[發(fā)明專利]應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基于吡啶取代吡咯并吡咯二酮的電子傳輸型聚合物半導(dǎo)體材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810444784.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN108690183A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿延候;郭愷;鄧云峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C08G61/12
• 分類號(hào): C08G61/12;H01L51/30;C07D487/04;C07D333/28;C07F7/08;C07F7/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發(fā)明提供一類應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基于吡啶取代吡咯并吡咯二酮的電子傳輸型聚合物半導(dǎo)體材料；結(jié)構(gòu)式如(I)；選取吸電子能力強(qiáng)、平面性好的吡啶取代吡咯并吡咯二酮為第一聚合單體，四氟代聯(lián)噻吩和四氟代二噻吩乙烯為第二聚合單體。在噻吩單元上引入多個(gè)氟原子，能夠同時(shí)降低聚合物的最高被占據(jù)軌道(HOMO)能級(jí)和最低未被占據(jù)軌道(LUMO)能級(jí)，使聚合物表現(xiàn)n型傳輸特性。并且借助于F?S和F?H的弱相互作用，提高聚合物鏈間相互作用，從而保證該聚合物半導(dǎo)體材料的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有高的電子遷移率，最高達(dá)到2.45cm²/V·s；

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說涉及一種聚合物半導(dǎo)體材料的制備及其作為半導(dǎo)體材料應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)

共軛聚合物具有優(yōu)異的溶液加工性能，可采用打印、印刷等濕法加工方法制備器件，近年來(lái)備受關(guān)注。以之為半導(dǎo)體活性層的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)，有望成為新一代平板顯示的核心技術(shù)。根據(jù)載流子的傳輸類型，共軛聚合物可分為p型(空穴傳輸)和n型(電子傳輸)兩種。近幾年來(lái)，p型聚合物的研究較多且發(fā)展很快，一些聚合物的遷移率已經(jīng)超過了10cm²/V·s，并且器件性能具有良好的空氣穩(wěn)定性。相比而言，空氣條件下器件性能穩(wěn)定的高遷移率n型共軛聚合物的發(fā)展相對(duì)滯后。但是，n型共軛聚合物和p型共軛聚合物對(duì)于OFET的發(fā)展同等重要，特別是對(duì)構(gòu)筑高性能、低能耗有機(jī)邏輯互補(bǔ)電路而言。因此，發(fā)展性能空氣穩(wěn)定的n型聚合物半導(dǎo)體材料成為了當(dāng)前的研究重點(diǎn)之一。目前，空氣穩(wěn)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)、異靛藍(lán)衍生物(Adv.Mater.2017,29, 1606217)以及引入內(nèi)酰胺的對(duì)苯撐乙烯類化合物(中國(guó)專利CN201410004856.6；Adv. Mater.2016,28,7213)構(gòu)建的。

吡咯并吡咯二酮是目前高遷移率聚合物最為常用的構(gòu)建單元。但是基于吡咯并吡咯二酮的共軛聚合大多表現(xiàn)為空穴或者雙極傳輸。例如，基于噻吩取代吡咯并吡咯二酮的p型聚合物的空穴遷移率最高可以達(dá)到17.8cm²/V·s(Chem.Mater.2015,27,1732)；基于吡啶取代吡咯并吡咯二酮的雙極傳輸聚合物的最高空穴遷移率和電子遷移率分別可以達(dá)到2.78和6.30cm²/V·s(Adv.Mater.2014,26,2636)。相比之下，基于吡咯并吡咯二酮的n型傳輸共軛聚合物的電子遷移率僅為0.07cm²/V·s(Chem.Mater.2016,28,6045)。

目前，高遷移率共軛聚合物主要采用傳統(tǒng)的Stille過渡金屬催化偶聯(lián)縮聚的方法制備，但是由于該方法不僅需要高純度的含錫聚合單體，合成過程復(fù)雜繁，而且反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量的有機(jī)錫等有害副產(chǎn)物，不適合于聚合物將來(lái)的大規(guī)模生產(chǎn)。近年來(lái)，隨著過渡金屬催化理論的發(fā)展，具有原子經(jīng)濟(jì)性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的直接芳基化偶聯(lián)反應(yīng)取得了巨大突破。但受限于C-H鍵的反應(yīng)活性較低以及反應(yīng)選擇性較差的問題，一直難以應(yīng)用到高遷移率共軛聚合物的合成中。因此，采用高效的碳?xì)渲苯臃蓟酆戏磻?yīng)也是本領(lǐng)域研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明人考慮，采用碳?xì)渲苯臃蓟酆戏磻?yīng)合成一類基于吡啶取代吡咯并吡咯二酮與氟代噻吩衍生物的n型共軛聚合物及聚合物半導(dǎo)體材料，該聚合物半導(dǎo)體材料具有高的電子遷移率，從而可以滿足在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供一類應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基于吡啶取代吡咯并吡咯二酮的電子傳輸型聚合物半導(dǎo)體材料

具體技術(shù)方案如下：

應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基于吡啶取代吡咯并吡咯二酮的電子傳輸型聚合物半導(dǎo)體材料，結(jié)構(gòu)式如下：

其中Ar結(jié)構(gòu)為下列中的一種：