[发明专利]一种液晶半导体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种液晶半导体材料及其制备方法和应用。该液晶半导体材料包括有机半导体母核基团、光致变色基团和热致液晶基团，有机半导体母核是整个分子的核心部分，光致变色基团对紫外光和可见光敏感的性质可进行构象或结构上的转变，热致液晶基团赋予分子液晶相的特性从而利用其优越的液晶性质使分子排列更有序，进而实现热致半导体材料并且提高迁移率。采用蒸镀手段将本发明液晶半导体材料制备有机薄膜晶体管，在照射紫外光后器件性能有明显的提升，在紫外光和退火双重作用下器件的性能更是再度提升。此种功能型的半导体材料将实现它们特有的潜质，应用在光电器件中例如智能器件、传感器和功能性开关等等。

技术领域

本发明涉及有机薄膜晶体管材料领域，尤其涉及液晶类功能型有机薄膜晶体管材料及其制备方法和应用。

背景技术

基于有机薄膜晶体管(OTFT)在集成电路，有源矩阵显示、柔性显示和传感器方面的广泛应用，有机半导体在过去的二十年里吸引了大量的关注。与无机薄膜晶体管(基于Si)相比，有机薄膜场效应晶体管(OTFT)拥有许多吸引人的优点，如简单、多样并且低成本的制备方法；丰富并且无穷无尽的分子结构修饰以及随意卷曲和无限拉伸的器件性能。为了更好地实现有机场效应晶体管的应用，我们还需要进一步提高其器件迁移率，空气稳定性等。相对于传统的逐步提高迁移率的方法，我们更倾向于开发新型功能性半导体材料来实现一种途径从而快速提升迁移率。

光控材料作为应用在有机场效应晶体管功能性器件的核心材料目前还存在一些问题：(1)目前报道的大部分有机光控晶体管的有机半导体材料都是针对不同波长可见光的探测，对紫外光探测的研究还相对较少。而紫外探测技术在空间安全通讯、天文观测、燃烧工程、水净化处理、火焰监测等各个方面的巨大的应用前景，以及在紫外探测技术基础上发展起来的紫外制导、紫外预警、紫外通讯等技术在国防领域的巨大价值，因此研究高灵敏、快响应、低噪声、小体积、低功耗且集紫外光检测、调制、开关功能于一体的紫外有机光控晶体管具有重要意义。(2)有机光控晶体管的迁移率还有待提高；(3)用于制备有机光控晶体管的可溶性、可印刷的有机半导体材料较为缺乏；(4)有机光控晶体管器件的稳定性方面有待提高。综上所述，可溶液加工型的高性能的紫外光响应有机半导体材料是一个重要的研究方向。

在众多的半导体材料中，由于并苯类材料的强大的π-π共轭系统使其表现出优秀的器件性能。在近年来，许多研究报道了偶氮苯生色团基于其出众的可逆光异构化特性而具备在可逆的相转移催化、探测器和智能传感器等方面的应用前景。另外，已有研究表明，高度有序的液晶相可促进有机半导体分子在特定方向上更好的进行重排从而提高器件载流子的运输能力。

发明内容

在本发明中首次提出将光致变色基团的一端引入具有高迁移率、大共轭的有机半导体母核基团，并通过在光致变色基团的另一端引入热致液晶基团以获得具有可溶性、高迁移率、优秀的紫外光响应特性的有机半导体材料，并考察其紫外光控晶体管性能。将改进现有的有机半导体材料成为新型功能性半导体材料并推动其在晶体管传感器等领域的发展。几种液晶半导体材料，其分子结构式如下：

其中，取代基R为如下中的任意一种：

m和n的值为1～15。

具体地，本发明设计的液晶半导体材料的分子设计满足以下要求:

(1)具有一个器件性能良好的可以提供较高的载流子运输功能的半导体母核，半导体母核是整个分子的核心部分；

(2)引入一个具有光致变色性质的偶氮苯生色团或有类似性质的功能性基团，该类基团对紫外光和可见光敏感，可进行构象或结构上的转变从而成为整个分子的功能性担当；

(3)添加1‐2个烷基长链或支链用以提高分子的溶解度，并赋予分子液晶相的特性从而利用其优越的液晶性质使分子排列更有序，进而实现热致半导体材料并且提高迁移率。