[发明专利]一种半导体材料及制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种高性能有机薄膜晶体管p型半导体材料、其制备方法、器件制作及应用，所述材料为基于BTBT核的一系列衍生物。所述材料为使用偶联反应而得，以其作为有机半导体的OTFT器件，具有迁移率高、阈值电压较低、稳定性较好等特点，可以解决现有BTBT基材料阈值电压高，难以进一步应用于实际应用中的问题。

技术领域

本发明涉及有机光电材料器件领域，特别涉及一种高性能有机薄膜晶体管半导体材料及制备方法与应用。

背景技术

有机薄膜晶体管(OTFT)是一种利用有机材料作为载流子传输层的薄膜场效应管。它是一种通过电压来控制器件，即通过改变电场从而控制固体材料导电能力的有源器件。而其中的有机半导体材料，与无机半导体材料相比，更具有易修饰、制作工艺简单、成本低廉，并且可以制备尺寸小、柔性的电子元器件的优点，因而具有非常广阔的应用前景。

OTFT的器件性能取决于很多因素，其中有机半导体的本征性质对其有决定性的影响。半导体分子本身的电子云分布及其分子间的电子云重叠程度很大程度上影响了器件的性能。具有π共轭特征的BTBT核的有机半导体有很高的电子云重叠程度，受到了广泛的关注。

然而，由于BTBT核的有机半导体材料有相对较低的HOMO能级，在OTFT器件中与金电极的功函不匹配，因而其阈值电压相对较大，限制了BTBT核有机半导体材料的进一步应用。

发明内容

本发明提供一种高性能有机薄膜晶体管半导体材料，其分子结构式通式如图1。

其中，所述R为-C_nH_2n+1，1<n≤50；所述烷基链可为直链或叉链；

具体地，本发明将氧烷烃链引入具有强π共轭特征的BTBT-Ph，从而通过有机半导体氧烷烃链的强给电子能力提升材料的HOMO能级，从而减小OTFT中其与金电极功函的带隙，进而降低半导体材料与电极之间的接触电阻，减小OTFT的阈值电压；

本发明还提供该有机薄膜晶体管半导体材料的制备方法，统一表示如图2所示。

其中，所述R为-C_nH_2n+1，1<n≤50；所述烷基链可为直链或叉链。所述半导体材料由两种中间产物在催化剂的作用下通过Suzuki coupling获得；

本发明还在于保护所述有机薄膜晶体管半导体材料在用于制备包括但不限于有机薄膜晶体管等各种装置中的应用；

进一步，本发明还在于保护含有所述半导体材料的器件；

器件优选为有机薄膜晶体管器件，所述器件有机半导体薄膜可采用蒸镀或溶液旋涂等方式得到，本发明优选薄膜制备方法如下：

将有机半导体材料在真空条件下加热升华，从而在通过OTS预处理过的Si/SiO2上冷却沉积，从而形成有机薄膜晶体管薄膜。其中，源极、漏极金属如Au等在同样的真空条件下蒸镀得到，进而得到有机薄膜晶体管器件。

本发明中所述的半导体材料为基于BTBT核的一系列衍生物。所述材料为使用偶联反应而得，以其作为有机半导体的OTFT器件，具有迁移率高、阈值电压较低、稳定性较好等特点，可以解决现有BTBT基材料阈值电压高，难以进一步应用于实际应用中的问题。

附图说明

图1为本发明所述有机薄膜晶体管半导体材料分子结构式；

图2为本发明所述有机薄膜晶体管半导体材料制备方法示意图；

图3为本发明实施例1中所述2-(4-正辛基氧基苯)[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩分子结构式；

图4为本发明实施例1中所述半导体材料与类似烷基链材料的HOMO、LUMO能级计算结果对比图；