,系统研究了这些聚合物的场效应性能。通过调控取代位置和取代基,可以将器件性能逐渐优化,得到的最高空穴迁移率为5.79cm2 V-1 s-1。研究表明具有最高共轭程度、最好的平面性和最好结晶性的聚合物分子具有最高的场效应性能。 合成了两类不同取代位置的苯并噻吩吡咯并吡咯二酮单体,并制备了相应的聚合物,其中6-位取代的聚合物的迁移率为0.1cm2 V-1s-1,性能要低于上一类分子。由于这类分子存在一定的二面角,从光谱上也证实分子聚集性较弱,证明平面性和主链的分子结构的位置分布对场效应性能有着很大的影响。 设计、合成了四类主链中含有联苯并噻吩、联苯并噻唑的分子,通过氮原子的引入来调控能级和堆积形态;合成了并二噻吩吡咯并吡咯二酮与噻吩乙烯或硒吩乙烯共聚物,初步研究了硫属原子对聚合物的影响。这些含硫杂环材料有望应用到有机场效应晶体管中。