[发明专利]一类具有空穴传输能力的有机半导体材料

说明书

本专利旨在开发一类具有空穴传输能力的有机半导体材料的合成及在有机场效应管中的应用。芘的1，3，6，8位引入系列噻吩单元，构筑四取代芘衍生物；利用芘分子间强π‑π作用及相邻噻吩环上S‑S形成，提高1，3，6，8位噻吩基取代的芘材料的载流子迁移率；通过界面修饰提高半导体的成膜性，促进有机材料在硅片上的生长；制备的有机场效应晶体管空穴载流子迁移率为4×10^‑4cm²V^‑1s^‑1。R为以下基团：R结构上正辛基n‑C₈H₁₇在噻吩环上的取代位置可以为3，4或者5。

技术领域

本发明涉及一类具有空穴传输能力的有机半导体材料的合成及在有机场效应管中的应用。

背景技术

有机场效应晶体管(Organic Field-Effect Transistors，OFETs)是利用多数载流子导电，输入回路的内阻高达107～1012Ω，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强；其工作原理是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种电压控制性半导体器件，可以用作开关及放大器，在电子纸、智能卡、全有机主动显示、传感器、存储器等方面已有广泛应用。有机半导体的性能是影响有机场效应晶体管性能的关键因素之一。

在化学结构上芘分子是由四个苯环共用碳碳双键形成大π体系，分子平面性好，固态下具有良好的π-π堆积能力；其最高占据分子轨道(HOMO)与金电极功函数匹配度高，是有机半导体的良好构建母体(Yanbin Gong，Xuefeng Zhan，Qianqian Li，Zhen Li，ScienceChina Chemistry，2016，59(12)：1623-1631.)。噻吩是含有S原子的五元芳香环，具有强给电子能力，是构建有机半导体最常见的结构单元之一；相邻噻吩环上的硫原子之间易于形成S-S，有助于增加分子内、分子间作用力，促进分子紧密排列，提高载流子迁移率。利用芘分子强π-π作用及相邻噻吩环上S-S形成，提高1，3，6，8位噻吩基取代的芘材料的载流子迁移率；通过界面修饰提高半导体的成膜性，促进有机材料在硅片上的生长，制备高性能有机场效应晶体管。

发明内容

第一方面，本发明的特征是提供一类具有空穴传输能力的有机半导体材料：1，3，6，8位噻吩基取代的芘材料，利用芘分子强π-π作用及相邻噻吩环上S-S形成，提升材料的载流子迁移率，其结构通式如下所示：

R为以下结构：

进一步地，R结构上正辛基n-C₈H₁₇在噻吩环上的取代位置可以为3，4或者5。

第二方面，本发明提供上述有机半导体材料的制备方法，所述合成步骤如下所示：

噻吩首先被酰基化得到中间体A；中间体A羰基被还原，得到正辛基取代的中间体B；中间体B在-78℃下与正丁基锂及三丁基氯化锡反应，得到锡试剂C；芘溴化后得到中间体1，3，6，8-四溴芘D；中间体D与C经Still偶联反应得到材料(I)。

所示式(I)的合成路线如下：

第三方面，本发明提供一种有机场效应晶体管，包括硅衬底(栅极)、绝缘层、界面修饰层、有机半导体层、金属电极(源极、漏极)。所述的有机半导体层包括上述的有机半导体材料，界面修饰层是界面材料在衬底形成的单分子层。先将衬底浸泡在界面修饰材料的溶液中形成界面修饰层；然后移至高真空系统中，加热上述的有机半导体材料，气项沉积后制得有机半导体层，最后制备源漏电极。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一类具有空穴传输能力的有机半导体材料，具有如式(I)所示的结构，前线轨道能级与源漏电极相匹配。