二辛基酞菁氧钒的合成、表征和半导体性质.PDF

2016 年 第 61 卷 第 3 期：315 ~ 324 《中国科学》杂志社 专题: 共轭分子合成与功能 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 二辛基酞菁氧钒的合成、表征和半导体性质 * 董少强, 田洪坤, 耿延候 , 王佛松 中国科学院长春应用化学研究所, 高分子物理与化学国家重点实验室, 长春 130022 * 联系人, E-mail: yhgeng@ 2015-06-18 收稿, 2015-07-18 修回, 2015-07-20 接受, 2015-08-13 网络版发表 国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划(2014CB643504)和中国科学院先导专项(XD资助 摘要 设计与合成了2,3- 二辛基酞菁氧钒(2,3-C8OVPc), 2,16(17)-二辛基酞菁氧钒(dp-C8OVPc), 1,15-二辛基酞 菁氧钒(1,15-C8OVPc)和1,18-二辛基酞菁氧钒(1,18-C8OVPc)4种可溶性酞菁氧钒衍生物, 研究了辛基位置对该类 化合物的物理化学性质、固态薄膜形貌和有机薄膜晶体管(OTFT)器件性能的影响. 在溶液状态下, 辛基的位置对 共轭分子的吸收光谱和前线轨道能级影响很小, 它们的最大吸收峰均在700 nm左右, 最高被占分子轨道(HOMO) 和最低未占分子轨道(LUMO) 能级分别约为5.20和3.80 eV. 在薄膜状态下, 吸收光谱显著红移, 且红移幅度与 辛基的位置有关. 4个化合物在薄膜中均以edge-on 的方式排列, 由它们制备的底栅-顶接触型OTFT器件的迁移率 2 2 均大于0.1 cm /(V s), 其中2,3-C8OVPc 的迁移率最高, 达到0.19 cm /(V s). 关键词 有机半导体, 酞菁, 溶液加工, 有机薄膜晶体管, 迁移率 溶液加工型有机薄膜晶体管(OTFTs)具有低加工 4~10 cm2/(V s)[26~28]. 在蒸镀型高迁移率材料的外围 成本、易实现大面积和柔性器件制备等优点[1~3]. 近年 引入致溶基团是设计和合成溶液加工型高迁移率有 来随着分子设计概念的发展和人们对器件工程认识的 机半导体材料的重要方法之一, 但对酞菁衍生物而 逐步深入, OTFT器件的性能取得了大幅提高, 小分子 言, 烷基链的取代位置对载流子传输性质影响巨大. 2/(V s)[4~13], [21,24,25] 曾系统地研究了四烷基酞菁氧钒中 化合物和聚合物的迁移率均已超过10 cm 本课题组 高于非晶硅器件的性能. 由于盘状共轭分子具有二 烷基链位置对分子在薄膜中的堆积结构和OTFT性质 维共轭结构, 在成膜过程中能够自组织形成柱状纳 的影响, 发现4个烷基链位于其中2个苯环上的ABAB 米结构, 分子间具有较大的轨道重叠, 有利于载流 型酞菁衍生物在层内遵循二维滑移堆积模式, 且烷 子的传输[14], 因此被认为是一类有发展潜力的溶液 基链在晶体中位于半导体层上下2侧,