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N-型和双极性有机场效应晶体管因其在互补逻辑电路中的重要作用而受到广泛关注,但与p-型有机晶体管相比,n-型和双极性有机晶体管在载流子迁移率、有机半导体种类和数量方面的发展有很大的滞后,探索新型n-型和双极性有机场效应晶体管半导体材料尤为重要。有机小分子材料相对于共轭聚合物不仅合成简单易提纯,并且具有好的再现性,被认为是更有潜力的可应用于印刷电子的半导体材料。本论文主要的工作就是对萘/苝衍生二酰亚胺类功能模块进行分子修饰,设计合成空气稳定的、可溶液加工的、高性能的n-型和双极性有机小分子半导体材料,并研究它们的场效应晶体管性能,主要研究内容如下:1.设计合成了一系列芳基乙炔封端的萘并二噻吩二酰亚胺（NDTI）类有机小分子半导体材料（NDTI-BTE、NDTI-BPE、NDTI-B2Pd E和NDTI-B4Pd E）。芳基乙炔基团的引入调控了四个化合物的LUMO能级（-4.12 e V～-4.24 e V）。在空气条件下,溶液法制备的四个化合物的底栅顶接触晶体管（BGTC OFET）器件均表现出空气稳定的n-型传输性能,其中NDTI-BTE性能最优,电子迁移率达0.049cm2 V-1 s-1。2.设计合成了两个NDTI类同分异构体有机小分子半导体材料（NDTI-B2Az和NDTI-B6Az）,分别以薁富电子五元环的2-位（NDTI-B2Az）和薁缺电子七元环的6-位（NDTI-B6Az）与NDTI共价相连。改变封端基团薁单元与NDTI的连接位置,调控了两个异构体的HOMO轨道分布。光电子能谱测试NDTI-B2Az和NDTI-B6Az的HOMO能级分别为–5.89 e V和–6.13 e V。在空气条件下,基于NDTI-B2Az的OFET器件表现出双极性传输特性(电子和空穴迁移率:0.32和0.03cm~2 V-1 s-1),NDTI-B6Az仅表现出单极n-型传输特性(电子迁移率:0.13 cm~2 V-1s-1)。3.设计合成了两个NDTI类有机小分子半导体材料（NDTI-BTIC1和NDTI-BTIC2）,其中NDTI-BTIC1被证实含有分子内S…O内锁。制备两个材料的OFET器件,NDTI-BTIC1的最大电子迁移率(0.170 cm~2 V-1 s-1)比NDTI-BTIC2（0.085 cm2 V-1 s-1）高出一个数量级,这归因于前者存在分子内S…O内锁。二维掠入射广角x射线散射（2D-GIWAXS）分析和原子力显微镜（AFM）测量揭示相比NDTI-BTIC2,NDTI-BTIC1薄膜具有更好的结晶性和更有序结构,其分子采用垂直于基底（Edge-on）的方式堆积排列,这种堆积方式更有利于载流子的传输。4.设计合成了三个二噻吩并蒄二酰亚胺（DTCDI）类有机小分子半导体材料（DTCDI-BT、DTCDI-BBT和DTCDI-BNT）。不同尺寸的芳香封端基团的引入调控了三个化合物的HOMO能级,相比于中心核DTCDI（-5.99 e V）,三个化合物的HOMO能级分别显著得到了提升（-5.59 e V～-5.45 e V）。溶液法制备的三个化合物的BGTC OFET器件均表现出空气稳定的、平衡的双极性传输性能:DTCDI-BT、DTCDI-BBT和DTCDI-BNT的电子和空穴迁移率分别为1.66×10-3/1.02×10-3 cm~2 V-1s-1、2.60×10-2/3.60×10-2 cm~2 V-1s-1和2.43×10-3/4.15×10-3cm2 V-1 s-1。进一步制备了基于DTCDI-BBT的反相器器件,在空气条件下,器件在p-型模式和n-型模式均能正常运行工作。5.分别将二个薁富电子五元环中的2-位或薁缺电子七元环中的6-位与DTCDI共价相连,合成了两个同分异构体化合物DTCDI-B2Az和DTCDI-B6Az。DFT理论计算和光物理性质研究表明两个化合物可能具有不同的载流子传输特性。基于这两个化合物的BGTC OFET器件,在空气条件下,DTCDI-B2Az表现出双极性性能,最大的电子和空穴迁移率分别为1.83×10-2 cm2 V-1 s-1和5.40×10-4 cm2 V-1s-1,DTCDI-B6Az表现出单极n-型半导体传输行为,其最大电子迁移率为1.56×10-2 cm~2 V-1 s-1。