二噻吩并[2,3-b-3,2-d]噻吩衍生物的有機(jī)場效應(yīng)晶體管性能研究.pdf

1、有機(jī)場效應(yīng)晶體管(Organic field effect transistors, OFETs)由于其低成本、柔韌性、易大面積加工等優(yōu)點(diǎn),倍受國內(nèi)外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。過去的幾十年中,有機(jī)場效應(yīng)晶體管的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。盡管如此,其總體性能水平仍然低于相應(yīng)的非晶硅器件。無機(jī)半導(dǎo)體以強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合,而有機(jī)半導(dǎo)體以弱的分子間作用力相結(jié)合,例如范德華力(Vander Waals)、S…S、π-π、C-H等作用力。這種分子組合模

2、式的不同,也許是導(dǎo)致場效應(yīng)性能差別的重要因素。因此,研究有機(jī)分子間作用力和遷移率之間的關(guān)系對于提高器件性能具有重要意義。
　　本文升華提純了四種二噻吩并[2,3-b:3',2'-d]噻吩衍生物。使用真空沉積的方法制備了各個化合物的有機(jī)薄膜,并對薄膜的光學(xué)性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)和表面形貌進(jìn)行了研究。制備了它們的OFETs器件,研究了其性能和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。具體包括以下三部分內(nèi)容:
　　1、通過梯度升華的方法,完成化合物2,5-二苯基

3、-二噻吩并[2,3-b:3',2'-d]噻吩(1),2,5-二(1-苯基乙烯基)-二噻吩并[2,3-b:3',2'-d]噻吩(2),2,5-二(4-聯(lián)苯基)-二噻吩并[2,3-b:3',2'-d]噻吩(3)和1,4-二(2-并三噻吩基乙烯基)-苯(4)的提純。通過TGA和DSC研究了化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定性。培養(yǎng)得到各個化合物的單晶,詳細(xì)分析了它們的單晶結(jié)構(gòu)。
　　2、通過真空沉積的方法制備化合物1、2、3和4的有機(jī)薄膜。研究了薄膜的

4、光學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì),計算的到它們的光學(xué)能隙Eg分別為2.99eV(1),2.99eV(2),2.48eV(3)和2.25eV(4);它們的HOMO能級都是-4.80eV。研究結(jié)果表明,不同的封端基團(tuán)只改變化合物光學(xué)能隙的大小,而不改變它的HOMO能級。通過AFM和XRD研究了化合物薄膜的表面形貌?；衔?的薄膜呈現(xiàn)無定形態(tài),而化合物2、3和4的薄膜呈現(xiàn)與單晶堆積一致的有序結(jié)構(gòu)。
　　3、制備化合物1、2、3和4的OFETs器件,

5、并對其進(jìn)行場效應(yīng)性能測試?；衔?沒有表現(xiàn)出場效應(yīng)性能;化合物2、3和4都為p型半導(dǎo)體材料,遷移率分別為2.20 cm2/Vs(2, Tsub=70 oC),0.52cm2/Vs(3,Tsub=100oC)和0.16cm2/Vs(4,Tsub=70oC)。結(jié)合化合物的單晶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)化合物封端基團(tuán)的變化引起分子間相互作用力的改變,進(jìn)而使分子的排列堆積方式存在顯著差異,最終,導(dǎo)致場效應(yīng)性能的不同。分子間S-π和S-C相互作用力有利于器件載流