四氟金屬酞菁有機場效應材料的合成與性能研究.pdf

1、有機場效應器件被廣泛應用于傳感器和大規(guī)模集成電路等領域,是目前光電領域的一大研究熱點。在有機場效應器件中,有機半導體材料作為有源層材料,其性能的優(yōu)劣直接影響著器件的性能。有機半導體材料根據(jù)載流子的不同可分為p型材料和n型材料。n型有機半導體材料在互補邏輯電路、p-n結和雙極性晶體管等應用中起著十分重要的作用,但由于現(xiàn)有品種較少,限制了n型材料的發(fā)展與應用。酞菁化合物因其大環(huán)共軛體系以及良好的熱穩(wěn)定性,易于蒸鍍成膜的特性,已被大量的應用在

2、場效應晶體管中。本文通過向酞菁環(huán)引入氟取代基,降低酞菁分子的電子云密度,合成了具有n型半導體材料性質的四氟金屬酞菁,并將其應用到有機場效應器件中。
　　本文首先以4-硝基鄰苯二甲酰亞胺為原料,經(jīng)還原,重氮化和重氮鹽熱分解反應合成出了中間體4-氟鄰苯二甲酰亞胺,并對該工藝路線進行了優(yōu)化。在優(yōu)化過工藝條件下,4-氟鄰苯二甲酰亞胺的總收率為35.2％,純度為97.2%。又以4-氟鄰苯二甲酰亞胺為原料,與尿素和金屬鹽通過固相反應合成了5種

3、四氟取代的金屬酞菁化合物MPcF4(M=Fe、Co、Ni、Cu、Zn),收率分別為:44.7%、68.4%、72.0%、64.6%和54.4%。利用紅外光譜和基質輔助激光解析飛行時間質譜對合成產(chǎn)物進行了結構表征,均驗證了結構的正確性。
　　研究了四氟金屬酞菁的紫外、熒光、熱性能、溶解性和場效應器件應用等性能,結果表明:五種金屬酞菁在N,N’-二甲基甲酰胺溶劑(DMF)中紫外-可見吸收光譜最大吸收波長在657~672nm之間,NiP

4、cF4和CuPcF4在DMF溶劑中均有聚集現(xiàn)象產(chǎn)生;溶液濃度的增大、溶劑極性的增大和氟取代基的引入,都會導致酞菁溶液的聚集現(xiàn)象更加明顯;四氟金屬酞菁在DMF溶劑中的熒光發(fā)射譜最大發(fā)射波長在598~672nm之間。隨中心金屬原子序數(shù)的增加,熒光發(fā)射光譜發(fā)生紅移;四氟金屬酞菁都有較高的分解溫度,分解溫度均在270℃以上,熱穩(wěn)定性良好;溶解性測試表明,四氟金屬酞菁能微溶于吡啶、DMF和DMSO,但不溶于二氯甲烷和乙腈;將CuPcF4作為有源層