有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)、制備和表征.pdf

1、本報(bào)告分四個(gè)章節(jié)：第一章介紹了有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OrganicFieldEffectTransistor，OFET)的研究進(jìn)展，包括有機(jī)半導(dǎo)體導(dǎo)電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、有機(jī)半導(dǎo)體的應(yīng)用、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、OFET的結(jié)構(gòu)、OFET半導(dǎo)體材料、OFET的工作機(jī)理、OFET制備技術(shù)、OFET應(yīng)用、OFET領(lǐng)域存在的若干問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)、提出本工作的研究目標(biāo)和內(nèi)容等；第二和第三章分別介紹了并五苯衍生物和噁二唑衍生物的合成和表征，包括研究背景、合成方法、表征手段

2、以及詳細(xì)討論和分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，對(duì)表征結(jié)果從理論上予以深入地分析和論證，尋找化合物結(jié)構(gòu)與性能的一般規(guī)律。第四章為結(jié)論部分，對(duì)工作進(jìn)行了系統(tǒng)歸納和總結(jié)。具體如下： 1.第一章，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究進(jìn)展第一個(gè)階段(1986-1993)：研究重點(diǎn)集中在試驗(yàn)已有有機(jī)半導(dǎo)體材料的性能和闡明器件的工作機(jī)理。 第二個(gè)階段(1993-1997)：研究重點(diǎn)集中在薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)控制、載流子傳輸機(jī)理，新器件結(jié)構(gòu)和器件的新制備技術(shù)應(yīng)用等

3、方面。 第三個(gè)階段(1997-)：研究重點(diǎn)集中在新有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成、薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)控制、利用單晶有機(jī)晶體管研究載流子傳輸?shù)纳顚哟螁?wèn)題和有機(jī)薄膜晶體管的集成器件。 一般情況下，OFET的發(fā)展歷程遵循以下兩個(gè)步驟：1)一種新的有機(jī)半導(dǎo)體材料被合成并首次被用于OFET；2)對(duì)此種有機(jī)半導(dǎo)體材料的淀積參數(shù)不斷進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得最佳的結(jié)構(gòu)和形貌特性，進(jìn)而達(dá)到更好的OFET性能和更高的遷移率值，直到基于此類半導(dǎo)體材料的OFET的性

4、能不再有提高的可能性。迄今為止，薄膜OFET(有源層為pentacene)器件的室溫場(chǎng)效應(yīng)遷移率的最大值為3cm2V-1s-1，單晶OFET(有源層為pentacene)器件的室溫場(chǎng)效應(yīng)遷移率的最大值為35cm2V-1s-1。 2.第二章，并五苯衍生物[5，14]，[7，12]-二環(huán)氧基-5,5a,6a,7,12,12a,13a,14-十氫-2,3,9,10-四-(三甲基)硅基-并五苯-6，13-二酮([5，14]，[7，12]

5、-diendoxy-5,5a,6a,7,12，12a,13a,14-octahydro-2,3,9,10-tetrakis-(trimethylsilyl)-pentacene-6,13-dione，OHMSPD)和2，3，9，10-四-(三甲基)硅基-并五苯-6，13-二酮(2，3，9，10-tetrakis-(trimethylsilyl)pentacene-6，13-dione，MSPD)二個(gè)并五苯衍生物由苯并呋哺衍生物與對(duì)苯醌發(fā)

6、生Diels-Alder加成反應(yīng)制備得到。它們用核磁共振氫譜、氣相色譜-質(zhì)譜(或Maldi-TOF質(zhì)譜)、紫外-可見(jiàn)光吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和循環(huán)伏安法來(lái)表征。熒光發(fā)射光譜顯示，OHMSPD發(fā)藍(lán)色熒光和MSPD發(fā)藍(lán)綠色熒光，最強(qiáng)發(fā)射波長(zhǎng)分別在370-440和430-550nm之間。根據(jù)循環(huán)伏安法測(cè)定，OHMSPD和MSPD的起始氧化電位分別為Eoxi=0.71、0.59V以及起始還原電位分別為Ered=-2.01、-1.87V。計(jì)算得O

7、HMSPD和MSPD的LUMO能級(jí)分別為-2.77和-2.91eV以及HOMO能級(jí)分別為-5.49和-5.37eV。由此可見(jiàn)，具有較低的LUMO和HOMO能級(jí)的OHMSPD和MSPD有利于電子傳輸，將有可能作為理想的n型有機(jī)半導(dǎo)體應(yīng)用于OFET。 3.第三章，噁二唑衍生物2,5-雙-(4-聯(lián)苯基)-1,3,4-噁二唑(BPD)，2,5-雙-[4-(6,8-二氟基)-聯(lián)苯基]-1，3,4-噁二唑(FPD)和2,5-雙-[4-螺環(huán)芴

8、-苯基]-1,3,4-噁二唑(SPD)三個(gè)噁二唑衍生物化合物非常方便地由2,5-雙-(4-溴苯基)-1,3,4-噁二唑分別與苯基硼酸、2，4-二氟苯基硼酸和螺環(huán)芴-2-硼酸通過(guò)Suzuki反應(yīng)制備。它們用核磁共振氫譜、氣相色譜-質(zhì)譜(或Maldi-TOF質(zhì)譜)、紫外-可見(jiàn)光吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和循環(huán)伏安法來(lái)表征。熒光發(fā)射光譜結(jié)果顯示，BPD、FPD和SPD均發(fā)藍(lán)色熒光，最強(qiáng)發(fā)射波長(zhǎng)分別為377、371和399nm。根據(jù)循環(huán)伏安法測(cè)定，

9、BPD、FPD和SPD的起始氧化電位分別Eoxi=1.42、1.58和1.27V，高的氧化電位表明它們不容易失去電子。結(jié)合紫外-可見(jiàn)光吸收光譜，根據(jù)光子的能量與波長(zhǎng)的關(guān)系：E=hv=hc/λ，計(jì)算得出BPD、FPD和SPD的能隙分別為Egap=3.49、3.54和3.22eV；然后計(jì)算得出BPD、FPD和SPD的起始還原電位分別為Ered=-2.07、-1.96和-1.95V；最后計(jì)算得出BPD、FPD和SPD的LUMO能級(jí)分別為-2.