基于氮杂异靛蓝衍生物的共轭聚合物的合成及其场效应晶体管性能的研究

摘要

D-A型共轭聚合物是一类理想的应用于有机场效应晶体管的半导体材料，由于其具有多样的分子设计、易于调控的能级、可大面积溶液成膜等优点，获得广泛的关注。异靛蓝及其衍生物分子骨架具有较好的平面性，作为受体单元合成的D-A型共轭聚合物具有良好溶解性及场效应性能，是现在研究较为深入的结构单元之一。且与不同的给体合成聚合物可以调控分子的能级，实现不同传输类型。本论文设计合成了以氮杂异靛蓝衍生物作为受体单元的多个聚合物，并对其热稳定性、光学性能、电化学性能、场效应性能做了一系列研究，主要内容与实验结果如下:
　　(1)从异靛蓝(IID)和苯并二吡咯二酮(BDP)单元出发，将IID的C=C双键的地方接入BDP单元，引入吡啶基替换IID上的苯环，合成了一个全新的受体单元氮杂异靛蓝类衍生物(BABDP)，延长了有效共轭长度，降低了聚合物的LUMO能级。其次在BDP的N烷基链位点处接入支链烷基链，增加了聚合物的溶解性。并以并噻吩锡(TT)和乙烯基噻吩锡(TVT)为给电子体，获得了窄带隙的P1和P2两种聚合物，光学带隙分别为1.26eV和1.23eV。场效应性能测试表明:P1和P2在空气中和真空腔室中均表现为双极型传输特性，P1的最高空穴和电子迁移率分别为6.67×10-2cm2V-1s-1和1.81×10-1cm2V-1s-1;P2的最高空穴和电子迁移率分别为1.97×10-1cm2V-1s-1和1.74×10-1cm2V-1s-1。
　　(2)通过选择带有电负性的给体单元3，3'-二氟联噻吩锡(2FBT)和氰基乙烯基噻吩锡(TCNT)，制备了P3和P4两种聚合物，研究了给-受体共轭聚合物中给体单元对聚合物HOMO和LUMO能级的影响。循环伏安法测试结果表明:P3和P4的HOMO和LUMO能级均有所降低，且其LUMO能级均低于-4eV。以P3和P4为有源层制备的有机场效应晶体管器件在真空环境下表现出电子传输特性(n-channel)，P3和P4的最大电子迁移率分别为7.81×10-2cm2V-1s-1和4.66×10-2cm2V-1s-1。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机场效应晶体管

1．2．1 有机场效应晶体管发展简介

1．2．2 有机场效应晶体管的基本结构

1．2．3 有机场效应晶体管的工作原理

1．2．4 有机场效应晶体管的特征曲线

1．2．5 有机场效应晶体管的性能参数

1．3 有机场效应晶体管材料

1．3．1 有机场效应晶体管电极材料

1．3．2 有机场效应晶体管绝缘层材料

1．3．3 有机场效应晶体管有源层材料

1．4 异靛蓝类材料概述

1．4．1 异靛蓝类衍生物的发展

1．4．2 异靛蓝类衍生物面临的挑战

1．5 本论文主要研究内容

第二章 氮杂异靛蓝衍生物的共轭聚合物的合成及场效应晶体管性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及仪器

2．2．2 分析测试仪器及制样

2．2．3 场效应晶体管器件的制备

2．2．4 单体及聚合物的合成

2．3 结果与讨论

2．3．1 合成与表征

2．3．2 聚合物的热性能

2．3．3 聚合物的光学性能

2．3．4 聚合物的电化学性能

2．3．5 聚合物的场效应晶体管性能

2．3．6 场效应晶体管有源层的表面形貌与结构

2．4 章节小结

第三章 不同给体单元共轭聚合物的合成及场效应晶体管性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料及仪器

3．2．2 分析测试仪器及器件制备

3．2．3 单体及聚合物的合成

3．3 结果与讨论

3．3．1 合成与表征

3．3．2 聚合物的热性能

3．3．3 聚合物的光学性能

3．3．4 聚合物的电化学性能

3．3．5 聚合物的场效应晶体管性能

3．3．6 场效应晶体管有源层的表面形貌与结构

3．4 章节小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士期间的学术活动及成果情况