[發(fā)明專利]一類含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物及其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710896869.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107698743B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于貴;林祖樟;張衛(wèi)鋒;劉曉彤;王麗萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所;北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/05;H01L51/30
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢

本發(fā)明公開(kāi)了一種含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物及其制備方法與應(yīng)用。該共軛聚合物的結(jié)構(gòu)如式I所示。該類聚合物具有較寬的紫外?可見(jiàn)?近紅外吸收光譜、良好的熱學(xué)穩(wěn)定性，具有合適的前沿軌道能級(jí)，有利于空穴和電子注入，可以制備較空氣穩(wěn)定的雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該化合物的合成路線簡(jiǎn)單、有效；原料為商業(yè)化的廉價(jià)產(chǎn)品，合成成本低；合成方法具有普適性。以本發(fā)明含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物為有機(jī)半導(dǎo)體層制備的PFET的遷移率和開(kāi)關(guān)比都比較高，式(I)的遷移率最高為0.53cm²V^?1s^?1，開(kāi)關(guān)比大于10⁴；在PFET器件中有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物及其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種通過(guò)電場(chǎng)來(lái)控制材料導(dǎo)電能力的有源器件。以π-共軛的聚合物為載流子傳輸層的場(chǎng)效應(yīng)晶體管亦稱之為聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Polymer field-effect transistors,簡(jiǎn)稱PFETs)，近年來(lái)相關(guān)研究取得了飛速的發(fā)展。相比傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，有機(jī)半導(dǎo)體材料，特別是聚合物半導(dǎo)體材料具有眾多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，諸如材料種類繁多，可以通過(guò)分子設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)控材料的各種化學(xué)、物理特性，從而調(diào)控半導(dǎo)體器件的性能；具有良好的柔韌性和彈性，與輕質(zhì)塑料襯底具有良好的兼容性，可以低溫制備柔性有機(jī)光電子器件；可以采用溶液旋涂、打印或者印刷加工技術(shù)，大面積制備低成本的有機(jī)光電子器件與電路，有望成為下一代柔性顯示中電路的關(guān)鍵元器件，在電子商標(biāo)、智能卡、存儲(chǔ)器、電子紙、傳感器和有源矩陣顯示器等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

相比p-型和n-型聚合物材料，盡管雙極性聚合物半導(dǎo)體材料的研究工作也取得了較大進(jìn)展，但雙極性聚合物半導(dǎo)體材料的穩(wěn)定性，遷移率與p-型和n-型有較大的差距。目前，具有較高空穴遷移率和電子遷移率的雙極性聚合物半導(dǎo)體材料仍然局限于少數(shù)吡咯并吡咯二酮(DPP)結(jié)構(gòu)單元衍生聚合物，并且大部分雙極性材料的空穴遷移率和電子遷移率比值較大，很少能得到在空氣中遷移率平衡的雙極性材料。(B.Kang,R.Kim,S.B.Lee,S.K.Kwon,Y.H.Kim and K.Cho,J Am ChemSoc,2016,138,3679-3686.K.Kawabata,M.Saito,I.Osaka and K.Takimiya,J Am ChemSoc,2016,138,7725-7732.)。開(kāi)發(fā)高性能、空氣穩(wěn)定的雙極性聚合物半導(dǎo)體材料的最大難點(diǎn)在于前沿軌道能級(jí)的精確調(diào)控，例如：可以引入強(qiáng)吸電子的氟原子，氰基，氮雜環(huán)等。因?yàn)橹挥泻线m的最高占有軌道(HOMO)能級(jí)(-5.1±0.3eV)和最低未占有軌道(LUMO)能級(jí)(-4.0eV左右)，才有利于空穴和電子的有效注入，從能獲得較高的載流子遷移率，另外也有利于獲得高空氣穩(wěn)定的聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件(Salleo,A.Mater.Today2007,10,38；Wang,C.L.；Dong,H.L.；Hu,W.P.；Liu,Y.Q.；Zhu,D.B.Chem.Rev.2012,112,2208)。對(duì)供-受型(D-A)聚合物半導(dǎo)體材料來(lái)說(shuō)，盡管人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其HOMO能級(jí)主要取決于供電單元的HOMO能級(jí)，而其LUMO能級(jí)主要取決于受電單元的LUMO能級(jí),但是雙極性聚合物材料的研發(fā)依然受困于不可預(yù)知的供、受體間的電子推拉作用力大小，材料分子在薄膜中的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等等。

鑒于以上原因，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一類含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物及其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。

本發(fā)明的第一目的提供一類含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物，所述的含有氟代苯乙烯噻吩結(jié)構(gòu)共軛聚合物的結(jié)構(gòu)式如式I所示：

所述式I中，R為C₁-C₁₀₀的直鏈或支鏈烷烴基；