有機場效應(yīng)晶體管(OFET)由于其具有質(zhì)輕價廉、可溶液加工、大面積制備及柔性等突出的特點在射頻識別標(biāo)簽、電子紙及柔性顯示等有機電子領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。設(shè)計合成綜合性能優(yōu)異的有機半導(dǎo)體材料、晶體管器件中有機半導(dǎo)體材料載流子傳輸機理及相應(yīng)的構(gòu)-性關(guān)系是目前有機場效應(yīng)晶體管研究領(lǐng)域的兩個重大科學(xué)難題。基于高性能有機半導(dǎo)體材料比較匱乏的研究現(xiàn)狀以及載流子傳輸機制尚不明確等嚴(yán)峻挑戰(zhàn),本論文設(shè)計合成了一系列稠環(huán)有機小分子以及異靛藍(lán)基聚合物并深入研究了其物化性質(zhì)及OFET器件性能。主要研究內(nèi)容如下:1.設(shè)計合成了D-A型五元稠雜環(huán)小分子IC-DDTPTI和IDC-DDTPTI,詳細(xì)研究了不同程度拉電子能力受體單元(A)對材料的紫外-可見吸收光譜、電化學(xué)以及OFET器件性能的影響。實驗結(jié)果表明:以IC-DDTPTI為半導(dǎo)體材料的晶體管器件表現(xiàn)為均衡的雙極性:最高電子遷移率為0.40 cm~2V~(-1)s~(-1)、最大空穴遷移率為0.18 cm~2V~(-1)s~(-1);而含有更強拉電子能力受體單元IDC的有機半導(dǎo)體材料IDC-DDTPTI,其具有更低的LUMO能級(–4.0 eV),相應(yīng)地晶體管器件則表現(xiàn)為單極性的n-型電荷傳輸特性,并且該分子具有非常好的溶解性!這將為設(shè)計合成D-A型高性能有機半導(dǎo)體分子提供新型受體單元,推動新型D-A結(jié)構(gòu)高性能半導(dǎo)體材料在OFET領(lǐng)域的快速發(fā)展;2.設(shè)計合成了基于異靛藍(lán)結(jié)構(gòu)的A_1-D-A_2-D型共軛聚合物PIIDDTBT和PIIDDTffBT,詳細(xì)研究了氟原子取代基對聚合物的紫外-可見吸收光譜、電化學(xué)以及OFET器件性能的影響。實驗結(jié)果表明:基于不含氟原子取代基的共軛聚合物PIIDDTBT的晶體管器件表現(xiàn)為雙極性傳輸(電子/空穴遷移率分別為10~(-2)/10~(-3)cm~2V~(-1)s~(-1));引入氟原子取代基進一步降低了化合物PIIDDTffBT的能級,并且在聚合物共軛骨架上形成F…S構(gòu)象鎖,使得聚合物分子排列更加有序規(guī)整,因此其相應(yīng)的晶體管器件表現(xiàn)出性能優(yōu)異地均衡雙極性傳輸(最高空穴/電子遷移率均超過0.1 cm~2V~(-1)s~(-1))!該工作也進一步證實了氟原子取代基的引入對基于異靛藍(lán)聚合物的載流子傳輸特性產(chǎn)生了非常重要的影響;3.設(shè)計合成了基于聯(lián)噻吩并吡咯結(jié)構(gòu)的八元稠環(huán)醌式分子Q2P3TT,通過紫外-可見吸收光譜、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜、EPR、SQUID、DFT理論計算等一系列表征手段證實該分子具有典型的雙自由基特性!4.通過在反式二苯乙烯骨架上引入給電子基團甲硫基并改變鹵素取代基的類型以及位置設(shè)計合成了五個化合物Br-DPE、Br-BMTPE、Cl-BMTPE、I-BMTPE、Br*-BMTPE,并對該系列化合物的紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜、單晶結(jié)構(gòu)進行表征,系統(tǒng)研究了給電子基團、鹵素取代基類型及位置對聚集態(tài)中鹵鹵相互作用的影響。實驗結(jié)果表明:化合物Br-BMTPE、Cl-BMTPE、I-BMTPE形成了強的鹵素–鹵素相互作用,化合物Br-DPE、Br*-BMTPE中不存在鹵素–鹵素相互作用,進一步證實了給電子基團和鹵素取代基類型及位置對鹵素–鹵素相互作用的形成至關(guān)重要;另外,形成鹵素–鹵素相互作用的化合物Br-BMTPE、Cl-BMTPE具有強的π-π相互作用,但依然表現(xiàn)出很強的熒光特性,這為設(shè)計合成兼有導(dǎo)電和發(fā)光特性的功能性材料提供了新思路。
【學(xué)位單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN386;O631
【部分圖文】：

圖 1-1 有機場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用領(lǐng)域本論文主要研究工作就是緊密圍繞著有機場效應(yīng)晶體管展開的，設(shè)計合成了一系列新型的有機半導(dǎo)體材料并對其基本的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)進行表征，進一步探討了分子結(jié)構(gòu)與器件性能之間的關(guān)系。下面本論文將簡要介紹一下有機場效應(yīng)晶

圖 1-2 有機場效應(yīng)晶體管的四種基本結(jié)構(gòu)緣層和源漏電極之間形成類似于“夾心”結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致有機半導(dǎo)體層的生長結(jié)構(gòu)和性能不同，并且其接觸電阻也相對較大，因此會對晶體管的性能產(chǎn)生很大的影響[17-18]。綜合以上論述，頂接觸結(jié)構(gòu)器件的性能一般會優(yōu)于底接觸結(jié)構(gòu)器件性

圖 1-3 有機場效應(yīng)晶體管的基本原理圖1.5 衡量有機場效應(yīng)晶體管性能的主要參數(shù)衡量有機場效應(yīng)晶體管性能的主要參數(shù)有：遷移率（μ）、開關(guān)比（Ion/Ioff）、
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