二噻吩并噻吩衍生物电荷迁移率理论研究(2)
根据电荷载流子在有机半导体中不同的传输方式，有机半导体材料可以分为n-型有机半导体和p-型有机半导体两类。有机半导体最重要的性能参数是电荷迁移率μ和电流开关比Ion/Ioff。为满足光电材料的快速响应需求，则要求有机半导体的电荷迁移率至少达到1cm2/(V•s)和电流开关比至少为106。然而，由于人们对有机半导体材料的基础性质的认识的缺乏，致使n-型有机半导体的发展落后于p-型有机半导体。当前，对n-型有机半导体的基础性质的研究是迫在眉睫的。
n-型有机半导体和p-型有机半导体(OrganicSemiconductor，简称为n-OSC和p-OSC)，分别对应于电子传输和空穴传输，两者共同构筑的有机互补电路具有功耗低、响应速度快、杂讯容限大等优点，这些是成功实现有机电子元器件应用的基础。因此不论是n-型有机半导体还是p-型有机半导体对于有机电子器件的发展都是不可或缺的，两者都是非常重要的，在有机数字电路中都是不可或缺的。然而正是前文提到的，因为人们对有机半导体材料的基础化学性质缺乏全面的了解，致使而n-型有机半导体的发展却远远落后于p-型有机半导体[1-2]。而n-型有机半导体相较于p-性有机半导体具有高电子迁移率和空气稳定性而且可溶液加工，但因为其的短缺，大大限制了有机电路与有机器件的发展。
基于有机半导体制备的有机场效应晶体管(OrganicField-effectTransistors,OFET)又称薄膜晶体管(OrganicThinFilmTransistors,OTFT)是目前评价有机半导体的重要手段。有机场效应晶体(OFET)首次出现于1986年[3],一经问世就收到了学术界与商业的广泛关注，因为其极佳的柔韧性和制备的低成本性，可用于多种电子器件的制造领域。有机半导体是有机场效应晶体管中重要组成部分，有机场效应晶体管最重要场效应迁移率μ和电流开关比Ion/Ioff就对应于其应用的有机半导体的电荷迁移率好电流开关比[4-5]。迁移率越高器件的反应速度就越快越利于实际应用，出于对此的考虑，要求OFET的迁移率至少达到0.01cm2/(V•s)，开关比大于103[12]。有机场效应晶体管(OFET)的场效应迁移率同时也与有机半导体材料的分子结构有关,特别是受分子的共轭性及聚集态堆积所影响[3]。因此,设计同时具有高迁移率和分子结构稳定性的新型有机半导体材料是十分必要的。
2有机半导体(OSC)材料研究现状
3研究问题与方法
3.1研究内容
有机半导体材料和器件的兴起不是偶然的，这是由于其相对于传统无机固态半导体有着许多的优点，有机分子种类繁多化，学结构易于改变，有利于材料和器件的设计；有机高分子既能导电，又能发光，便于光电集成；制备简便，可通过化学反应进行制备[24-26]。但我们也应看清有机半导体的发展与应用仍存在着关键性问题需要克服。
本课题以含S原子的n-型有机半导体分子为研究对象，重点研究稠环分子结构、杂原子和吸电子基团(-F)对其稳定性和电子传输性能的影响。以晶体中不同堆积方式的邻近分子作为分子间电荷传输的基本单元，求得分子间电子耦合交换积分。基于跳跃模型和Marcus电荷转移理论求得电荷扩散系数和电子迁移率。阐明能带结构、杂原子d轨道特征、π共轭电子云密度分布和分子间堆积方式与电荷传输性质之间的关系。揭示调控n-型有机半导体性能的关键因素。
3.2n-型有机半导体分子的设计、优化与筛选
有机半导体的候选物为：含S杂原子芳环，经相互稠合或与苯环稠合，形成线型、梯形、星形、三角形、V形、盘形等稠芳环母体。并在稠芳环上直接连接-F、-CN、-CnF2n+1、-C6F5等吸电子基团。接入的位置以保持稠芳环平面结构不受影响为宜。基于此，我们选择了7H-cyclopenta[b]thieno[2,3-d]thiene-2,6-
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