一种溶液加工型齐聚物半导体材料制造技术

本发明专利技术涉及有机半导体领域，公开了一种溶液加工型齐聚物半导体材料，具有如式(I)所示的结构通式，可以通过改变共轭骨架上的两种烷基侧链R1和R2来调节材料的溶解度和空穴迁移率，这种半导体材料的HOMO能级接近金电极(

【技术实现步骤摘要】
一种溶液加工型齐聚物半导体材料


[0001]本专利技术涉及有机半导体领域，具体来说是涉及一种溶液加工型齐聚物半导体材料。

技术介绍

[0002]可溶液加工的有机薄膜晶体管具有加工成本低和柔性可塑的优势，但溶液法制备的有机薄膜在有源层
‑
绝缘层和电极
‑
有源层接触界面上容易产生高密度电荷缺陷，导致薄膜晶体管的阈值电压偏高，从而影响有机薄膜晶体管的实际应用。针对前者，当前主要通过采用高介电常数介电层、添加可改善薄膜结晶质量的添加剂或改善有源层生长方式来降低薄膜晶体管阈值电压，针对后者，也有相关研究表明通过合理设计有机半导体材料的结构，可以调节材料的HOMO能级，从而在保证材料空气稳定性的同时降低薄膜晶体管的阈值电压，但目前报道的工作中阈值电压降低的程度有限，并不能满足有机薄膜晶体管的实际需要。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种溶液加工型齐聚物半导体材料，该材料的HOMO能级接近金电极的费米能级(
‑
5.10eV)，显著降低了有源层和金电极间的接触势垒，在没有其他器件结构优化辅助的条件下，以该材料为有源层所制备的底栅顶接触型薄膜晶体管的阈值电压低至
‑
2.73V。且通过引入合适的烷基取代基，可以得到室温下在氯仿中溶解性≧6mg/ml且空穴迁移率为0.151cm
2 V
‑1s
‑1的齐聚物半导体材料。
[0004]本专利技术采取的技术方案是提供一种溶液加工型齐聚物半导体材料，具有如式(I)所示的结构通式：
[0005][0006]式(I)中，R1和R2均为含碳原子数≧8的支化烷基链，R1和R2可以相同，也可以不相同。
[0007]进一步地，R1为异辛基，R2为α位支化的烷基链。
[0008]更进一步地，R2选自2
‑
丁基辛基、2
‑
己基癸基或2
‑
辛基十二烷基。
[0009]R1和R2为支化烷基链，用于增强材料的溶解性，当保持R1为异辛基，调节R2的烷基链长度时，随R2的烷基链缩短，材料在氯仿中的溶解度降低，当R2为α位支化的烷基侧链，且
选自2
‑
丁基辛基、2
‑
己基癸基或2
‑
辛基十二烷基时，齐聚物在室温下载氯仿中的溶解性≧6mg/ml。而且R2变化时，分子间堆积距离和堆积方式也会发生变化，从而导致薄膜晶体管迁移率发生变化，当R1为异辛基，R2为2
‑
己基癸基时，基于空气环境中旋涂薄膜制备的底栅顶接触型晶体管的阈值电压为
‑
2.73V，180℃退火6min后，薄膜晶体管的空穴迁移率为0.151cm
2 V
‑1s
‑1。但烷基链的改变对该类半导体材料的HOMO能级影响并不明显，材料的HOMO能级位于
‑
5.08～
‑
5.10eV范围，所制备的薄膜晶体管的阈值电压低于
‑
5V。
[0010]本专利技术利用芳香稠杂环单元与强吸电子的N
‑
吡咯并吡咯烷酮构建D
‑
A
‑
D型分子，获得了HOMO能级接近金费米能级(
‑
5.10eV)的半导体材料，显著降低了有源层和金电极间的接触势垒，在没有其他器件结构优化辅助的条件下，以该半导体材料为有源层所制备的底栅顶接触型薄膜晶体管的阈值电压低至
‑
2.73V，且通过引入合适的烷基取代基(R1为异辛基，R2为2
‑
己基癸基)，可以得到在室温下氯仿中溶解性≧6mg/ml且空穴迁移率为0.151cm
2 V
‑
1s
‑1齐聚物半导体材料。
附图说明
[0011]图1是齐聚物半导体材料M1的核磁共振氢谱谱图。
[0012]图2是齐聚物半导体材料M2的核磁共振氢谱谱图。
[0013]图3是齐聚物半导体材料M3的核磁共振氢谱谱图。
[0014]图4是齐聚物半导体材料M1的循环伏安曲线氧化峰位图。
[0015]图5是齐聚物半导体材料M2的循环伏安曲线氧化峰位图。
[0016]图6是齐聚物半导体材料M3的循环伏安曲线氧化峰位图。
[0017]图7是齐聚物半导体材料M1退火处理后的薄膜晶体管的转移曲线。
[0018]图8是齐聚物半导体材料M2退火处理后的薄膜晶体管的转移曲线。
[0019]图9是齐聚物半导体材料M3退火处理后的薄膜晶体管的转移曲线。
[0020]图10是齐聚物半导体材料M1退火处理后的薄膜的AFM高度图。
[0021]图11是齐聚物半导体材料M2退火处理后的薄膜的AFM高度图。
[0022]图12是齐聚物半导体材料M3退火处理后的薄膜的AFM高度图。
具体实施方式
[0023]以下实施例是对本专利技术的进一步说明，不是对本专利技术的限制。
[0024]实施例1：
[0025]本实施例提供了一种溶液加工型齐聚物半导体材料M1，结构式如下(R1＝异辛基，R2＝2
‑
丁基辛基)：
[0026][0027]齐聚物半导体材料M1的结构表征数据为：1H NMR(400MHz,CDCl3,323K,ppm):δ＝9.12(d,J＝7.2Hz,2H),8.21(s,2H),8.07(s,2H),7.82(d,J＝8.4Hz,2H),7.69(d,J＝8.0Hz,2H),7.42(s,2H),7.40(s,2H),7.35
‑
7.20(m,4H),7.15(d,2H,J＝7.2Hz),6.79(s,2H),3.77(d,J＝6.0Hz,4H),3.11
‑
2.89(m,4H),2.08
‑
1.93(m,4H),1.49
‑
1.27(m,48H),1.03
–
0.86(m,24H)。MALDI
‑
TOF
‑
MS(m/z):calcd for C
90
H
104
N2O2S6,1436.6；found,1436.6.Anal.Calcd for C
90
H
104
N2O2S6:C,75.16；H,7.29；N,1.95；O,2.22；S,13.38.Found.C,75.23；H,7.20；N,2.00；S,13.41％。
[0028]将齐聚物半导体材料M1配制成8mg/ml的二氯甲烷溶液，采用甘汞电极(参比电极)、铂丝电极(对电极)和玻碳电极(工作电极)的三电极系统进行循环伏安测试，经过二茂铁(Fc
+
/Fc)氧化还原电对校正后，测试M1的循环伏安曲线(如图4所示)，得到M1的HOMO能级为
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶液加工型齐聚物半导体材料，其特征在于：具有如式(I)所示的结构通式：式(I)中，R1和R2均为含碳原子数≧8的支化烷基链，R1和R2可以相同，也可以不相同。2.根据权利要求1所述的溶液加工型齐聚物半导体材料，其特征在于：R1为异辛基，R2为α位支化的烷基链。3.根据权利要求2所述的溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵静，吴夏芝，霍晓敏，刘睿，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：