一类具有手性的有机光敏半导体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于有机光电技术领域，公开了一类具有手性的有机光敏半导体及其制备方法与应用。所述的一类具有手性的有机光敏半导体的结构如下所示。本发明专利技术的有机光敏半导体基于喹喔啉单元化学稳定性及化学修饰性强；其氮原子电负性比碳原子大，在六元杂环中用N原子取代C原子，可以降低杂环共轭轨道的电子云密度，即增加杂环的缺电子性，有利于降低化合物的LUMO能级，从而调节其半导体化合物的光学和载流子传输特性，可用于制备圆偏光探测器。可用于制备圆偏光探测器。可用于制备圆偏光探测器。可用于制备圆偏光探测器。

【技术实现步骤摘要】
一类具有手性的有机光敏半导体及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有机光电
，特别涉及一类具有手性的有机光敏半导体及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]光探测器(光敏二极管，PD)是智能设备的眼睛，是智能化便携式电子设备不可或缺的组成部分。随着智能电子设备的普及，市场对高性能、低成本的红外光电探测器需求日益增加，为自动化、人机交互和人工智能等产业转型升级提供了重要机遇。除了工作在可见光波段(0.3
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0.8微米)的光探测器之外，具有红外波段(0.8
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1.8微米)的光探测器和图像阵列在便携式电子产品、无人驾驶汽车、住宅安全系统、人机交互、互联网支付所需的身份识别及人工智能方面具有广阔的应用前景。
[0003]基于有机光敏材料制备有机光探测器，不仅可以实现小尺寸、高像素密度的光探测器成像阵列，同时不需要对光敏层薄膜进行图案化，大幅降低器件的制备成本。此外，由于有机半导体材料主要基于分子间范德华作用力作用，因此可以直接通过吸收光谱互补的多组分共混的方式获得覆盖宽波段的光探测器件，实现光响应范围更宽、更全面的工作波段。
[0004]此外，具有手性结构的有机半导体分子在圆偏振光探测方面具有无机半导体无法比拟的优势。光信号所包含的信息不止强度、波长，还有偏振。自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的，而圆偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，光矢量端点随着时间变化描出圆轨迹的光称为圆偏振光；按照迎着光线方向看，光矢量随时间变化而顺时针或逆时针旋转方向旋转，将圆偏振光细分为“右旋圆偏振光”、“左旋圆偏振光”。由于无机半导体晶体中的原子或离子是三维生长的，是完全对称的，因此没有手性之分，而有机共轭分子可以引入手性碳原子或者手性构型。左右圆偏振光的电场矢量作用在手性分子上的分量不一样，因此可以通过手性分子的光电变化程度来检测圆偏光。圆偏振光在许多光子技术中有重要的应用。椭圆偏振技术(ellipsometry)通过测量分析圆偏振光与物质相互作用后反射光偏振态(幅度、相位)的变化，可以计算或拟合出样品材料的属性。这一技术广泛应用于半导体物理研究、微电子学和生物学。近年来在生物医学诊断领域的应用更是引起了许多研究者的兴趣；在光通信中，利用光的偏振态进行调制可以实现全功率通信，且由于在自然界中光的圆偏振状态所占的比例非常低，所以在传输信道中使用圆偏振光来调制信号，能够较好地降低背景光的干扰，而且相比于其他偏振光，圆偏振光还能应用于传输旋转信息；此外，圆偏振光在基于量子的光学计算和信息处理中也有很大的应用潜力。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一类具有手性的有机光敏半导体。其中与手性单元相联的喹喔啉单元具有较强的吸电性，可以有效调节分子的圆二色吸收特性与分子轨道能级。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述一类具有手性的聚合物光敏半导体。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供上述一类具有手性的有机光敏半导体、聚合物半导体在半导体器件领域中的应用。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一类具有手性的有机光敏半导体，其含有如下化学结构式单元中的一种：
[0010][0011]其中以下适用于所出现的符号：
[0012]X每次出现时相对独立地选自N,CR1中的一种；
[0013]Y每次出现时相对独立地选自：C(R1)2、NR1、Si(R1)2、Ge(R1)2、R1C＝CR1、C(R1)2C(R1)2、C＝O、O、S、Se、Te、S(＝O)和SO2中的至少一种；
[0014]基团Ar每次出现时均相对独立地选自R1、可被一个或多个R1基团取代的具有5～300个原子的芳族环系的基团、可被一个或多个R1基团取代的具有3～300个原子的杂芳族环系的基团中的一种；
[0015]其中R1每次出现时均相对独立地选自H、D、F、Cl、Br、I、CN、C(＝O)R2,Si(R2)3,N(R2)2,OR2,SR2,S(＝O)R2,S(＝O)2R2、CH＝C(CN)2、基团A、基团A中一个或多个
‑
CH2‑
基团被
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R3C＝CR3‑
,
‑
C≡C
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,Si(R3)2,C＝O,C＝NR3,
‑
C(＝O)O
‑
,
‑
C(＝O)NR3‑
,NR3,O,S,S(＝O)或SO2代替后的基团中的一种，其中基团A为具有1～20个碳原子的直链的烷基、具有3～20个碳原子的支链或环状的烷基、具有2
‑
20个碳原子的烯基或炔基基团、碳原子数为6～60芳族有机基团或碳原子数为3～60的杂芳族有机基团中的一种；两个或更多个基团R1可彼此链接且可形成环；
[0016]R2、R3每次出现时均相对独立地选自具有1～60个碳原子的直链烷基、具有3～60个碳原子的支链或环状的烷基、具有2
‑
20个碳原子的烯基或炔基基团、碳原子数为6～60芳族有机基团、碳原子数为3～60的杂芳族有机基团中的一种；两个或更多个基团R2、R3可彼此链接且可形成环。
[0017]优选的，所述的一类具有手性的有机光敏半导体，其中的Ar单元优选为以下结构、以及被至少一个R1基团取代的以下结构中的至少一种：
[0018][0019]其中，其中X、Y、R1、R2、R3的定义与前述的X、Y、R1、R2、R3的定义相同。
[0020]更优选的，所述的具有手性的有机光敏半导体，其结构为以下结构中的一种：
[0021][0022]一类具有手性的聚合物半导体，其具有如下化学结构：
[0023][0024][0025]n为重复单元个数，n＝2
‑
1000；
[0026]X，Y，Ar的定义与前述中X，Y，Ar的定义相同。
[0027]优选的，所述的具有手性的聚合物半导体，其具有如下所示的化学结构：
[0028][0029]n为重复单元个数，n＝2
‑
1000。
[0030]一种上述具有手性的有机光敏半导体的制备方法，包括以下关键步骤：
[0031](a)将与反应得到
[0032](b)将还原成二胺
[0033](c)将与带有二酮官能团的基团发生成环反应，得到
[0034](d)将通过Vilsmeier
‑
Haack
‑
Arnold(维尔斯迈尔
‑
哈克
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阿诺德)反应引入甲醛基，最后在有机碱催化下与对应的端基分子缩合，得到具有手性的有机光敏半导体；
[0035]步骤(a)中所述的反应是指在有机溶剂以及碱催化下于60℃
‑
153℃反应24h，其中有机溶剂优选为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，碱优选为碳酸钾、碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类具有手性的有机光敏半导体，其特征在于含有如下化学结构式单元中的一种：其中以下适用于所出现的符号：X每次出现时相对独立地选自N,CR1中的一种；Y每次出现时相对独立地选自：C(R1)2、NR1、Si(R1)2、Ge(R1)2、R1C＝CR1、C(R1)2C(R1)2、C＝O、O、S、Se、Te、S(＝O)和SO2中的至少一种；基团Ar每次出现时均相对独立地选自R1、被一个或多个R1基团取代的具有5～300个原子的芳族环系的基团、被一个或多个R1基团取代的具有3～300个原子的杂芳族环系的基团中的一种；其中R1每次出现时均相对独立地选自H、D、F、Cl、Br、I、CN、C(＝O)R2,Si(R2)3,N(R2)2,OR2,SR2,S(＝O)R2,S(＝O)2R2、CH＝C(CN)2、基团A、基团A中一个或多个
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CH2‑
基团被
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R3C＝CR3‑
,
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C≡C
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,Si(R3)2,C＝O,C＝NR3,
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C(＝O)O
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,
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C(＝O)NR3‑
,NR3,O,S,S(＝O)或SO2代替后的基团中的一种，其中基团A为具有1～20个碳原子的直链的烷基、具有3～20个碳原子的支链或环状的烷基、具有2
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20个碳原子的烯基或炔基基团、碳原子数为6～60芳族有机基团或碳原子数为3～60的杂芳族有机基团中的一种；两个或更多个基团R1彼此独立或者彼此链接且形成环；R2、R3每次出现时均相对独立地选自具有1～60个碳原子的直链烷基、具有3～60个碳原子的支链或环状的烷基、具有2
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20个碳原子的烯基或炔基基团、碳原子数为6～60芳族有机基团、碳原子数为3～60的杂芳族有机基团中的一种；两个或更多个基团R2、R3彼此独立或者彼此链接且形成环。2.根据权利要求1所述的具有手性的有机光敏半导体，其特征在于：其中的Ar单元优选为以下结构、以及被至少一个R1基团取代的以下结构中的至少一种；
其中，X每次出现时相对独立地选自N,CR1中的一种；Y每次出现时相对独立地选自：C(R1)2、NR1、Si(R1)2、Ge(R1)2、R1C＝CR1、C(R1)2C(R1)2、C＝O、O、S、Se、Te、S(＝O)和SO2中的至少一种；基团Ar每次出现时均相对独立地选自R1、被一个或多个R1基团取代的具有5～300个原子的芳族环系的基团、被一个或多个R1基团取代的具有3～300个原子的杂芳族环系的基团中的一种；其中R1每次出现时均相对独立地选自H、D、F、Cl、Br、I、CN、C(＝O)R2,Si(R2)3,N(R2)2,OR2,SR2,S(＝O)R2,S(＝O)2R2、CH＝C(CN)2、基团A、基团A中一个或多个
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CH2‑
基团被
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R3C＝CR3‑
,
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,Si(R3)2,C＝O,C＝NR3,
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,NR3,O,S,S(＝O)或SO2代替后的基团中的一种，其中基团A为具有1～20个碳原子的直链的烷基、具有3～20个碳原子的支链或环状的烷基、具有2
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20个碳原子的烯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：应磊，钟知鸣，李源丰，曹镛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：