新型有機(jī)電子給體和場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體功能材料的設(shè)計(jì)、合成及性能研究.pdf

1、有機(jī)功能材料是有機(jī)合成、物理化學(xué)和電子學(xué)的交叉研究領(lǐng)域，它將合成的有機(jī)分子應(yīng)用于光電器件，為信息技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了新天地，因此得到廣泛的重視。本論文分別從有機(jī)電子給體和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體兩個(gè)子方向切入這一領(lǐng)域，設(shè)計(jì)合成了多種新型分子，對(duì)它們進(jìn)行理論計(jì)算和性質(zhì)研究，制備了相應(yīng)的分子器件，測(cè)試了材料的性能；并試圖探討分子結(jié)構(gòu)和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，以進(jìn)一步設(shè)計(jì)性能更好的有機(jī)功能材料。主要內(nèi)容如下：
　　 1.論文第一部分(第二章)，合成了

2、12個(gè)σ鍵非共軛聯(lián)接的含2-6個(gè)TTF單元的枝狀和環(huán)狀新型有機(jī)電子給體1a-b、2a-b、3a-b、4a、6’、7、8、9a-b，并經(jīng)核磁、紅外、高分辨質(zhì)譜確認(rèn)了它們的結(jié)構(gòu)。合成了碘代前體19和23，可以應(yīng)用于引入TTF單元的親核取代反應(yīng)。
　　 2.初步優(yōu)化計(jì)算了新型電子給體的構(gòu)型，發(fā)現(xiàn)含多個(gè)TTF單元的線形給體同側(cè)TTF單元一般取交叉垂直排列；環(huán)形給體TTF單元沿中心呈彎曲扇葉狀排列。用循環(huán)伏安法研究了它們的電化學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)

3、各線型電子給體均出現(xiàn)了二組可逆或準(zhǔn)可逆的特征氧化還原峰，說(shuō)明TTF單元間的相互作用很小，與非共軛鍵相連接的結(jié)構(gòu)相吻合。從氧化還原電位來(lái)看，新型給體均具有和經(jīng)典給體BEDT-TTF相似的給電子能力。發(fā)現(xiàn)含三個(gè)TTF單元的大環(huán)給體8具有分階段的二級(jí)氧化過(guò)程。研究了含5-6個(gè)TTF單元的電子給體2a和4a的LB成膜性能，發(fā)現(xiàn)均能形成質(zhì)量較高的單分子膜，崩潰壓高于以前的研究結(jié)果，為制備LB薄膜器件提供了依據(jù)。
　　 3.論文第二部分(第

4、四章)，研究了一類同時(shí)含硫和氮原子的并五苯類似物--二(苯并吩噻嗪)并吡咯(PBBTZ)環(huán)系，第一次將其應(yīng)用于OTFT器件。合成了PBBTZ環(huán)系化合物1-3并比較研究了類似物4，通過(guò)結(jié)構(gòu)、光學(xué)、熱力學(xué)、電化學(xué)和器件研究，發(fā)現(xiàn)PBBTZ是一類合成簡(jiǎn)捷、分離方便、在環(huán)境中穩(wěn)定的p型半導(dǎo)體材料。電化學(xué)研究表明，PBBTZ衍生物的HOMO能級(jí)與用作場(chǎng)效應(yīng)晶體管電極材料的金的功函能較好匹配。X射線單晶衍射表明，化合物1的呈γ-魚骨狀面對(duì)面堆積，有

5、利于形成高效的電荷傳輸；化合物3由于取代烷基的影響，單晶結(jié)構(gòu)為夾心魚骨狀堆積，柱內(nèi)層間距大于化合物1，可能使相應(yīng)器件性能降低。器件測(cè)試表明，1-4的薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管均為p型，當(dāng)基底溫度為60℃時(shí)，1達(dá)到最好的器件性能，平均遷移率可達(dá)0.34 cm2 V-1 s-1，開(kāi)關(guān)比為7×106-3×107，綜合性能在已報(bào)道類并五苯結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料中處于前列。跟蹤測(cè)試表明器件在空氣中顯示了良好的穩(wěn)定性。薄膜形貌AFM和XRD測(cè)試表明，1薄膜場(chǎng)效應(yīng)器件

6、的高性能來(lái)源于膜內(nèi)分子的有序排列?；诇囟葹?00℃時(shí)，1的場(chǎng)效應(yīng)遷移率仍在10-2 cm2V-1s-1量級(jí)?；衔?和3吡咯氮上的取代基看來(lái)影響了有序排列，降低了薄膜場(chǎng)效應(yīng)器件的性能?；衔?溶解性較好，有希望用于溶液成膜的器件，并在光電流測(cè)試中顯示出應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池的潛力。
　　 4.論文第二部分(第五章)中，還設(shè)計(jì)合成了含氟基團(tuán)取代的PBBTZ環(huán)系衍生物5和6，研究了它們的合成和光譜、熱力學(xué)、電化學(xué)性質(zhì)，測(cè)定了6的單晶