一类具有空穴传输能力的有机半导体材料制造技术

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

【技术实现步骤摘要】
一类具有空穴传输能力的有机半导体材料


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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，Science China 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。

技术实现思路

[0004]第一方面，本专利技术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：
[0005][0006]R为以下结构：
[0007][0008]进一步地，R结构上正辛基n
‑
C8H
17
在噻吩环上的取代位置可以为3，4或者5。
[0009]第二方面，本专利技术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：
[0010]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)。
[0011]所示式(I)的合成路线如下：
[0012][0013]第三方面，本专利技术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。
[0014]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0015]1.本专利技术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。
[0016]2.本专利技术提供的一类具有空穴传输能力的有机半导体材料，稳定性好，有助于提高有机场效应晶体管的热稳定性。
[0017]3.本专利技术提供的一类具有空穴传输能力的有机半导体材料，以π
‑
π作用堆积形成多晶相，具有较高的空穴载流子迁移率。
附图说明
[0018]结合如下附图及详细描述将会更清楚地理解本专利技术的上述和其他特征及优点，其中：
[0019]图1 2
‑
正辛基噻吩的核磁氢普
[0020]图2 1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘的核磁氢谱；
[0021]图3 1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘的核磁碳谱；
[0022]图4 1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘的热重分析图；
[0023]图5 1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘的紫外
‑
可见吸收光谱与发射光谱；
[0024]图6 1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘在SiO2与SiO2/OTS衬底上的薄膜XRD图；
[0025]图7 1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘的OFET器件转移曲线图；
[0026]其中：SiO2是指二氧化硅，OTS是指三氯十八烷基硅烷，OFET是指有机场效应晶体
管；XRD是指X射线衍射。
具体实施方案
[0027]下面对本专利技术的优选实施案例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。下面以有机半导体材料1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘为例。
[0028]实施案例1：
[0029]有机半导体材料1，3，6，8
‑
四(5
′‑
正辛基
‑2′‑
噻吩基)芘的合成：
[0030]合成路线：
[0031][0032]2‑
正辛基噻吩的合成：将噻吩(4.0g)溶于无水甲苯(50mL)中，降温至0℃，加入无水SnCl4(6.0mL)，搅拌10分钟后，滴加辛酰氯(7.88mL)；完成后，升至室温；搅拌6小时，加入水淬灭反应，用乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水MgSO4干燥，抽滤，旋蒸，得到的酰基化产物不经纯化直接用于下一步。将所得的油状中间体加入100mL单口烧瓶，加入氢氧化钾(18.80g)、水合肼(15mL)、正辛醇(10mL)，加热至回流；反应8小时，冷却至室温，加入水，用乙酸乙酯萃取产物，无水MgSO4干燥，过滤，旋蒸。粗产品用硅胶柱分离得到无色油状物纯品，洗脱剂为石油醚。1H NMR(CDCl3，300MHz，298K)δ：7.10(d，1H，J＝3Hz)，6.92(t，1H，J＝3Hz)，6.78(d，1H，J＝3Hz)，2.82(t，2H，J＝6Hz)，1.73
‑
1.63(m，2H)，1.33
‑
1.28(m，10H)，0.8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类具有空穴传输能力的有机半导体材料，其结构为：R为以下结构：其正辛基n
‑
C8H
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在噻吩环上的取代位置可以为3，4或者5。2.一种权利要求1任一所述的一类具有空穴传输能力的有机半导体材料的制备方法，其特征在于，所述有机半导体材料的合成步骤如下所示：噻吩首先被酰基化得到中间体A；中间体A的羰基被还原，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；...

【专利技术属性】
技术研发人员：高德青，
申请(专利权)人：南京和颂材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：