有机场效应晶体管半导体材料设计、制备和表征

摘要

本报告分四个章节：第一章介绍了有机场效应晶体管(OrganicFieldEffectTransistor，OFET)的研究进展，包括有机半导体导电现象的发现、有机半导体的应用、场效应晶体管、OFET的结构、OFET半导体材料、OFET的工作机理、OFET制备技术、OFET应用、OFET领域存在的若干问题和发展趋势、提出本工作的研究目标和内容等；第二和第三章分别介绍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、表征手段以及详细讨论和分析实验中出现的各种现象，对表征结果从理论上予以深入地分析和论证，寻找化合物结构与性能的一般规律。第四章为结论部分，对工作进行了系统归纳和总结。具体如下： 1.第一章，有机场效应晶体管的研究进展第一个阶段(1986-1993)：研究重点集中在试验已有有机半导体材料的性能和阐明器件的工作机理。 第二个阶段(1993-1997)：研究重点集中在薄膜形态结构控制、载流子传输机理，新器件结构和器件的新制备技术应用等方面。 第三个阶段(1997-)：研究重点集中在新有机半导体材料的合成、薄膜形态结构控制、利用单晶有机晶体管研究载流子传输的深层次问题和有机薄膜晶体管的集成器件。 一般情况下，OFET的发展历程遵循以下两个步骤：1)一种新的有机半导体材料被合成并首次被用于OFET；2)对此种有机半导体材料的淀积参数不断进行优化，从而获得最佳的结构和形貌特性，进而达到更好的OFET性能和更高的迁移率值，直到基于此类半导体材料的OFET的性能不再有提高的可能性。迄今为止，薄膜OFET(有源层为pentacene)器件的室温场效应迁移率的最大值为3cm2V-1s-1，单晶OFET(有源层为pentacene)器件的室温场效应迁移率的最大值为35cm2V-1s-1。 2.第二章，并五苯衍生物[5，14]，[7，12]-二环氧基-5,5a,6a,7,12,12a,13a,14-十氢-2,3,9,10-四-(三甲基)硅基-并五苯-6，13-二酮([5，14]，[7，12]-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)二个并五苯衍生物由苯并呋哺衍生物与对苯醌发生Diels-Alder加成反应制备得到。它们用核磁共振氢谱、气相色谱-质谱(或Maldi-TOF质谱)、紫外-可见光吸收光谱、荧光发射光谱和循环伏安法来表征。荧光发射光谱显示，OHMSPD发蓝色荧光和MSPD发蓝绿色荧光，最强发射波长分别在370-440和430-550nm之间。根据循环伏安法测定，OHMSPD和MSPD的起始氧化电位分别为Eoxi=0.71、0.59V以及起始还原电位分别为Ered=-2.01、-1.87V。计算得OHMSPD和MSPD的LUMO能级分别为-2.77和-2.91eV以及HOMO能级分别为-5.49和-5.37eV。由此可见，具有较低的LUMO和HOMO能级的OHMSPD和MSPD有利于电子传输，将有可能作为理想的n型有机半导体应用于OFET。 3.第三章，噁二唑衍生物2,5-双-(4-联苯基)-1,3,4-噁二唑(BPD)，2,5-双-[4-(6,8-二氟基)-联苯基]-1，3,4-噁二唑(FPD)和2,5-双-[4-螺环芴-苯基]-1,3,4-噁二唑(SPD)三个噁二唑衍生物化合物非常方便地由2,5-双-(4-溴苯基)-1,3,4-噁二唑分别与苯基硼酸、2，4-二氟苯基硼酸和螺环芴-2-硼酸通过Suzuki反应制备。它们用核磁共振氢谱、气相色谱-质谱(或Maldi-TOF质谱)、紫外-可见光吸收光谱、荧光发射光谱和循环伏安法来表征。荧光发射光谱结果显示，BPD、FPD和SPD均发蓝色荧光，最强发射波长分别为377、371和399nm。根据循环伏安法测定，BPD、FPD和SPD的起始氧化电位分别Eoxi=1.42、1.58和1.27V，高的氧化电位表明它们不容易失去电子。结合紫外-可见光吸收光谱，根据光子的能量与波长的关系：E=hv=hc/λ，计算得出BPD、FPD和SPD的能隙分别为Egap=3.49、3.54和3.22eV；然后计算得出BPD、FPD和SPD的起始还原电位分别为Ered=-2.07、-1.96和-1.95V；最后计算得出BPD、FPD和SPD的LUMO能级分别为-2.71、-2.82和-2.83eV以及HOMO能级分别为-6.20、-6.36和-6.05eV。由此可见，具有较低LUMO和HOMO能级的BPD、FPD和SPD有利于电子传输，将有可能作为理想的n型有机半导体应用于OFET。

目录

文摘

英文文摘

第一章有机场效应晶体管研究进展

1.1引言

1.2有机半导体

1.2.1有机半导体导电现象的发现

1.2.2有机半导体的应用

1.3有机场效应晶体管

1.3.1场效应晶体管

1.3.2有机场效应晶体管的结构

1.3.3有机场效应晶体管的发展历程

1.3.4有机场效应晶体管半导体材料

1.3.5有机场效应晶体管的工作机理

1.4有机场效应晶体管的现状及发展趋势

1.4.1有机场效应晶体管制备技术

1.4.2有机场效应晶体管应用

1.5本研究报告工作内容

参考文献

第二章并五苯衍生物

2.1引言

2.2并五苯衍生物的制备和表征

2.3结果与讨论

参考文献

第三章噁二唑衍生物

参考文献

第四章结论

致谢

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