新型共轭聚合物的设计合成及其在场效应晶体管的应用-高分子学报.PDF

第 7 期 高 分 子 学 报 No. 7 2017 年 7 月 ACTA POLYMERICA SINICA Jul., 2017 ⋅综述⋅ 新型共轭聚合物的设计合成及其在场效应晶体管的应用* 1,2 1 1 1 1** 2** 1** 杨 杰 陈金佯 孙云龙 施龙献 郭云龙 王 帅 刘云圻 1 ( 中国科学院化学研究所 中国科学院有机固体重点实验室 分子科学国家实验室 北京 100190) (2华中科技大学化学与化工学院 武汉 430074) 摘 要 近年来，有机场效应晶体管(OFETs) 由于在柔性器件和可穿戴电子学中的潜在应用受到了学术界和 工业界的普遍关注，尤其是以聚合物半导体材料构筑的晶体管性能得到了快速的发展. 如何设计合成用于 OFETs的高性能聚合物半导体材料，一直是我们的追求目标. 然而，分子结构对迁移率的影响仍缺少系统的 比较. 本文综述了近年来国内外新型聚合物材料的必威体育精装版进展. 我们按照材料的种类以及载流子的传输类型 进行了分类，对高性能聚合物材料的发展过程、材料的设计思路以及相应的FETs性能进行了系统地归纳总 结. 通过研究分子及分子聚集态结构与器件性能之间的关系，希望为以后设计合成新型的高性能的聚合物材 料提供有益的借鉴和指导. 关键词 有机场效应晶体管，新型半导体聚合物，分子设计 1977年，Heeger, MacDiarmid和Shirakawa 分子相比，聚合物具有成膜性好，制备工艺简单 3位科学家发现通过掺杂可以使绝缘的聚乙炔薄 等优势，可以采用溶液旋涂，打印等技术制备大 膜成为良导体，为此，他们获得了2000年的诺贝 面积的柔性器件. 因此，聚合物半导体材料得到 尔化学奖，并由此开拓了导电高分子以及有机半 了学术界和工业界广泛的关注和研究. OFETs聚 导体这一研究领域. 有机材料能够导电这一颠覆 合物一般是由2个单体通过Stille，Suzuki等C ―C 传统的理念已经被世人所认可，这预示着一个材 偶联反应得到的交替共聚物. 其单体可以分为2 [1] 大类：(1) 电子受体型(acceptor, A)，如吡咯并吡咯 料新时代的到来. 1986年，Tsumura等 应用聚噻 吩作为半导体层材料制备得到了第1个有机场效 二酮(DPP)、异靛青(IID)、萘酰亚胺(NDI)、苯并 应晶体管(organic field-effect transistors, OFETs), 噻二唑(BTz)等缺电子单元；(2) 电子给体型(donor, 虽然器件载流子迁移率较低，但由此开拓了 D) ，如连二噻吩(BT)、并二噻吩(TT)、噻吩乙烯 OFETs 研究领域. 与无机场效应晶体管相比, 噻吩(TVT)、苯、硒吩等富电子单元. 聚合物分子 OFETs具有质轻、器件制备工艺简单、半导体层 按其单体组成，可以分为以下3类：(1) D-D型, 可大面积打印加工与可制备柔性器件等优点. 因 即全给体型[15] ；(2) A-A型，即全受体型[16] ；(3) 此，有机场效应晶体管受到了人们的广泛关注， D-A型[17]. 目前，研究的热点都集中在D-A型聚 有望应用在智能卡、射频电子商标、存储器、传 合物上，这是因为D-A型聚合物分子间存在着较 感器以及大规模集成电