有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管新型聚合物半導(dǎo)體材料的合成及性能研究.pdf

1、當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代，信息的傳遞和共享對(duì)于整個(gè)社會(huì)的發(fā)展起到關(guān)鍵的作用。作為信息工業(yè)的基石，半導(dǎo)體材料在最近十幾年得到了快速的發(fā)展和廣泛的關(guān)注。半導(dǎo)體材料分為有機(jī)半導(dǎo)體材料和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，相對(duì)于無(wú)機(jī)材料，有機(jī)半導(dǎo)體材料具有可設(shè)計(jì)合成、易裁剪、成本低和可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)。基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管也因具有價(jià)格低廉、質(zhì)量輕、可應(yīng)用于柔性基底和可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，在各種存儲(chǔ)器件及顯示裝置方面顯示了巨大的應(yīng)用前景，而且經(jīng)過(guò)近幾十年的高速

2、發(fā)展，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管已經(jīng)處在產(chǎn)業(yè)化的邊沿。作為有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的核心組成部分，有機(jī)半導(dǎo)體材料一直是眾多科研工作者研究的重點(diǎn)。目前已經(jīng)合成出許多高穩(wěn)定、高遷移的有機(jī)半導(dǎo)體材料，特別是部分小分子材料的性能已經(jīng)可以與無(wú)定形硅相媲美。然而，相比小分子，聚合物材料通常具有更好的可加工性和機(jī)械性能。利用低成本的溶液法制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，發(fā)展高穩(wěn)定性、高溶解性、高遷移率的聚合物半導(dǎo)體材料是目前該領(lǐng)域一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。本論文所研究的內(nèi)容主要集中在

3、幾種新型聚合物有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成、性質(zhì)研究以及在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用表征。主要內(nèi)容如下:
　　1.利用含有醌式結(jié)構(gòu)的蒽醌、苯并二噻吩二酮、苯并二呋喃二酮作為結(jié)構(gòu)單元與DPPT共聚，得到三種D-A結(jié)構(gòu)共聚物。利用TGA和DSC表征了聚合物的熱力學(xué)性質(zhì)，三個(gè)聚合物都具有較好的熱穩(wěn)定性，分解溫度均在400℃左右。紫外可見(jiàn)吸收光譜和循環(huán)伏安法研究表明聚合物具有很窄的帶隙和較好的氧化還原穩(wěn)定性。利用溶液法甩膜，在氧化硅基底上制備聚合物

4、薄膜，并通過(guò)AFM和XRD表征了不同的退火溫度下聚合物薄膜的形貌特征。結(jié)果顯示PDPPT-DBADO退火溫度在160℃時(shí)，形成的薄膜較為連續(xù);其他兩個(gè)聚合物在120℃時(shí)，薄膜形貌較好。制備了基于三個(gè)聚合物的薄膜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，結(jié)果顯示三個(gè)聚合物均為穩(wěn)定的性能平衡的雙極性材料，最高性能均在10-2左右。
　　2.為了研究羰基個(gè)數(shù)及位置對(duì)聚合物極性及電學(xué)性能的影響，利用環(huán)戊二烯并二噻吩一酮、苯并二噻吩(4，8)二酮與苯并二噻吩二酮

5、作為受體，與DPPT共聚，設(shè)計(jì)、合成了三個(gè)D-A結(jié)構(gòu)共聚物PDPPT-DBCDO、PDPPT-DBTDO、 PDPPT-2，7-DBTDO。TGA和DSC測(cè)試結(jié)果表明聚合物具有較好的熱穩(wěn)定性，分解溫度均在330℃以上。根據(jù)薄膜的紫外吸收光譜最大吸收峰的邊緣估算三個(gè)聚合物的禁帶寬度均小于1.30 eV，具有雙極性材料必需的特征。電化學(xué)分析表明聚合物具有較好的氧化還原穩(wěn)定性。
　　3.為了通過(guò)改變單體的比例來(lái)調(diào)控聚合物的能級(jí)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)

6、電子和空穴的注入進(jìn)行更加微觀和細(xì)致的調(diào)控，設(shè)計(jì)、合成了含不同比例的DPPT，聯(lián)二噻吩（donor結(jié)構(gòu)）和聯(lián)二噻咯（acceptor結(jié)構(gòu)）三組分共聚聚合物。TGA測(cè)試結(jié)果顯示該系列聚合物具有很好的熱穩(wěn)定性，分解溫度都在350℃以上。利用紫外吸收光譜對(duì)聚合物進(jìn)行光物理性質(zhì)分析，聚合物在紫外可見(jiàn)區(qū)均表現(xiàn)出很寬的吸收帶，甚至在近紅外區(qū)都有很強(qiáng)的吸收，相應(yīng)的能級(jí)帶隙很窄，均小于1.5eV，表明該系列化合物有可能產(chǎn)生雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)特性。較寬