芳环有机小分子的合成及其在有机薄膜晶体管中的应用研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bluesnail2002
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上世纪八十年代,科学界首次报道了有机场效应晶体管(OFETs),OFETs具备有机半导体材料种类多、来源广和合成成本低等优点,但是OFETs的薄膜迁移率远远低于无机场效应晶体管。有机半导体材料是影响OFETs性能的主要因素,本文设计合成两种含芳环结构的小分子体系,并作为半导体层用来制备OFETs,本论文的研究内容如下:(1)为了解决有机半导体材料种类少的问题,探究不同的自组装分子种类和不同的退火温度对器件性能的影响。本体系的实验内容如下:先将氧-2-乙基己基和氧-正辛基引入到苯并噻二唑(BT)的5、6号位置上,合成两种以BT为核心的分子基团,再和苯并二噻吩(BDT)反应形成双醛,将氰基正辛脂作为端基引入到双醛上,合成两种有机小分子D1和D2。用紫外可见吸收光谱(UV)分析材料的光学性质,热重分析(TGA)研究材料的热稳定性,利用循坏伏安法(CV)计算材料的最高占据分子轨道(HOMO)和最低末占据分子轨道(LUMO)。用X射线衍射技术(XRD)和差示扫描量热法(DSC)分析材料的结晶性,发现D1和D2的薄膜结晶性能良好。通过原子力显微镜(AFM)分析可知,退火温度为80℃时薄膜的质量最佳。在器件制备中,对比了不同结构类型的晶体管的性能差异,实验结果发现底栅顶接触型器件性能较好。对比了用不同的自组装分子—十八烷基膦酸(ODPA)和十六烷基膦酸(TDPA)修饰基底的器件性能差异,探究了不同薄膜退火温度对器件性能的影响,实验结果发现当自组装分子为ODPA,薄膜退火温度为80℃时,基于D2材料的器件有较高的迁移率1.25×10-2 cm~2 v-1 s-1。(2)为了解决n型半导体材料种类少和器件性能低的问题。本实验设计合成均苯酰亚胺(BTDs)和四氯苝酰亚胺(PBIs)两种体系,以均苯四甲酸酐(BTD)和四氯苝四甲酸酐(PBI)为中心体系,引入不同的R基,合成了BTD-DBJ、BTD-ANI、BTD-PHR、PBI-DF、PBI-NH和PBI-HJ六种小分子。通过TGA分析材料的热稳定性,通过CV计算了材料的LUMO值。但因为BTDs系列引入的R基为给电子基团,且该体系的共轭面积小,基于该系列材料的器件没有显示出迁移率。PBI是在苝四甲酸酐的两侧引入氯原子,导致平面发生了扭曲,限制了载流子的传输,基于该系列材料的器件没有表现出好的性能。
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