本发明专利技术提供多种环烷基烷基膦酸，用于在金属氧化物层的表面上形成自组装单层(SAM)。所述SAM和金属氧化物层共同形成有机薄膜晶体管(OTFT)的介电层。所述OTFT可由p型和n型有机半导体层在所述SAM上形成。所述OTFT比其它SAMs显示更优良的场效应迁移率和空气稳定性，并且所述环烷基烷基膦酸形成的SAMs使得利用气相沉积或溶液处理技术来沉积有机半导体成为可能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年6月13日提交的美国临时申请序号62/011,976的权益，该案的公开内容以引用的方式整体并入本文中，包括所有插图、表格以及附图。专利技术背景轻型、柔性以及低成本有机电子装置是不断发展的市场。用于智能手机的有机发光二极管(OLED)显示器已经商业化。有机薄膜晶体管(OTFT)是有机集成电路中的基本单元并且是重要的元件性有机电子装置。举例来说，这些元件用于射频识别(RFID)标签和传感器中并且用于驱动有源矩阵显示器的个别像素。低功率互补电路使用正栅压和负栅压来开关晶体管，从而需要p通道和n通道晶体管。然而，n通道OTFT相对于其p通道对应物发展不充分。N通道OTFT在空气中经受不良稳定性。典型地，使用两种方法来制造OTFT，即真空沉积和溶液处理。真空沉积技术的执行成本高于可与用于柔性衬底上的大面积沉积的卷对卷或喷墨印刷技术相容的溶液方法。场效应迁移率是针对OTFT的最重要参数，并且具有高场效应迁移率的OTFT具有广泛应用。例如，具有高于1cm2V-1s-1的场效应迁移率的OTFT可用于替换非晶硅的薄膜晶体管。OTFT典型地由三个电极(栅电极、漏电极以及源电极)、介电层以及有机半导体层组成。OTFT是接口装置，其性能强烈地依赖于有机半导体与电介质之间的接口，而与所述有机半导体是通过真空沉积或溶液处理来制造的方式无关。因此，至关重要的是在装置制造期间r>控制OTFT的电介质表面的结构和特性。因此，为了获得展现高场效应迁移率和稳固的环境稳定性的OTFT，仍需要开发一种用于可使用真空沉积或溶液处理制造的高性能p通道和n通道OTFT的一般电介质表面。概述本专利技术的实施方案是针对环烷基烷基膦酸和其经由中间体环烷基烷基膦酸二烷基酯实现的制备。本专利技术的另一实施方案是针对在表面上形成的环己基十二烷基膦酸的自组装单层(SAM)。所述表面可为金属氧化物电介质的表面。本专利技术的另一实施方案是针对一种包括电介质的有机薄膜晶体管，所述电介质包括金属氧化物层与环己基十二烷基膦酸的SAM。所述SAM允许通过气相沉积或溶液处理方法沉积n型和p型有机半导体以形成显示高场效应迁移率和良好的空气稳定性的OTFT。附图简述图1示出根据本专利技术的一个实施方案，经由多步骤合成通过环烷基烷基膦酸二烷基酯制备环己基十二烷基膦酸(CDPA)。图2示出根据本专利技术的一个实施方案，可沉积于介电层的环己基十二烷基膦酸的自组装单层(SAM)上以形成有机薄膜晶体管(OTFT)的各种n型和p型有机半导体。图3示出根据本专利技术的一个实施方案的示例性(OTFT)的结构。图4示出用于形成OTFT的SAM的现有技术试剂，用于与根据本专利技术的一个实施方案的OTFT的性能进行比较。图5示出根据本专利技术的一个实施方案，OPA、CDPA以及CBPA的SAM的掠角衰减全反射傅里叶变换红外(GATR-FTIR)光谱的一部分。图6示出根据本专利技术的一个实施方案的CDPA修饰的AlOy/TiOx和裸AlOy/TiOx的掠入射X射线衍射(GIXD)图案，其中箭头指示来自SAM的衍射峰。图7示出在CDPA修饰的AlOy/TiOx上并五苯和TIPS-PEN的OTFT随改变的栅压(VG)的输出I–V曲线，和在CDPA修饰的AlOy/TiOx上C60和TIPS-TAP的OTFT的传递I–V曲线，如在3.0V的恒定漏电压(VD)下所测量。图8示出沉积于不同SAM上的并五苯、C60以及TIPS-TAP薄膜的原子力显微术(AFM)高度图象。详细公开本专利技术的实施方案是针对环烷基烷基膦酸，已经发现所述环烷基烷基膦酸在用作有机薄膜晶体管(OTFT)的介电层上的自组装单层(SAM)时提供优良性能。环烷基烷基膦酸允许形成用于在低操作电压下显示高场效应迁移率、良好空气稳定性的OTFT的一般电介质表面，并且可与溶液处理的和真空沉积的n型和p型有机半导体一起使用。环烷基烷基膦酸由被膦酸基团α-取代并且由环烷基ω-取代的直链烷基链组成，所述环烷基选自环戊基、环己基、环庚基以及环辛基。具有结构：其中n为6至20并且m为1至4。所述环烷基烷基膦酸可由环烷基烷基膦酸二烷基酯形成：其中n为6-20，m为1至4，并且R为甲基、乙基或丙基。在本专利技术的一个实施方案中，所述环烷基烷基膦酸是通过一系列反应来制备，由α,ω-二卤素取代的正烷烃与由卤素取代的环烷烃形成的格林纳试剂(环烷基卤化镁)之间偶合生成α-卤基-ω-环烷基烷烃开始。所述卤素可为氯、溴或碘。所述正烷烃可为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、正十三烷、正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷或正二十烷。在分离后，所述α-卤基-ω-环烷基烷烃与亚磷酸三烷基酯在充足温度下合并充足时间以通过米歇尔-阿尔布佐夫(Michaelis–Arbuzov)反应形成环烷基烷基膦酸二烷基酯。所述亚磷酸三烷基酯可具有任何烷基，例如甲基、乙基或丙基。所述环烷基烷基膦酸二烷基酯与三甲基溴硅烷合并，且随后与水合并以形成所述环烷基烷基膦酸。所述多步骤反应在图1中针对环己基十二烷基膦酸(CDPA)的制备加以说明。在本专利技术的一个实施方案中，所述环烷基烷基膦酸在金属氧化物的表面上形成SAM。膦酸看来通过磷酰基氧与金属氧化物表面上的路易斯酸性位点的首先配位，随后P–OH基团与表面羟基或其它表面氧物质缩合而结合于所述表面。有利地，不会发生多层的形成，因为不会发生膦酸的聚合，与通常用于在金属氧化物上形成单层的硅烷和其它化合物不同。因为这些膦酸对水稳定，所以SAM的形成不必需无水条件。这些膦酸单层在长时期内具有环境稳定性。所述金属氧化物可为但不限于氧化铝、氧化钛、氧化锆、平面云母、二氧化硅、氧化锌、氧化铜、氧化镍、氧化钽、氧化铪、氧化铁、氧化铬、氧化铌、氧化锆或其任何混合的金属氧化物。金属氧化物表面上这些膦酸的单层可通过使金属氧化物与环烷基烷基膦酸的溶液(一般但不一定是稀溶液)接触充足时期，随后针对未结合的环烷基烷基膦酸用溶剂冲洗并且在例如惰性气体流下干燥所述表面来制备。所述SAM可由单一环烷基烷基膦酸形成，或可由具有不同n和m值的环烷基烷基膦酸的混合物形成。在本专利技术的一个实施方案中，形成包括环烷基烷基膦酸SAM涂布的金属氧化物作为介电层的有机薄膜晶体管(OTFT)。例如，栅极可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种环烷基烷基膦酸或环烷基烷基膦酸二烷基酯，其包含结构：其中n为6‑20，m为1至4，并且R为氢、甲基、乙基或丙基。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 US 62/011,9761.一种环烷基烷基膦酸或环烷基烷基膦酸二烷基酯，其包含结
构：
其中n为6-20，m为1至4，并且R为氢、甲基、乙基或丙基。
2.根据权利要求1所述的环烷基烷基膦酸或环烷基烷基膦酸二
烷基酯，其中所述环烷基烷基膦酸是12-环己基十二烷基膦酸
(CDPA)。
3.根据权利要求1所述的环烷基烷基膦酸或环烷基烷基膦酸二
烷基酯，其中所述环烷基烷基膦酸二烷基酯是12-环己基十二烷基膦
酸二乙酯。
4.一种制备根据权利要求1所述的环烷基烷基膦酸的方法，所
述方法包括：
提供卤素取代的环烷烃；
由所述卤素取代的环烷烃形成环烷基卤化镁；
合并所述环烷基卤化镁与α,ω-二卤素取代的正烷烃以形成α-卤
基-ω-环烷基烷烃；
合并所述α-卤基-ω-环烷基烷烃与亚磷酸三烷基酯以形成根据权
利要求1所述的环烷基烷基膦酸二烷基酯；
在第一步骤中合并所述环烷基烷基膦酸二烷基酯与三甲基溴硅
烷并且在第二步骤中与水合并以形成环烷基烷基膦酸；其中所述环烷
烃是环戊烷、环己烷、环庚烷或环辛烷；其中所述卤素和二卤素独立
地为Cl、Br或I；其中所述正烷烃是正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬
烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、正十三烷、正十四烷、正十五烷、
正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷或正二十烷；并且其中所
述亚磷酸三烷基酯是亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯或亚磷酸三丙酯。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述环烷烃是环己烷，所
述卤素是Br，所述正烷烃是正十二烷，并且所述亚磷酸三烷基酯是
亚磷酸三乙酯。
6.一种自组装单层(SAM)，其包括排布在表面上的根据权利要求
1所述的环烷基烷基膦酸。
7.根据权利要求6所述的自组装单层(SAM)，其中所述环烷基烷
基膦酸是12-环己基十二烷基膦酸(CDPA)。
8.根据权利要求6所述的自组装单层(SAM)，其进一步...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪谦，刘丹青，何自开，
申请(专利权)人：香港中文大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81
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