[发明专利]半导体材料、场效应晶体管器件、双极性半导体及应用

说明书

本发明属于双极性半导体技术领域，公开了半导体材料、场效应晶体管器件、双极性半导体及应用，本发明的半导体材料为具有近距离的强π‑π作用的交叉偶极式分子堆积方式形成的晶体材料；晶体材料由经化学修饰后具有给、受体结构的D‑A‑D型分子AzoO₂‑PDI有序排列而成。本发明通过巧妙的分子设计和化学修饰得到D‑A‑D型飞鱼状分子AzoO₂‑PDI，分别利用了作为侧基修饰基团的两偶氮酚氧基的弱给电子效应及位阻效应，从分子和晶体材料两个层次，达到了降低能隙、微调前线轨道分布促进电子和空穴的注入，以及形成具有强的π‑π作用的交叉偶极式分子堆积加强PDI核间的波函数重叠和电子耦合，促进电子和空穴的有效传输的双重目的。

技术领域

本发明属于双极性半导体技术领域，具体涉及半导体材料、场效应晶体管器件、双极性半导体及应用。

背景技术

半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种，双极性半导体是指半导体器件中包含p型和n型两种半导体。p型半导体指半导体中掺入三价元素杂质，如硅中掺入杂质硼，这样的半导体中多数载流子是空穴；N型半导体指半导体中掺入五价元素杂质，如硅中掺入杂质磷，这样的半导体中多数载流子是电子。当p型半导体与n型半导体接触时会在接触面上形成PN结，即是PN结二极管。双极结型晶体管也就是BJT、三极管，其原理都是以PN结为基础的。然而市面上各种的双极性半导体仍存在各种各样的问题。

苝酰亚胺(PDIs)是一种多环芳香族电子传输(n-型半导体)材料，具有良好的热光稳定性和高的电子亲和力，是构建自组装纳米光电材料的重要组成部分。PDIs在固态下容易排列成一维的晶态材料，导致高电导率。

双极性有机场效应晶体管由于其在互补电路(如逆变器)上的潜在应用，以及在制备过程中不需要复杂的多步沉积过程等优势引起了人们极大的兴趣，特别是由沟道、对称源极-漏极电极及单电荷传输层组成的双极性晶体管，由于在柔性、低成本和轻量化的光电器件方面的方便制备而受到广泛的研究。而制造单组分双极性有机场效应晶体管的关键问题之一是化学修饰有机半导体的分子结构，降低其HOMO-LUMO能级差即带隙并使HOMO和LUMO的能级相较于金属电极的费米能级尽量对称的分布，以保证电子和空穴两种电荷的有效注入。此外，分子间长程有序的强π-π密堆积也是保证其双极性电荷有效传输，得到高迁移率双极性场效应晶体管的重要因素。但是目前同时实现上述要求仍是一个挑战，为此本发明提出一种半导体材料、场效应晶体管器件、双极性半导体及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供半导体材料、场效应晶体管器件、双极性半导体及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：半导体材料，所述半导体材料为具有近距离的强π-π作用的交叉偶极式分子堆积方式形成的晶体材料；

所述晶体材料由经化学修饰后的D-A-D型分子有序排列而成。

进一步，所述D-A-D型分子为N,N'-二环己基-1,7-二(偶氮酚氧基)-3,4,9,10-苝二酰亚胺，化学结构通式为：C₆₀H₄₆N₆O₆；

本发明另一目的在于提供半导体材料的制备方法，包括：

D-A-D型飞鱼状分子的合成；通过侧基的电子效应，降低能隙并调整HUMO-LUMO能级分布令其与金属电极的费米能级匹配，促进电荷的有效注入；

具有近距离的强π-π作用的交叉偶极式分子堆积方式形成的晶体材料的制备。