本文關(guān)鍵詞：有機(jī)場效應(yīng)晶體管新型聚合物半導(dǎo)體材料的合成及性能研究

  更多相關(guān)文章： 有機(jī)場效應(yīng)晶體管 聚合物 半導(dǎo)體 D-A結(jié)構(gòu) DPPT結(jié)構(gòu) 星形 單體比例

【摘要】：當(dāng)今時(shí)代是信息時(shí)代,信息的傳遞和共享對于整個(gè)社會(huì)的發(fā)展起到關(guān)鍵的作用。作為信息工業(yè)的基石,半導(dǎo)體材料在最近十幾年得到了快速的發(fā)展和廣泛的關(guān)注。半導(dǎo)體材料分為有機(jī)半導(dǎo)體材料和無機(jī)半導(dǎo)體材料,相對于無機(jī)材料,有機(jī)半導(dǎo)體材料具有可設(shè)計(jì)合成、易裁剪、成本低和可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)�；谟袡C(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)場效應(yīng)晶體管也因具有價(jià)格低廉、質(zhì)量輕、可應(yīng)用于柔性基底和可大面積制備等優(yōu)點(diǎn),在各種存儲(chǔ)器件及顯示裝置方面顯示了巨大的應(yīng)用前景,而且經(jīng)過近幾十年的高速發(fā)展,有機(jī)場效應(yīng)晶體管已經(jīng)處在產(chǎn)業(yè)化的邊沿。作為有機(jī)場效應(yīng)晶體管的核心組成部分,有機(jī)半導(dǎo)體材料一直是眾多科研工作者研究的重點(diǎn)。目前已經(jīng)合成出許多高穩(wěn)定、高遷移的有機(jī)半導(dǎo)體材料,特別是部分小分子材料的性能已經(jīng)可以與無定形硅相媲美。然而,相比小分子,聚合物材料通常具有更好的可加工性和機(jī)械性能。利用低成本的溶液法制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管,發(fā)展高穩(wěn)定性、高溶解性、高遷移率的聚合物半導(dǎo)體材料是目前該領(lǐng)域一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。本論文所研究的內(nèi)容主要集中在幾種新型聚合物有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成、性質(zhì)研究以及在有機(jī)場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用表征。主要內(nèi)容如下：1.利用含有醌式結(jié)構(gòu)的蒽醌、苯并二噻吩二酮、苯并二呋喃二酮作為結(jié)構(gòu)單元與DPPT共聚,得到三種D-A結(jié)構(gòu)共聚物。利用TGA和DSC表征了聚合物的熱力學(xué)性質(zhì),三個(gè)聚合物都具有較好的熱穩(wěn)定性,分解溫度均在400℃左右。紫外可見吸收光譜和循環(huán)伏安法研究表明聚合物具有很窄的帶隙和較好的氧化還原穩(wěn)定性。利用溶液法甩膜,在氧化硅基底上制備聚合物薄膜,并通過AFM和XRD表征了不同的退火溫度下聚合物薄膜的形貌特征。結(jié)果顯示PDPPT-DBADO退火溫度在160℃時(shí),形成的薄膜較為連續(xù)；其他兩個(gè)聚合物在120℃時(shí),薄膜形貌較好。制備了基于三個(gè)聚合物的薄膜的場效應(yīng)晶體管器件,結(jié)果顯示三個(gè)聚合物均為穩(wěn)定的性能平衡的雙極性材料,最高性能均在10-2左右。2.為了研究羰基個(gè)數(shù)及位置對聚合物極性及電學(xué)性能的影響,利用環(huán)戊二烯并二噻吩一酮、苯并二噻吩(4,8)二酮與苯并二噻吩二酮作為受體,與DPPT共聚,設(shè)計(jì)、合成了三個(gè)D-A結(jié)構(gòu)共聚物PDPPT-DBCDOn、PDPPT-DBTDO、PDPPT-2,7-DBTDO。TGA和DSC測試結(jié)果表明聚合物具有較好的熱穩(wěn)定性,分解溫度均在330℃以上。根據(jù)薄膜的紫外吸收光譜最大吸收峰的邊緣估算三個(gè)聚合物的禁帶寬度均小于1.30 eV,具有雙極性材料必需的特征。電化學(xué)分析表明聚合物具有較好的氧化還原穩(wěn)定性。3.為了通過改變單體的比例來調(diào)控聚合物的能級從而實(shí)現(xiàn)對電子和空穴的注入進(jìn)行更加微觀和細(xì)致的調(diào)控,設(shè)計(jì)、合成了含不同比例的DPPT,聯(lián)二噻吩(donor結(jié)構(gòu))和聯(lián)二噻咯(acceptor結(jié)構(gòu))三組分共聚聚合物。TGA測試結(jié)果顯示該系列聚合物具有很好的熱穩(wěn)定性,分解溫度都在350℃以上。利用紫外吸收光譜對聚合物進(jìn)行光物理性質(zhì)分析,聚合物在紫外可見區(qū)均表現(xiàn)出很寬的吸收帶,甚至在近紅外區(qū)都有很強(qiáng)的吸收,相應(yīng)的能級帶隙很窄,均小于1.5eV,表明該系列化合物有可能產(chǎn)生雙極性場效應(yīng)晶體管電學(xué)特性。較寬的吸收光譜也有利于在有機(jī)光伏電池中的應(yīng)用。4.利用苯并三噻吩和苯聯(lián)三噻吩兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元分別與噻咯并二噻吩共聚得到兩個(gè)二維星型聚合物。利用紫外吸收光譜和熒光光譜研究了聚合物光物理性質(zhì),結(jié)果表明含有稠環(huán)苯并三噻吩的聚合物比含苯聯(lián)三噻吩的聚合物共軛度更高。利用熱重分析來表征聚合物的熱穩(wěn)定性,顯示兩個(gè)聚合物的熱分解溫度都在200℃以上。利用溶液法制備了薄膜場效應(yīng)晶體管器件,初步結(jié)果表明聚合物具有P-型特性。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)場效應(yīng)晶體管 聚合物 半導(dǎo)體 D-A結(jié)構(gòu) DPPT結(jié)構(gòu) 星形 單體比例
【學(xué)位授予單位】：杭州師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN386;TQ317
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-50
• 1.1 引言11-13
• 1.2 有機(jī)場效應(yīng)晶體管的工作原理,器件結(jié)構(gòu)及發(fā)展歷程13-19
• 1.2.1 有機(jī)場效應(yīng)晶體管的工作原理13-14
• 1.2.2 有機(jī)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)14-17
• 1.2.3 有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷程17-19
• 1.3 有機(jī)半導(dǎo)體材料的分類19-36
• 1.3.1 有機(jī)小分子半導(dǎo)體材料19-28
• 1.3.1.1 有機(jī)小分子p型半導(dǎo)體材料19-25
• 1.3.1.2 有機(jī)小分子n型半導(dǎo)體材料25-28
• 1.3.2 有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料28-36
• 1.4 有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備工藝36-42
• 1.5 本論文的選題依據(jù)42-43
• 1.6 參考文獻(xiàn)43-50
• 第二章 新型并吡咯二酮(DPP)基雙極性有機(jī)場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體材料的合成及性質(zhì)研究50-73
• 2.1 引言50-52
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分52-55
• 2.2.1 原料以及儀器52-53
• 2.2.2 合成步驟53-55
• 2.3 結(jié)果與討論55-71
• 2.3.1 聚合物的GPC數(shù)據(jù)分析55-56
• 2.3.2 聚合物的熱力學(xué)性質(zhì)56-57
• 2.3.3 聚合物的光物理性質(zhì)57-59
• 2.3.4 聚合物的電化學(xué)性質(zhì)59-60
• 2.3.5 聚合物結(jié)構(gòu)的DFT計(jì)算60-62
• 2.3.6 聚合物的XRD分析62-63
• 2.3.7 聚合物的薄膜形貌表征63-65
• 2.3.8 聚合物的OFET性能65-71
• 2.4 本章實(shí)驗(yàn)小結(jié)71-72
• 2.5 參考文獻(xiàn)72-73
• 第三章 新型DPPT系列的有機(jī)場效應(yīng)晶體管(二)73-89
• 3.1 引言73-74
• 3.2 實(shí)驗(yàn)合成與表征部分74-78
• 3.2.1 原料以及儀器74-75
• 3.2.2 合成步驟75-78
• 3.3 結(jié)果與討論78-87
• 3.3.1 聚合物GPC數(shù)據(jù)分析78-79
• 3.3.2 聚合物的熱力學(xué)性質(zhì)79-80
• 3.3.3 聚合物的光物理性質(zhì)80-81
• 3.3.4 聚合物的電化學(xué)性質(zhì)81-82
• 3.3.5 聚合物的DFT計(jì)算82-83
• 3.3.6 聚合物的XRD分析83-84
• 3.3.7 聚合物的薄膜形貌表征84-85
• 3.3.8 聚合物的OFET性能85-87
• 3.4 本章實(shí)驗(yàn)小結(jié)87-88
• 3.5 參考文獻(xiàn)88-89
• 第四章 研究單體組成對DPP系列聚合物性能的精細(xì)調(diào)控89-101
• 4.1 引言89-91
• 4.2 實(shí)驗(yàn)合成與表征部分91-95
• 4.2.1 原料以及儀器91-92
• 4.2.2 合成步驟92-95
• 4.3 結(jié)果與討論95-99
• 4.3.1 DFT計(jì)算的三個(gè)單體的電子云結(jié)構(gòu)95-96
• 4.3.2 聚合物的GPC數(shù)據(jù)分析96-98
• 4.3.3 聚合物的TGA數(shù)據(jù)分析98
• 4.3.4 聚合物的紫外吸收光譜分析98-99
• 4.4 本章實(shí)驗(yàn)小結(jié)99-100
• 4.5 參考文獻(xiàn)100-101
• 第五章 星形聚合物的合成及性能研究101-114
• 5.1 引言101-103
• 5.2 實(shí)驗(yàn)合成與表征部分103-108
• 5.2.1 原料及儀器103-104
• 5.2.2 合成步驟104-108
• 5.3 結(jié)果與討論108-112
• 5.3.1 聚合物GPC數(shù)據(jù)分析108-109
• 5.3.2 聚合物熱重分析(TGA)109-110
• 5.3.3 聚合物的光物理性質(zhì)110-111
• 5.3.4 聚合物的OFET性能研究111-112
• 5.4 本章實(shí)驗(yàn)小結(jié)112-113
• 5.5 參考文獻(xiàn)113-114
• 第六章 總結(jié)與展望114-116
• 附錄116-119

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