[發明專利]基于異靛藍衍生物的電子傳輸型聚合物及有機場效應晶體管

有效

• 申請號: 201710010479.0
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106750196B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 耿延候
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;H01L51/05;H01L51/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

本發明提供一種基于異靛藍衍生物的電子傳輸型聚合物及有機場效應晶體管，選取吸電子能力強的氟代異靛藍或氮雜異靛藍為第一聚合單體，平面性好、最高被占據軌道(HOMO)能級低的四氟代二噻吩乙烯或四氟代聯噻吩為第二聚合單體。多個氟原子的引入使得提供的聚合物具有如下優勢，(1)低的最高未占據軌道(LUMO)和HOMO能級，導致在有機場效應晶體管器件中電子能夠有效注入并能在空氣中穩定傳輸；同時空穴難以注入，從而使得所提供的聚合物具有空氣穩定的電子傳輸特性。(2)好的共軛骨架平面性和強的分子間相互作用，使得該聚合物半導體材料具有高的電子遷移率，最高達到5.0cm²/V·s。(3)可以采用直接芳基化反應制備。

技術領域

本發明涉及半導體材料技術領域，更具體地說，涉及一種電子傳輸型聚合物半導體材料和有機場效應晶體管。

背景技術

由于聚合物半導體材料可采用溶液旋涂、印刷、打印等加工手段制備低成本、大面積的有機場效應晶體管等電子器件，近年來備受關注。有機場效應晶體管的活性層部分是有機半導體層。有機半導體層按照傳輸載流子種類的不同可以分為p型材料(傳輸空穴)，n型材料(傳輸電子)和雙極傳輸材料(即能傳輸空穴也能傳輸電子)。就目前的研究情況而言，p型材料的研究較多且發展很快，聚合物材料的遷移率已經超過10cm²/V·s，達到多晶硅的水平。相比而言，n型聚合物材料則發展緩慢，器件的遷移率明顯低于p型材料，且空氣穩定性不好。而互補性反相器和邏輯電路的發展離不開高性能的n型傳輸材料。因此，發展空氣穩定性好的n型(傳輸電子)聚合物材料成為當前研究的重點。目前，空氣穩定且遷移率超過1cm²/V·s的n型聚合物材料主要是基于萘二酰亞胺衍生物(J.Am.Chem.Soc.2016,138,3679)和基于引入內酰胺的對苯撐乙烯類化合物(中國專利CN201410004856.6；Adv.Mater.2016,28,7213)構建的。

異靛藍類聚合物作為場效應晶體管材料近年來進行了很多研究。這些研究都只是針對基于異靛藍類材料的空穴或雙極傳輸性能，然而對其電子傳輸性能的研究明顯滯后。例如，基于異靛藍的p型聚合物的空穴遷移率可以達到3.6cm²/V·s(Adv.Mater.2012,24,6457)；基于鹵素取代異靛藍的雙極傳輸聚合物的空穴和電子遷移率在1cm²/V·s左右(J.Am.Chem.Soc.2012,134,20025；Chem.Sci.,2013,4,2447)；基于氮雜異靛藍的聚合物表現出高的空穴傳輸能力，遷移率達到8cm²/V·s(Chem.Mater.2016,28,2209)。相比之下，基于異靛藍的聚合物的電子遷移率僅在0.22cm²/V·s(Chem.Commun.,2014,50,2180)。

目前，高遷移率共軛聚合物主要采用傳統的Stille過渡金屬催化的偶聯縮聚反應制備，不僅需要高純度的含錫聚合單體，合成過程復雜繁瑣，而且同時生成有機錫化合物等有害副產物。碳氫直接芳基化反應是近年來發展起來的一類新型偶聯反應，具有原子經濟性好、綠色環保等優點，但受限于C-H鍵的反應活性較低以及反應選擇性較差的問題，一直難以應用到高遷移率共軛聚合物的合成中。因此，采用高效的碳氫直接芳基化聚合反應也是本領域研究人員關注的熱點。

因此，本發明提供一種基于異靛藍衍生物的電子傳輸型聚合物及聚合物半導體材料，該聚合物半導體材料具有高的電子遷移率，從而滿足在有機場效應晶體管中的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種聚合物及聚合物半導體材料，該聚合物具有高的電子遷移率；本發明還提供基于異靛藍衍生物的電子傳輸型聚合物及有機場效應晶體管。

具體技術方案如下：

本發明提供一種式(I)所示的基于異靛藍衍生物的電子傳輸型聚合物：