论文部分内容阅读
近年来，有机共轭聚合物由于其优异的电学及可加工性能，被认为是最有潜力的半导体材料。有机共轭聚合物由主链和侧链组成，其中，对于主链共轭骨架的研究最受关注。相比于主链，最近人们发现侧链不仅可以起到促溶作用，而且侧链对聚合物的堆积、形貌等调控作用明显，进而可影响其半导体性能。基于此，本论文围绕侧链对有机共轭聚合物的影响这一课题，设计合成了含硅氧烷基、三甘醇和四甘醇侧链的有机共轭聚合物，并研究了含官能团侧链对其半导体性能的影响。主要结果总结如下: 1、设计合成了硅氧烷基链修饰的基于Pechman染料(BPD)的聚合物PBPDT-Si和PBPDSe-Si，并合成了烷基支链修饰的聚合物PBPDT和PBPDSe作为对比。硅氧烷基链的引入改变了基于BPD的聚合物主链的堆积方式和薄膜形貌，从而具有更优的双极性传输性能:硅烷烷基链修饰的聚合物其迁移率高于烷基支链修饰的聚合物，且双极性传输更加均衡。其中，PBPDT-Si及PBPDSe-Si的薄膜的平均空穴迁移率和电子迁移率的比值（μhave/μcave）分别为0.9及1.3，优于聚合物PBPDT(2.5)和PBPDSe(5.3)。聚合物PBPDT-Si薄膜空穴迁移率和电子迁移率最高分别可达到0.87cm2V-1s-1和0.74cm2V-1s-1。 2、设计合成了三甘醇链(TEG)修饰的基于吡咯并吡咯二酮(DPP)的聚合物PDPP3T-1和PDPP3T-2。其中，PDPP3T-1中的每一个DPP单元同时含有烷基链和三甘醇链，三甘醇链在PDPP3T-1中呈均匀分布，而PDPP3T-2中部分DPP单元含有三甘醇链，三甘醇链和烷基链分别修饰不同的DPP单元，并采取混聚的方式聚合。研究结果表明，三甘醇链的引入方式对分子间堆积产生了重要影响:PDPP3T-1薄膜表现出更好的薄膜形貌和有利于电荷传输的edge-on堆积方式，未退火的情况下最高迁移率即可达到2.6cm2V-1s-1，这一结果优于PDPP3T-2和烷基侧链修饰的聚合物PDPP3T。同时，由于三甘醇链的引入，PDPP3T-1薄膜晶体管器件成功地用于乙醇气体的传感，最低检测限达到100ppb。 3、进一步设计合成了四甘醇链(TEEG)修饰的聚合物PDPP3T-3。利用PDPP3T-3较好的亲疏水性质，其能在气-液界面形成稳定的单分子层薄膜。我们进一步采用Langmuir-Schaefer技术制备了单分子层超薄膜，发现其单层薄膜场效应晶体管的空穴迁移率可达0.014cm2V-1s-1。利用单层薄膜晶体管的特点，我们制备了高灵敏度的乙醇气体传感器(1ppb)。同时，我们还研究了基于2、3、5层超薄膜的场效应晶体管的半导体性能。