一种有机半导体单晶在有机半导体器件中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种有机半导体单晶在有机半导体器件中的应用，本发明专利技术的橙相PBNA单晶具有一种特殊的晶格畸变结构，使得在场效应晶体管中便显出低温输运特性，作为活性层应用于单晶器件时，在随温度依赖测试过程中表现出明显的与温度的负相关特性，表现出该种材料在实际应用中的巨大潜力。用中的巨大潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种有机半导体单晶在有机半导体器件中的应用


[0001]本专利技术属于有机半导体材料
，尤其涉及一种有机半导体单晶在有机半导体器件中的应用。

技术介绍

[0002]自从1987年Tsumura小组首次报道利用聚噻吩导电聚合物来制备有机场效应晶体管(OFET)，在有机光电等方面科研工作者十几年来的不断努力下，有机场效应的晶体管的器件性能的到了很大的提高，同时稳定性与泛用性也有了长足的进步。目前已有很多场效应晶体管器件投入市场，但大多为无定型薄膜晶体管，它们本身分子无序排序，存在很多缺点，如很低的载流子迁移率与很差的结构稳定性，这也就使得它们的器件性能低下。
[0003]与有机薄膜晶体管相比，有机单晶场效应晶体管存在很大优势。有机单晶中分子有序排列，使得器件性能在单一方向上性能连续；有机单晶无相界杂质含量低缺陷少，可以有效避免薄膜晶体管中的效率滚降现象；鉴于有机单晶其特殊的分子堆积方式与排列方式，对于有机光电过程中的机理研究具有很大的实践意义。
[0004]有机场效应晶体管(OFET)是由源极、漏极、栅极组成的三电极系统。通常情况下，源电子是接地的(Vs＝0V)，OFET器件的工作由漏极电压(Vg)和栅极电压(Vg)控制。除了电极之外，OFET还包括有机半导体层和绝缘层，有机半导体层作为OFET的核心部分，对器件的效果起着决定作用。与常规的无机半导体不同，有机半导体由于自身结构限制通常仅能允许单一载流子传播，这就使得有机半导体在电子电路上发展受到了严重的阻碍。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一个方面提出一种橙相PBNA((2Z,2'Z)
‑
3,3'
‑
(1,4
‑
亚苯基)双(2
‑
(萘
‑2‑
基)丙烯腈))单晶在有机半导体器件中的应用，该橙相PBNA单晶具有一种特殊的晶格畸变结构，使得在场效应晶体管中便显出低温输运特性。
[0006]本专利技术的第二个方面提出了一种包含所述橙相PBNA单晶的有机半导体器件。
[0007]根据本专利技术的第一个方面，提出了一种橙相PBNA单晶在有机半导体器件中的应用，所述橙相PBNA单晶为单斜晶系，空间群为I 2/a，所述橙相PBNA单晶中PBNA的结构式如式I所示：
[0008][0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述橙相PBNA单晶的晶胞参数为：
α＝90
°
,β＝110.403
°
,γ＝90
°
。
[0010]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述橙相PBNA单晶包括第一异构体和第二异构体，所述第一异构体中心苯环所在平面与两端萘环所在平面的扭曲角分别为3.33
°
、1.48
°
；所述第二异构体中心苯环所在平面与两端萘环所在平面的扭曲角分别为23.58
°
、23.18
°
。第一异构体和第二异构体的结构示意图如下：
[0011][0012]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述橙相PBNA单晶由第一异构体和第二异构体分子间相互作用构成，所述第一异构体和第二异构体的摩尔比为2：1。
[0013]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述相互作用包括范德华力、氢键、卤键或芳香环
‑
芳香环(如C
‑
H
…
π和π
‑
π键等)相互作用的至少一种。
[0014]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述有机半导体器件选自有机单晶场效应晶体管或有机单晶发光场效应晶体管。
[0015]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述有机半导体器件的有机半导体层中包括所述橙相PBNA单晶。
[0016]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述有机半导体层为有机单晶层。
[0017]根据本专利技术的第二个方面，提出了一种有机半导体器件，包括所述橙相PBNA单晶。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机半导体器件选自有机单晶场效应晶体管或有机单晶发光场效应晶体管。
[0019]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机半导体器件的有机半导体层中包括所述橙相PBNA单晶。
[0020]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机半导体层为有机单晶层。
[0021]本专利技术的有益效果为：
[0022]1.本专利技术中橙相PBNA单晶本身具备一种特殊的晶格畸变结构，使得其表现出低温条件下的输运特性，作为有机半导体层应用于有机单晶场效应晶体管时，表现出双极性传输性能，单晶器件迁移率最高可达到μ
e
＝0.22cm
2 V
‑1s
‑1(电子)、μ
h
＝1.37cm
2 V
‑1s
‑1(空穴)。
[0023]2.本专利技术中，橙相PBNA单晶作为有机半导体层应用于有机单晶场效应晶体管时，
具备较低的阈值电压，V
th,e
＝18.0V(电子)、V
th,p
＝
‑
9.3V(空穴)。
[0024]3.本专利技术中，橙相PBNA单晶作为有机半导体层应用于单晶器件时，在随温度依赖测试过程中表现出明显的与温度的负相关特性表现出该种材料在实际应用中的巨大潜力。
附图说明
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0026]图1为本专利技术实施例2中橙相PBNA晶体在紫外荧光显微镜下的图像。
[0027]图2为本专利技术绿相PBNA晶体的分子构象图(a)及晶胞图(b)和橙相PBNA晶体的分子构象图(c)及晶胞图(d)。
[0028]图3为实施例3中基于PBNA橙相晶体的有机单晶场效应晶体管器件结构示意图。
[0029]图4为实施例3中橙相PBNA晶体空穴OFET器件图(a)与电子OFET器件图(b)。
[0030]图5为试验例1中橙相PBNA单晶空穴场效应晶体管的转移(a)与输出(b)曲线图和电子场效应晶体管的转移(c)与输出(d)曲线图。
[0031]图6为绿相PBNA单晶空穴场效应晶体管的转移(a)与输出(b)曲线图和电子场效应晶体管的转移(c)与输出(d)曲线图。
[0032]图7为试验例2中器件控温装置示意图。
[0033]图8为试验例2中橙相PBNA晶体(a)和绿相PBNA晶体(c)空穴场效应晶体管迁移率与阈值电压随温度的变化图像图和橙相PBNA晶体(b)和绿相PBNA晶体(d)电子场效应晶体管迁移率与阈值电压随温度的变化图像。
具体实施方式
[0034]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种橙相PBNA单晶在有机半导体器件中的应用，其特征在于：所述橙相PBNA单晶为单斜晶系，空间群为I 2/a，所述橙相PBNA单晶中PBNA的结构式如式I所示：2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述橙相PBNA单晶的晶胞参数为：α＝90
°
,β＝110.403
°
,γ＝90
°
。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述橙相PBNA单晶包括第一异构体和第二异构体，所述第一异构体中心苯环所在平面与两端萘环所在平面的扭曲角分别为3.33
°
、1.48
°
；所述第二异构体中心苯环所在平面与两端萘环所在平面的扭曲角分别为23.58
°
、23.18
°
。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾成，张泽健，柳力群，邓剑，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：