论文部分内容阅读
有机半导体材料是有机场效应器件的重要组成部分,在有机薄膜晶体管中直接影响器件的迁移率等性质。迄今为止,大多数有机半导体材料为p型材料,n型有机半导体材料比较少见,而n型有机半导体材料是p-n结二极管、双极性晶体管和互补CMOS电路等的重要组成部分,因此,开发n型有机半导体材料具有非常重要的意义。酞菁化合物具有18π电子共轭结构及良好的热稳定性和真空蒸镀成膜的特点,是制备有机薄膜晶体管的良好半导体材料。本文通过含-F取代基的引入,将p型金属酞菁半导体材料转变为n型有机半导体材料,并尝试将其应用于有机薄膜晶体管器件中。本文首先以四氟邻苯二甲酸酐为原料,经亚胺化、氨化及脱水反应合成出了中间体四氟邻苯二甲腈,并对该合成工艺进行了优化。在最佳工艺条件下,四氟邻苯二甲腈的总收率为46.71%,纯度为98.83%。培养四氟邻苯二甲腈的单晶并对其进行了结构解析,该晶体属于正交晶系,空间群为P212121。以四氟邻苯二甲腈及金属盐等为原料通过液相及固相反应合成了7种MPcF16(M=Fe、Co、Ni、Cu、Zn、VO及SnCl2)全氟金属酞菁化合物,利用IR、UV-Vis及MALDI-TOF-MS对合成产物进行了结构表征。在邻二氯苯中全氟金属酞菁的紫外-可见吸收光谱最大吸收波长在665716nm之间,在N,N-二甲基甲酰胺中,其紫外-可见吸收光谱最大吸收波长在654702nm之间,随着溶液剂性增强,紫外-可见吸收光谱发生蓝移,且在强极性溶剂中会发生分子聚集行为;全氟金属酞菁在邻二氯苯中均具有荧光发射谱,最大发射波长在680750nm之间,其中,全氟酞菁锌的荧光量子效率为0.67。热重分析表明,全氟金属酞菁有较高热失重温度,热稳定良好;电化学测试表明,全氟金属酞菁的LUMO能级值处于-4.64-4.57eV之间,有利于电子注入,全氟金属酞菁的LUMO能级值与金属电极Au等功函匹配,这些性质为制备n沟道场效应器件提供了可能。用弱外延成膜技术尝试将合成的全氟金属酞菁应用于有机薄膜晶体管中,获得了高质量的半导体薄膜。在p-6p的诱导作用下,酞菁分子垂直于诱导层且分子间的π-π共轭方向平行于基底,其中基于全氟酞菁铜器件的迁移率达0.07cm2/V s。