p-型与n-型高迁移率蒽衍生物发光半导体材料的合成与性能研究

Along with the development of organic semiconductors, multifunctional materials have drawn worldwide interest. Among that, materials combining high mobility with high fluorescent efficiency have aroused great attention. A lot of efforts have been devoted to the design and synthesis of high mobility emissive materials, in the mean time, study of the structure-property relationships and searching of the materials design principles and device optimization methods have became key points in this area. Design and screening of promising emissive anthracene derivatives with high p-type and n-type charge transport properties will be carried out in this project, followed by their application in filed-effect transistors and light emitting transistors. The study of the single crystal structures and physicochemical properties will be especially discussed for the study of the structure-property relationships. Meanwhile, the optimization of dielectric and electrode modifications will be carried out for the light emitting transistors for further exploration and improvement of device performance.

随着有机半导体材料的发展，材料的多功能化备受关注，同时具有高迁移率与高发光效率的材料的研究也引起了重视。当前，高迁移率发光半导体材料的研究重点在于设计、合成该类材料的同时，对材料的结构-性能关系进行总结与概括，并在大量的对比试验中总结出具有普适性的材料设计与器件优化的规律。在本项目中，我们拟从合成和筛选具有不同取代方式和取代位点的蒽衍生物出发，设计合成p-型、n-型高迁移率发光半导体材料，探索材料在场效应晶体管及发光晶体管中的应用。利用单晶X-射线衍射等手段，解析晶体中分子的相互作用和堆积模式，在表征和分析材料的物理化学性质的基础上，理解化学结构-堆积结构-发光性能-电荷传输之间的关系，为高迁移率发光半导体材料的结构设计提供依据。同时，在器件方面，基于p-型及n-型高迁移率发光材料，采用多种不同的衬底修饰和电极修饰手段，构筑高迁移率发光晶体管，为器件结构的优化提供新思路。

高迁移率有机发光材料是构筑有机发光晶体管及有机点泵浦激光的材料基础。但目前报道的高迁移率材料普遍具有较低的发光特性，而具有高发光效率的材料，其电荷传输特性也普遍较低。尽管发光材料与高迁移率材料的结构特点具有较大的差异，甚至互相矛盾，但丰富的有机材料体系还是为解决这一矛盾提供了可能。比如，我们可以从具有较好固态发光特性的分子结构出发，通过对发光骨架的进一步衍生，获得具有一定平面性和较大共轭度的分子，这虽然会损耗材料的发光效率，但会改善材料的电荷传输特性。在这一方面，并苯材料体系中的并四苯和蒽具有先天的优势，尤其是蒽，其单晶具有高达64%的荧光效率，通过对其进行衍生，就有可能在保持材料固态发光特性的同时，实现电荷传输。在此项基金项目的支持下，我们做了系列工作，并取得了一定成果。例如我们开发的不对称材料的单晶迁移率达到了10 cm/Vs，晶体发光效率也达到了30%。不仅如此，在理论计算的指导下，我们也发现了不对称蒽衍生物材料在高迁移率发光半导体材料中的优势，并因此衍生出了系列化合物，进一步佐证了理论计算的结果。除此之外，在此基金的支持下，我们在超薄晶体的制备和应用方面也做了一些工作，并取得了一定成果。