[发明专利]一种侧链修饰的卟啉分子及其应用

说明书

本发明公开了一种侧链修饰的卟啉分子及其应用，其侧链修饰的卟啉分子以富电子功能的卟啉分子为俘获电荷的核心，以烷氧基链段为电荷传递过程的抑制部分，保证其可应用于可溶液加工的柔性结构。本发明从薄膜形貌、制备工艺、性能调控的角度对分子结构进行理性设计并对比有机场效应晶体管存储器器件性能。本发明提出了做到了调节其存储器性能的同时，提供了一种可商业推广、成本低廉、工艺简化的材料与器件的制备方法。

技术领域

本发明属于有机功能电子与信息存储技术领域，具体涉及一种侧链修饰的卟啉分子及其应用。

背景技术

随着信息技术的飞速发展和人工智能时代的到来，现代社会对以高密度、长寿命、低功耗、快存储、大容量以及低成本、易加工、柔性化、轻便携为特点的电子信息存储产品的要求也越来越高。有机场效应晶体管(OFET)作为有机半导体电子器件的基本原件之一，是在外电场的作用下，调控电荷的产生、捕获和释放或者使得材料的极化方向发生改变，从而使有机晶体管的阈值电压发生改变，由此实现信息数据存储的有机半导体层导电性的有源器件。相比于传统的无机硅技术，基于有机材料的有机场效应晶体管存储器在可大面积制备、柔性兼容、微小集成、功能驱动、绿色制造等方面优势显著，而且还具有存储速度快和存储容量大等特性，被视为极具发展前途的一种低成本高性能的存储器，在存储芯片、柔性集成电路和人工智能等方面展现出了广阔的应用前景。

1960年，Kahng和Atalla使用金属氧化物半导体设计和制造了第一个场效应晶体管。1982年，聚乙炔被引入场效应晶体管器件，展示了有机半导体材料应用于场效应晶体管的可能性。1988年，人们利用可溶性聚噻吩通过溶液法制备出了OFET器件，显示了廉价大面积制备有机场效应晶体管的可能性。时间推移，OFET材料器件随之发展。小分子的材料器件也被研制出来。这些器件以其优异的性能引起了国内外广大科研工作者的注意力。不仅仅是因为其具有生产成本低的优点，更重要的一点在于在分子结构设计上，无机场效应晶体管不足的缺点，在OFET的出现后得到了缓解，给有机材料更多的研究与应用的可能性。

有机场效应晶体管源极和漏极之间的导电沟道一般采用有π共轭结构的有机或聚合物分子，导电沟道跟栅极之间被栅绝缘层隔开。栅极是通过栅电压控制整个有机场效应晶体管的“开关”，栅电压可以控制导电沟道的导通和截止。根据栅极、源漏电极与导电沟道之间的相对位置的不同，有机场效应晶体管可以分为顶栅顶、顶栅底、底栅顶、底栅底等四种接触结构类型。根据研究，在顶部接触结构的有机场效应晶体管中，具有十分广阔的有效接触面积，并且其有机半导体层的膜也更均匀，这种结构的有机场效应晶体管理论上接触电阻低且效率更高。按照工作原理和器件结构分类，OFET可分为浮栅型、铁电型、驻极体型三种。其中浮栅型有机场效应晶体管功耗的增加受隧穿层厚度的制约，因为太厚的隧穿层会影响器件的读写速度，而太薄的隧穿层会导致电荷泄露，使得性能不仅差而且不稳定；不仅如此电荷存储层材料的种类和形状也会影响其性能。而对于铁电型有机场效应晶体管存储器来说，铁电材料种类的匮乏的大大制约了其发展。驻极体型场效应晶体管存储器的有机驻极体材料可有效俘获并稳定电荷，且分子结构易于理论设计与合成。

然而，在有机场效应晶体管存储器的机理理论中，不论是电子结构、电子迁移，还是能带与器件结构设计及导电机理等方面，至今没有清晰且公认的理论。基于当前时代的智能化信息产品的需要，有机场效应晶体管存储器在低成本、低功耗、柔性、长寿命、安全性好和稳定性强等方面存在迫切需求，也对OFET的科学研究提出新的更大的挑战。

发明内容

针对现有有机场效应晶体管存储器调节俘获和稳定电荷的理论技术问题，本发明提供一种侧链修饰的卟啉分子及其应用，即以富电子功能信息存储材料为核心，以侧链为电荷传递过程的抑制层，并保证其应用于可溶液加工的柔性结构，目的在于利用其拓扑结构特殊的光电功能特性，提供一种易于高产率合成的存储材料并应用于有机场效应晶体管存储器中，以延长其电荷存储特性，提高器件信息存储容量及稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：