隨著有機(jī)電子學(xué)的蓬勃發(fā)展,有機(jī)半導(dǎo)體材料逐漸成為了一個重要的科研領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料相比,有機(jī)半導(dǎo)體材料具備易于化學(xué)修飾、與柔性基底兼容和可大規(guī)模溶液法加工制備等優(yōu)點,在柔性顯示、電子皮膚和傳感器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,有機(jī)半導(dǎo)體仍然存在電荷遷移率低、穩(wěn)定性不足等問題,嚴(yán)重限制了有機(jī)電子器件的應(yīng)用與發(fā)展。因此,開發(fā)高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料顯得尤為重要。在本論文中,我們以芘這一具備良好發(fā)光特性的富電子共軛骨架為起點,設(shè)計合成了一系列新型高性能有機(jī)光電材料,并利用這些材料制備了有機(jī)場效應(yīng)晶體管以及非易失性有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器件。通過調(diào)控分子堆積、偶極矩以及前線軌道能級等因素,獲得了性能良好的器件。進(jìn)一步,結(jié)合實驗和理論計算研究了材料的構(gòu)效關(guān)系,為設(shè)計與合成高性能n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料和存儲材料提供指導(dǎo)。本論文主要包括以下內(nèi)容:第一章,對有機(jī)電子學(xué)、有機(jī)場效應(yīng)晶體管、有機(jī)半導(dǎo)體材料以及非易失性有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器件進(jìn)行了綜述與探討。回顧了有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展和分類,解析了有機(jī)場效應(yīng)晶體管以及非易失性有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器件的結(jié)構(gòu)和工作原理,并闡述了本論文的選題意義與思路。第二章,對本研究中所使用的主要研究設(shè)備和制備有機(jī)電子器件所需的儀器進(jìn)行了介紹,并對其工作原理以及實驗操作技術(shù)進(jìn)行了說明。第三章,設(shè)計了兩種高效的合成路線對芘的非活潑位點進(jìn)行修飾,得到了一類兼具高遷移率與發(fā)光性能的新型n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料,4,5,9,10-芘二酰亞胺化合物(PyDI)。PyDI不僅在單晶堆積和前線軌道能級等方面適合作為n-型有機(jī)半導(dǎo)體,還保留了芘的良好發(fā)光特性,展現(xiàn)了良好的單光子與雙光子熒光特性以及激基締合物現(xiàn)象。我們基于PyDI及其衍生物制備了單晶有機(jī)場效應(yīng)晶體管,通過對烷基鏈等方面的優(yōu)化,得到了良好的電子遷移率。我們結(jié)合性能表征與理論計算,探討了分子結(jié)構(gòu)與場效應(yīng)遷移率的構(gòu)效關(guān)系。第四章,以芘二酰亞胺化合物t-C_6-PyDI作為研究對象,通過共結(jié)晶的方法,對晶體堆積進(jìn)行了調(diào)控,提高了其電荷傳輸性能。通過單晶解析、紫外可見光吸收光譜等表征手段,我們對共晶材料的晶體排列和分子間電荷轉(zhuǎn)移等方面進(jìn)行了探究,分析了共結(jié)晶的調(diào)控手段對材料電荷傳輸性能的影響。第五章,設(shè)計了一條高效的合成路線對芘分子的非活潑位點進(jìn)行定向修飾,合成了一系列新型芘酰亞胺類衍生物�；谶@些分子的非易失性有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器件展現(xiàn)了良好的存儲特性,具有較大的存儲窗口與數(shù)據(jù)保持時間。我們對這一系列分子的光電性能進(jìn)行了系統(tǒng)表征,結(jié)合理論計算探究了分子偶極矩和前線軌道能級對材料存儲性能的影響。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

lectrode）、漏極（drain electrode）和柵極（gate electrode），此外它的組成還有機(jī)半導(dǎo)體層（organic semiconductor layer）以及絕緣層（gate insulator layer）效應(yīng)晶體管的工作原理為，通過改變柵極的電壓調(diào)控電場，從而控制半導(dǎo)體源漏電流。如今，有機(jī)場效應(yīng)晶體管的遷移率屢創(chuàng)新高，許多 p 型有機(jī)半導(dǎo)料的遷移率超過了 10 cm2V-1s-1[12]，甚至有些 n-型半導(dǎo)體材料也超過了 m2V-1s-1[13]，OFET 的實際應(yīng)用價值越來越被凸顯。高性能的有機(jī)場效應(yīng)晶體射頻識別標(biāo)簽（RFID Tags）[14]、有機(jī)集成電路及顯示[15]等應(yīng)用中必要組成。OFET 依據(jù)器件結(jié)構(gòu)可以分為底柵底接觸、底柵頂接觸、頂柵底接觸和頂接觸四種類型（如圖 1-1）。器件構(gòu)造對器件性能起著非常重要的影響。底柵觸和頂柵底接觸的器件結(jié)構(gòu)相對具備更優(yōu)越的性能，這是因為器件結(jié)構(gòu)中，漏電極與有機(jī)半導(dǎo)體接觸更加良好[16]。而頂柵極的器件構(gòu)造更利于封裝，保件的穩(wěn)定性與抗干擾能力。本文中所采用的器件結(jié)構(gòu)均為底柵頂接觸。然而響 OFET 最關(guān)鍵的因素是有機(jī)半導(dǎo)體層，有機(jī)半導(dǎo)體材料的分子堆積[10a]、軌道能級[9]、與金屬電極的接觸電阻[17]以及界面效應(yīng)[16]等都影響著器件的電移率。

蘭州大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 基于芘類衍生物的有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成及性能研究1.2.2有機(jī)場效應(yīng)晶體管的基本參數(shù)對于有機(jī)場效應(yīng)晶體管來講，評價其性能的基本參數(shù)為，場效應(yīng)遷移率（μ）閾值電壓（Vth）和電流開關(guān)閉（Ion/off）等，以上參數(shù)均可以通過場效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線（output characteristic curve）和轉(zhuǎn)移特性曲線（transfecharacteristic curve）得到。如圖 1-2 所示，在不同柵壓（VG）下，源漏電流（IDS）隨著源漏電壓（VDS）的變化曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。在相同的柵極電壓下，源漏電流隨源漏電壓的變化曲線被稱為輸出特性曲線。

圖 1-4. 含硫 p-型有機(jī)半導(dǎo)體材料氮雜環(huán)的芳香化合物也是一類重要的 p-型有機(jī)半導(dǎo)體材料，如圖 1-5 類化合物主要包括酞菁類、卟啉類、氮雜并苯類化合物[23]。其中，酞是最早的半導(dǎo)體材料之一，高度有序的 CuPc 空穴遷移率可以達(dá)到 0.，開關(guān)比可以達(dá)到 105。Keiichi Katoh 等人用獻(xiàn)菁銅作為第一層活化層為第二層活化層，這個三明治結(jié)構(gòu)的器件可以達(dá)到 0.11 cm2V-1s-1[24]。類、吡咯類雜環(huán)也可以像噻吩一樣，引入到有機(jī)共軛骨架中，展示出傳輸性質(zhì)。Yu[25]等人用鹵素取代氮雜并苯，得到了兩種四氯二氮雜物，其單晶采取滑動的 π-π 堆積模式。將化合物 TCDAHP 沉積ichlorosilane (NTS)單層修飾的二氧化硅表面，并使用并五苯作為緩沖機(jī)場效應(yīng)晶體管器件，可以展現(xiàn)出 1.4cm2V-1s-1的空穴遷移率。此外含給體與受體結(jié)構(gòu)單元的（D-A）的化合物由于具有較小的帶隙，良堆積，受到了廣泛關(guān)注。通過噠嗪與噻吩結(jié)合的 D-A 結(jié)構(gòu)化合物[26]可以到達(dá) 10-3-10-4cm2V-1s-1�；卩邕蚺c噻吩的 D-A 結(jié)構(gòu)化合物，由

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;上海有機(jī)所在新型高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料方面取得系列進(jìn)展[J];化工新型材料;2017年03期

2 伊康哲;;基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)場效應(yīng)晶體管化學(xué)傳感器[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2017年08期

3 ;化學(xué)所新型有機(jī)半導(dǎo)體材料研究取得系列進(jìn)展[J];中國西部科技;2008年05期

4 周雪琴,汪茫,楊士林;有機(jī)半導(dǎo)體材料中的電荷轉(zhuǎn)移[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2000年08期

5 ;新方法大幅縮短有機(jī)半導(dǎo)體材料研發(fā)時間[J];硅酸鹽通報;2011年04期

6 王立鐸;;有機(jī)半導(dǎo)體材料與器件研究領(lǐng)域的若干科學(xué)問題[J];大學(xué)化學(xué);2007年01期

7 蔚慧;;化學(xué)所合成并五噻吩有望成為新一類有機(jī)半導(dǎo)體材料[J];信息記錄材料;2006年01期

8 楊蕓輝;王從洋;;有機(jī)硅化合物和有機(jī)硼化合物在有機(jī)半導(dǎo)體材料中的應(yīng)用[J];化學(xué)教育;2016年14期

9 ;含巨大分子有機(jī)半導(dǎo)體材料問世[J];光機(jī)電信息;2011年09期

10 ;n型有機(jī)半導(dǎo)體材料研究獲進(jìn)展[J];光機(jī)電信息;2010年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 韓克利;;理論研究有機(jī)半導(dǎo)體材料電子輸運(yùn)性質(zhì)[A];第五屆全國計算原子與分子物理學(xué)術(shù)會議摘要及墻貼[C];2014年

2 于貴;;新型有機(jī)半導(dǎo)體材料及其載流子傳輸特性[A];中國化學(xué)會第九屆全國有機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集（1）[C];2015年

3 于貴;;含硫的新型有機(jī)半導(dǎo)體材料及其性能研究[A];第八屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議摘要[C];2013年

4 史建武;易文靜;孫會靚;萬世勝;王華;闞玉和;;基于并三噻吩同分異構(gòu)體的有機(jī)半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第17分會：光電功能器件[C];2014年

5 史建武;易文靜;孫會靚;萬世勝;王華;闞玉和;;基于并三噻吩同分異構(gòu)體的有機(jī)半導(dǎo)體材料[A];河南省化學(xué)會2014年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2014年

6 小野f;;含有熱致或光化學(xué)離去基團(tuán)的有機(jī)半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第七屆有機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)會議圖文摘要集[C];2011年

7 張恒君;王鷹;劉云圻;邱文豐;于貴;朱道本;;基于芘的蝴蝶型有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成及場效應(yīng)性能研究[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

8 陳善慈;鄭慶東;湯昌泉;;新型含斜線型萘酰亞胺單元的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第17分會：光電功能器件[C];2014年

9 孟青;李洪祥;胡文平;;含C≡C的有機(jī)半導(dǎo)體材料合成及場效應(yīng)性能研究[A];全國第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會摘要集[C];2010年

10 李穎若;郭雪峰;;螺吡喃——P3HT復(fù)合半導(dǎo)體層光響應(yīng)OFET器件[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 記者 劉霞;新方法大幅縮短有機(jī)半導(dǎo)體材料研發(fā)時間[N];科技日報;2011年

2 黃明輝;OFET中有機(jī)半導(dǎo)體材料專利申請分析[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2015年

3 余紅 常建龍;用堅持實現(xiàn)夢想[N];科技日報;2012年

4 毅民;知道我在等你嗎，OLED？[N];電子報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳澤華;基于芘酰亞胺衍生物的高性能n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成及性能研究[D];蘭州大學(xué);2018年

2 馬志英;新型有機(jī)半導(dǎo)體材料電荷傳輸性能及機(jī)理的理論研究[D];清華大學(xué);2016年

3 趙華平;吲哚[3，2-b]咔唑衍生物的設(shè)計、合成和半導(dǎo)體性能[D];山東大學(xué);2007年

4 黃金昌;新型稠環(huán)共軛有機(jī)半導(dǎo)體材料的設(shè)計、合成及其光電性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 宋承立;基于氮雜并五苯的雙極性有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成與器件性能研究[D];蘭州大學(xué);2011年

6 張錨;有機(jī)半導(dǎo)體材料的激光性能研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

7 郭慶;蒽及其衍生物載流子傳輸性質(zhì)的理論研究[D];吉林大學(xué);2015年

8 趙蔡斌;某些含硫/氮雜原子的有機(jī)半導(dǎo)體材料分子設(shè)計及載流子傳輸性質(zhì)理論研究[D];陜西師范大學(xué);2014年

9 王英鋒;新型有機(jī)場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體材料的設(shè)計、合成與性能研究[D];浙江大學(xué);2015年

10 張叢筠;有機(jī)半導(dǎo)體材料的自組裝及其理論研究[D];山東大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 彭維圣;曲面自組裝分子的合成及表征[D];上海師范大學(xué);2018年

2 國瑞雪;新型芘類有機(jī)半導(dǎo)體材料的設(shè)計與合成[D];蘭州大學(xué);2018年

3 曹嵐;有機(jī)半導(dǎo)體材料的研究[D];重慶大學(xué);2009年

4 羅小娥;氫化六氮雜并五苯和芘類有機(jī)半導(dǎo)體材料的設(shè)計與合成[D];蘭州大學(xué);2017年

5 焦冠源;有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成及材料結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

6 常釗;有機(jī)半導(dǎo)體材料電學(xué)性質(zhì)及載流子濃度的計算和分析[D];電子科技大學(xué);2009年

7 楊石;有機(jī)半導(dǎo)體材料特性測量及有機(jī)場效應(yīng)管應(yīng)用的研究[D];吉林大學(xué);2004年

8 陽峰;氮雜并五苯類有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成與表征[D];蘭州大學(xué);2012年

9 黃杰;基于萘酰亞胺骨架的有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成與性質(zhì)研究[D];華中師范大學(xué);2014年

10 張瀟;含氟類萘二酰亞胺n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料的設(shè)計合成及性能研究[D];東華大學(xué);2015年

本文編號：2809313