基于吡咯并吡咯二酮的共轭齐聚物及其有机薄膜晶体管器件

摘要

共轭齐聚物具有结构准确、批次重复性好、易提纯等优点，给体-受体（donor-acceptor，D-A）结构的引入同时还带来能级结构易调控和分子间作用力强的特点，但是目前只有少数几种载流子迁移率超过1 cm2V-1s-1的溶液加工型共轭齐聚物的报道，可能的原因是共轭齐聚物薄膜中存在的大量晶界限制了载流子在晶区间的传输。针对这一问题，本论文提出通过混入少量聚合物，制备共轭齐聚物/聚合物共混薄膜，改善薄膜质量，从而提高共轭齐聚物有机薄膜晶体管（OTFT）的性能。选取三种基于吡咯并吡咯二酮（DPP）的D-A型共轭齐聚物，分别与惰性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、共轭聚合物聚（吡咯并吡咯二酮-联噻吩，PDPPBT）和刚-柔（rod-coil）型聚合物P1共混，详细研究了共混薄膜的形貌、OTFT性能与分子结构、共混比例的关系。主要的研究结果如下:
　　(1)合成了三类刚性片段是DPP基共轭齐聚物的rod-coil聚合物P1、P2和P3，研究了这类聚合物的凝聚态结构、薄膜形貌和载流子传输性能。聚合物P1具有最佳的OTFT性能，在200oC退火后空穴迁移率为2.4x10-3 cm2V-1s-1。
　　(2)研究了三个以DPP为受体单元、噻吩稠环单元为给体单元的D-A型共轭齐聚物O1、O2和O3的OTFT性能。它们均为p型半导体材料，迁移率随着给体单元共轭长度的增加而提高。其中，齐聚物O3的空穴迁移率最高，达到0.20 cm2V-1s-1。但同时发现齐聚物薄膜的晶区连续性较差，晶界明显，这可能是限制载流子传输的主要原因。
　　(3)研究了齐聚物与少量聚合物P1、PMMA和PDPPBT共混后的薄膜形貌与OTFT性能。发现加入P1没有提高齐聚物的空穴迁移率，而加入PMMA和PDPPBT后OTFT性能均有提高。当在O3中加入1 wt％PMMA时，空穴迁移率提高到0.30cm2V-1s-1；当加入5 wt%PDPPBT时，O2和O3的空穴迁移率分别达到0.44 cm2V-1s-1和0.34 cm2V-1s-1。薄膜形貌研究表明，共混前后薄膜中分子的排列堆积方式和结晶性变化不大，载流子传输性能的提高主要得益于薄膜中晶区间的连续性变好及晶界数目的减少。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1前言

1.2有机薄膜晶体管（OTFTs）简介

1.3 给体-受体（D-A）型高迁移率有机半导体材料

1.4 共轭小分子与聚合物共混体系在OTFTs器件中的应用

1.5 设计思路和研究内容

第2章 实验试剂和测试仪器

2.1实验试剂

2.2 试剂处理方法

2.3 实验仪器

第3章 基于DPP共轭齐聚物的rod-coil型聚合物的合成与表征

3.1 引言

3.2 实验与结构表征

3.3结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 基于DPP单元的共轭齐聚物/聚合物共混体系的OTFT性能研究

4.1 引言

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4本章小节

结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢