二酰亚胺类双极性有机半导体材料的设计合成及其场效应性能研究

The performance of ambipolar organic field-effect transistors (OFETs) were mainly determined by the structures and the electronic properties of the ambipolar organic semiconductors.Diimides, the representative electron-deficient π-units with structural diversity, thermal/photochemical stability, high electron affinity and strong π-stacking behavior in the solid-state, are the most promising electron accepting building blocks for developing ambipolar organic semiconductors. In this project, we will design and synthesize many diimide-based.ambipolar organic semiconductors,and investigate the relationships between molecular structures and absorptionspectra, energy levels, charge carrier mobility and their field-effect properties.Through the balance of molecular preparations, the charge-carrier transportingproperty, the processability of materials and the processing of the thin film formation including the film quality and the film morphology, meanwhile adopting different self-assembly layer (SAM) materials, we will fabricate high-performance,air-stable, solution-processed ambipolar OFETs. The development of novel andefficient diimide-based ambipolar organic semiconductors has great significance for both fundamental theoretical investigations and practical applications of organic field-effect transistors.

双极性有机场效应晶体管能简易实现互补逻辑集成电路（IC）的构筑，其性能主要取决于活性层双极性有机半导体材料分子的结构和电子性质。作为代表性的缺电子π共轭单元，二酰亚胺分子具有结构多样性、热/光化学稳定性好、电子亲和势高以及固态中较强的π-堆积行为，是开发双极性有机半导体材料最有前途的电子受体构建单元。本项目拟设计合成多种二酰亚胺类双极性有机/聚合物半导体材料，研究材料分子结构与吸收光谱、电子能级、载流子迁移率以及场效应性能之间的内在关联性。通过优化分子的易制备性、载流子的传输性能、材料的可溶液加工性以及加工成膜过程中膜的质量和形貌等各种因素，同时利用自组装膜材料对涉及载流子的注入、聚集和传输的界面进行修饰，最终实现空气稳定的、可溶液加工的高性能双极性有机场效应晶体管。新型高效的二酰亚胺类双极性有机半导体材料的开发，对有机场效应晶体管的基础理论研究和和实际应用均具有重要意义。

双极性有机场效应晶体管能简易实现互补逻辑集成电路（IC）的构筑，其性能主要取决于活性层双极性有机半导体材料分子的结构和电子性质。作为代表性的缺电子π共轭单元，二酰亚胺分子具有结构多样性、热/光化学稳定性好、电子亲和势高以及固态中较强的π-堆积行为，是开发双极性有机半导体材料最有前途的电子受体构建单元。本项目设计合成了多系列二酰亚胺类双极性有机半导体材料，系统地研究了材料分子结构与吸收光谱、电子能级、载流子迁移率以及场效应性能之间的内在关联性。通过优化分子的易制备性、载流子的传输性能、材料的可溶液加工性以及加工成膜过程中膜的质量和形貌等各种因素，同时利用自组装膜材料对涉及载流子的注入、聚集和传输的界面进行修饰，实现了空气稳定的、可溶液加工的高性能双极性有机场效应晶体管。本项目的主要研究工作和结果：1) 设计合成了三个系列基于萘并二噻吩二酰亚胺(NDTI)的新型n型/双极性有机半导体材料，最大空穴和电子迁移率分别为为0.32 cm2 V-1s-1和0.03 cm2 V-1s-1；2) 设计合成了二个系列基于二噻吩并蒄二酰亚胺（DTCDI）基的新型n型/双极性有机半导体材料，最大空穴和电子迁移率分别为为0.026 cm2 V-1s-1和0.036 cm2 V-1s-1；和3）设计合成了二个系列基于4,5,9,10-芘二酰亚胺(PyDI)的新型n型有机半导体材料。本项目在Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials and Interfaces、Journal of Materials Chemistry C、Dyes and Pigments、ACS Applied Electronic Materials等国际期刊上共发表论文12篇。新型高效的二酰亚胺类双极性有机半导体材料的开发，对有机场效应晶体管的基础理论研究和和实际应用均具有重要意义。