二苯并四氰基萘醌类化合物及其给受体复合薄膜的晶体管性能研究

作     者：谢冰 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨滕州

授予年度：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 07[理学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：四氰基醌类化合物 n型有机半导体 有机薄膜晶体管 给受体复合物 

摘      要：开发具有高迁移率、空气稳定及易溶液加工成膜性等综合性能优良的n型有机半导体材料是推动有机薄膜晶体管(OTFTs)在柔性电子产品中应用的关键,也是目前OTFTs领域研究的热点和难点。四氰基醌类化合物通常具有低LUMO能级(-4.1 eV)和较强π电子离域能,是制备高性能、空气稳定的n型OTFTs器件的潜力半导体材料。目前,文献报道的四氰基醌类半导体主要集中在噻吩醌类分子,对其它共轭醌类材料的研究十分有限。这限制了四氰基醌类半导体在满足各种电子应用需求的可选择度。另外,四氰基醌类化合物作为受体材料在给受体复合薄膜的制备和光电器件上发展不够,主要是受体材料限制于TCNQ类分子。因此,发展新型的四氰基醌类半导体材料对于进一步提高醌类化合物的晶体管性能及其在给受体复合物中的应用尤为关键。 鉴于此,本论文设计合成了一系列新型的二苯并四氰基萘醌类的n型半导体化合物Cn-DBTNAP(n=8,10,12),研究了侧链长度对其分子结构、光物理性质及载流子传输性能的影响,进一步研究了其在给受体复合物的薄膜制备和复合薄膜光电特性,具体研究内容如下: 1.合成了三种侧链长度的二苯并四氰基萘醌衍生物分子C8-DBTNAP、C10-DBTNAP和C12-DBTNAP。三个化合物的LUMO能级均低于-4.4 eV。单晶分析表明,三种材料均呈一维π-π堆积。不同的是C10-DBTNAP分子中本环节上的氢原子与烷基链上的氢原子共平面,其空间位阻导致氰基的扭转与π共轭平面产生较大角度。通过旋涂和刮涂工艺制备了 OTFTs器件,C8-DBTNAP和C10-DBTNAP分子表现了典型的n型晶体管传输特性。特别是,基于C8-DBTNAP器件电子迁移率达到了0.2cm2/Vs。 2.通过溶剂挥发法获得以C8-BTBT为给体和C8-DBTNAP为受体共晶单晶,单晶分析表明共晶分子沿c轴呈DA混合堆积,给体分子和受体分子π-共轭平面夹角为1.54°,且分子间存在CH…N和H…H相互作用;通过调控刮涂速度成功构筑以C8-BTBT/C8-DBTNAP给受体共晶和共混薄膜及其OTFTs器件,发现两种薄膜OTFTs器件均表现出n型晶体管传输特性。尤其是,基于共混薄膜的OTFTs器件表现出更为优异的光电响应。在488 nm光照下表现出快速的光响应行为R=2×10-3mA/W,相应的检测率为D*=0.16×103Jones。不仅如此,共混薄膜的OTFTs器件在808nm光照下也具有光电响应,表明其具有近红外吸收。