可溶劑處理的酞菁基半導(dǎo)體的設(shè)計合成及其性質(zhì)研究.pdf

1、酞菁及其與稀土金屬配位構(gòu)成的三明治型酞菁稀土配合物，由于具有大環(huán)共軛體系，其分子內(nèi)部及大環(huán)之間具有強烈的π-π相互作用，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及獨特的光學(xué)、電學(xué)、磁性性質(zhì)，近幾年在分子電子學(xué)、分子信息存儲、非線性光學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域受到了廣泛的研究。特別是酞菁及其與稀土金屬配合物可以通過分子設(shè)計和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)以獲得高性能的半導(dǎo)體性質(zhì)，在場效應(yīng)晶體管和化學(xué)傳感器等方面應(yīng)用廣泛。與此同時，隨著工業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)生活的需要，對器件的

2、可塑性，柔韌性的要求也越來越高，因此將高性能的場效應(yīng)晶體管與柔性襯底相結(jié)合迫在眉睫。
　　本論文主要包括以下三個方面內(nèi)容:
　　1.可溶劑化處理的空氣中穩(wěn)定平衡的高性能雙極性三層酞菁稀土配合物半導(dǎo)體的OFET性質(zhì)研究
　　成功合成了一種結(jié)構(gòu)新型的三層酞菁稀土配合物(Pc)Eu[Pc(ONh)8]Eu[Pc(ONh)8]，電化學(xué)測試表明其最低空軌道LUMO能級為-4.00eV, HOMO-LUMO能級差為1.07eV。由

3、于引入了在不對稱三層酞菁(Pc)Eu[Pc(ONh)8]Eu[Pc(ONh)8]的周圍引入了弱吸電子性的萘酚取代基，成功的將配合物的LUMO和HOMO能級調(diào)節(jié)到了雙極性半導(dǎo)體的范圍。采用quasi-Langmuir-Sh(a)fer(QLS)法制成有序分子膜薄膜，并選擇高沸點的中度溶解性的鄰二氯苯作為溶劑進行了溶劑退火，使分子在薄膜中的排列更加整齊緊密，從而獲得了空氣中穩(wěn)定且優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)。其中空穴遷移率為1.71 cm2 V-1 s

4、-1，開路電壓-5 V，開關(guān)比106;電子遷移率為1.25 cm2 V-1 s-1，開路電壓+9 V，開關(guān)比106。這是在可溶劑化處理的單一小分子化合物為半導(dǎo)體材料中，表現(xiàn)的遷移率最高且平衡的OFET性質(zhì)之一。這項工作發(fā)現(xiàn)，我們可以通過分子設(shè)計和界面優(yōu)化相結(jié)合，設(shè)計制備空氣中穩(wěn)定，性質(zhì)優(yōu)良的OFET器件，為場效應(yīng)晶體管應(yīng)用在低成本、大面積的互補型集成電路中提供潛在的應(yīng)用價值。
　　2.基于可溶劑化處理的八萘酚取代的雙層酞菁銪配合物

5、的柔性雙極型場效應(yīng)晶體管性質(zhì)的研究
　　一種結(jié)構(gòu)新穎的三明治雙層酞菁銪配合物[Pc(OAr)8]Eu[Pc(OAr)8][Pc(OAr)8=2，3，9，10，16，17，23，24-八萘酚取代酞菁]被成功合成，并作為半導(dǎo)體材料利用一種簡單的可溶劑化處理的quasi-Langmuir-Sh(a)fer(QLS)法，選擇可折疊的塑料作為襯底，制備了有機場效應(yīng)晶體管器件。通過對[Pc(OAr)8] Eu[Pc(OAr)8]的薄膜進行半導(dǎo)

6、體性質(zhì)測試，得到了空穴遷移率為0.10 cm2 V-1 s-1，電子遷移率為0.01 cm2 V-1 s-1的雙極性半導(dǎo)體性質(zhì)。通過電化學(xué)測試，得到配合物的最高占有軌道HOMO能級為-4.63eV，最低空軌道LUMO能級為-3.41 eV，能夠同時滿足p-型和n-型有機半導(dǎo)體所需要的能級范圍，也說明了這種雙層酞菁稀土配合物是雙極型的有機半導(dǎo)體材料。這項工作首次將三明治型酞菁配合物利用一種簡單的可溶劑處理的辦法制備成了低成本的柔性雙極型有