有機場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體材料設(shè)計、制備和表征.pdf

1、本報告分四個章節(jié)：第一章介紹了有機場效應(yīng)晶體管(OrganicFieldEffectTransistor，OFET)的研究進展，包括有機半導(dǎo)體導(dǎo)電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、有機半導(dǎo)體的應(yīng)用、場效應(yīng)晶體管、OFET的結(jié)構(gòu)、OFET半導(dǎo)體材料、OFET的工作機理、OFET制備技術(shù)、OFET應(yīng)用、OFET領(lǐng)域存在的若干問題和發(fā)展趨勢、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、以及詳細討論和分析實驗中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，對表征結(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，對工作進行了系統(tǒng)歸納和總結(jié)。具體如下： 1.第一章，有機場效應(yīng)晶體管的研究進展第一個階段(1986-1993)：研究重點集中在試驗已有有機半導(dǎo)體材料的性能和闡明器件的工作機理。 第二個階段(1993-1997)：研究重點集中在薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)控制、載流子傳輸機理，新器件結(jié)構(gòu)和器件的新制備技術(shù)應(yīng)用等

3、方面。 第三個階段(1997-)：研究重點集中在新有機半導(dǎo)體材料的合成、薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)控制、利用單晶有機晶體管研究載流子傳輸?shù)纳顚哟螁栴}和有機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步驟：1)一種新的有機半導(dǎo)體材料被合成并首次被用于OFET；2)對此種有機半導(dǎo)體材料的淀積參數(shù)不斷進行優(yōu)化，從而獲得最佳的結(jié)構(gòu)和形貌特性，進而達到更好的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)二個并五苯衍生物由苯并呋哺衍生物與對苯醌發(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-可見光吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和循環(huán)伏安法來表征。熒光發(fā)射光譜顯示，OHMSPD發(fā)藍色熒光和MSPD發(fā)藍綠色熒光，最強發(fā)射波長分別在370-440和430-550nm之間。根據(jù)循環(huán)伏安法測定，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。計算得O

7、HMSPD和MSPD的LUMO能級分別為-2.77和-2.91eV以及HOMO能級分別為-5.49和-5.37eV。由此可見，具有較低的LUMO和HOMO能級的OHMSPD和MSPD有利于電子傳輸，將有可能作為理想的n型有機半導(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-可見光吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和循環(huán)伏安法來表征。熒光發(fā)射光譜結(jié)果顯示，BPD、FPD和SPD均發(fā)藍色熒光，最強發(fā)射波長分別為377、371和399nm。根據(jù)循環(huán)伏安法測定，

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-可見光吸收光譜，根據(jù)光子的能量與波長的關(guān)系：E=hv=hc/λ，計算得出BPD、FPD和SPD的能隙分別為Egap=3.49、3.54和3.22eV；然后計算得出BPD、FPD和SPD的起始還原電位分別為Ered=-2.07、-1.96和-1.95V；最后計算得出BPD、FPD和SPD的LUMO能級分別為-2.