可溶劑處理的酞菁基半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)合成及其性質(zhì)研究.pdf

1、酞菁及其與稀土金屬配位構(gòu)成的三明治型酞菁稀土配合物，由于具有大環(huán)共軛體系，其分子內(nèi)部及大環(huán)之間具有強(qiáng)烈的π-π相互作用，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁性性質(zhì)，近幾年在分子電子學(xué)、分子信息存儲(chǔ)、非線性光學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域受到了廣泛的研究。特別是酞菁及其與稀土金屬配合物可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)以獲得高性能的半導(dǎo)體性質(zhì)，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管和化學(xué)傳感器等方面應(yīng)用廣泛。與此同時(shí)，隨著工業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)生活的需要，對(duì)器件的

2、可塑性，柔韌性的要求也越來(lái)越高，因此將高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管與柔性襯底相結(jié)合迫在眉睫。
　　本論文主要包括以下三個(gè)方面內(nèi)容:
　　1.可溶劑化處理的空氣中穩(wěn)定平衡的高性能雙極性三層酞菁稀土配合物半導(dǎo)體的OFET性質(zhì)研究
　　成功合成了一種結(jié)構(gòu)新型的三層酞菁稀土配合物(Pc)Eu[Pc(ONh)8]Eu[Pc(ONh)8]，電化學(xué)測(cè)試表明其最低空軌道LUMO能級(jí)為-4.00eV, HOMO-LUMO能級(jí)差為1.07eV。由

3、于引入了在不對(duì)稱三層酞菁(Pc)Eu[Pc(ONh)8]Eu[Pc(ONh)8]的周?chē)肓巳跷娮有缘妮练尤〈晒Φ膶⑴浜衔锏腖UMO和HOMO能級(jí)調(diào)節(jié)到了雙極性半導(dǎo)體的范圍。采用quasi-Langmuir-Sh(a)fer(QLS)法制成有序分子膜薄膜，并選擇高沸點(diǎn)的中度溶解性的鄰二氯苯作為溶劑進(jìn)行了溶劑退火，使分子在薄膜中的排列更加整齊緊密，從而獲得了空氣中穩(wěn)定且優(yōu)異的半導(dǎo)體性質(zhì)。其中空穴遷移率為1.71 cm2 V-1 s

4、-1，開(kāi)路電壓-5 V，開(kāi)關(guān)比106;電子遷移率為1.25 cm2 V-1 s-1，開(kāi)路電壓+9 V，開(kāi)關(guān)比106。這是在可溶劑化處理的單一小分子化合物為半導(dǎo)體材料中，表現(xiàn)的遷移率最高且平衡的OFET性質(zhì)之一。這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)，我們可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)和界面優(yōu)化相結(jié)合，設(shè)計(jì)制備空氣中穩(wěn)定，性質(zhì)優(yōu)良的OFET器件，為場(chǎng)效應(yīng)晶體管應(yīng)用在低成本、大面積的互補(bǔ)型集成電路中提供潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　2.基于可溶劑化處理的八萘酚取代的雙層酞菁銪配合物

5、的柔性雙極型場(chǎng)效應(yīng)晶體管性質(zhì)的研究
　　一種結(jié)構(gòu)新穎的三明治雙層酞菁銪配合物[Pc(OAr)8]Eu[Pc(OAr)8][Pc(OAr)8=2，3，9，10，16，17，23，24-八萘酚取代酞菁]被成功合成，并作為半導(dǎo)體材料利用一種簡(jiǎn)單的可溶劑化處理的quasi-Langmuir-Sh(a)fer(QLS)法，選擇可折疊的塑料作為襯底，制備了有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。通過(guò)對(duì)[Pc(OAr)8] Eu[Pc(OAr)8]的薄膜進(jìn)行半導(dǎo)

6、體性質(zhì)測(cè)試，得到了空穴遷移率為0.10 cm2 V-1 s-1，電子遷移率為0.01 cm2 V-1 s-1的雙極性半導(dǎo)體性質(zhì)。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試，得到配合物的最高占有軌道HOMO能級(jí)為-4.63eV，最低空軌道LUMO能級(jí)為-3.41 eV，能夠同時(shí)滿足p-型和n-型有機(jī)半導(dǎo)體所需要的能級(jí)范圍，也說(shuō)明了這種雙層酞菁稀土配合物是雙極型的有機(jī)半導(dǎo)體材料。這項(xiàng)工作首次將三明治型酞菁配合物利用一種簡(jiǎn)單的可溶劑處理的辦法制備成了低成本的柔性雙極型有