高性能聚合物材料的合成及在场效应晶体管中的应用

　　共轭聚合物光电子材料是有机光电子材料的重要组成部分，尤其是在可溶液法加工的有机光电子器件制备方面有着明显的优势。因此，发展高性能的可溶液法加工的P-型有机半导体材料，是制备大面积、低成本的有机电路的迫切需要。中国科学院化学研究所有机固体实验室刘云圻课题组研制了一类可溶液法加工的、具有良好空气稳定性和热稳定性的高性能P-型聚合物半导体材料PDVT，溶液法加工场效应器件（BGBC结构）研究结果表明：两个聚合物都表现出良好的空穴迁移性能，其迁移率均高于2.0 cm²/V.s，电流开关比大约在10⁵~10⁷。其中，含长链侧基的聚合物PDVT-10的迁移率最高可以达到8.2 cm²/V.s，这一结果是目前所报道的溶液法加工聚合物场效应器件的最高迁移率。（图1）

图1 共轭聚合物PDVT-8和PDVT-10的分子结构

　　聚合物材料的π-π堆积距离对于解释有机半导体特性来说是一个重要的参数。中国科学院化学研究所有机固体实验室刘云圻课题组在北京同步辐射装置1W1A-漫散射实验站，采用掠入式X-射线衍射(GIXRD)解析了聚合物PDVT-8 和PDVT-10薄膜的堆积形态（图2）。两个聚合物的d-d分别为19.44 Å 和21.11 Å,π-π 分别为 3.72 Å 和3.66 Å。这一相对较小的d-d 和π-π堆积间距都是十分有利于载流子传输。另外，小的d-d堆积间距，使得聚合物骨架上的烷基链紧密的交错排列，从而有效的阻止了氧、水等不利于电子传输的物质的入侵。这是此材料有良好的空气稳定性和热稳定性的原因。

图2 (a) PDVT-8与PDVT-10薄膜材料的面外GIXRD数据；(b) PDVT-8与PDVT-10薄膜材料的面内GIXRD数据；(c) 聚合分子可能的排列模型。

　　柔性的有机场效应晶体管及倒相器制备成功，证明此材料在低成本、大面积加工的有机电子学中有着重要的潜在应用价值。相应的结果发表在国际著名杂志《先进材料》上（Adv. Mater. 2012, 24, 4618–4622），并被选为当期封面（图3）。

图3相关研究结果发表《先进材料》上并被选为封面文章