[发明专利]有机半导体材料组合物和有机场效应晶体管的半导体层及其制备方法

说明书

技术领域

本公开涉及有机电子器件，具体地，涉及一种有机半导体材料组合物和有机场效应晶体管的半导体层及其制备方法。

背景技术

有机场效应晶体管(Organic Thin Film Transistor,OFET)因其应用前景广泛，成本低，制备方便，引起人们的普遍兴趣。OFET由电极(源极、漏极、栅极)、绝缘层和有机半导体层组成，目前OFET的电极部分多由真空蒸镀方法制备，绝缘层多由旋涂方法制备，半导体层则多由滴膜或者旋涂工艺制备。

有机半导体是OFET的重要组成部分，根据传输载流子的类型，有机半导体分为传输电子的n-型材料和传输空穴的p-型材料。对于OFET的重要应用之一，有机互补电路(Organic Complementary Circuits)，这两种材料都不可或缺，但是目前仍然缺少空气稳定的可溶液加工的n-型材料，因此p型材料的发展远好于n-型材料。

实现有机场效应晶体管的大面积制备的重要途径之一是全打印OFET(即电极，绝缘层和半导体层三个部分的制备都依靠打印的工艺完成)。目前全打印的OFET器件，尤其是基于n-型半导体材料的OFET鲜有报道。

现有的n-型半导体材料无法满足可在空气中打印并后处理制备全打印OFET的工艺要求，因此难以实现大面积制备，此外，现有的n-型半导体材料无法在柔性基底上制备有机场效应晶体管器件，限制了相关器件的广泛应用。

发明内容

本公开的目的是：第一方面，提供一种有机半导体材料组合物，该组合物可以用于通过打印法制备有机场效应晶体管的半导体层；第二方面，提供一种采用本公开第一方面所提供的组合物制备有机场效应晶体管的半导体层的方法；第三方面，提供一种本公开第二方面所提供的方法所制作的有机场效应晶体管的半导体层；第四方面，提供一种含有本公开第三方面所提供的半导体层的有机场效应晶体管。

为了实现上述目的，本公开第一方面，提供了一种有机半导体材料组合物，该组合物含有萘二酰亚胺衍生物、聚合物添加剂和有机溶剂；相对于1mL的所述有机溶剂，所述萘二酰亚胺衍生物的含量为1-40mg，所述聚合物添加剂的含量为1-40mg；所述聚合物添加剂为绝缘聚合物和/或半导体聚合物；所述萘二酰亚胺衍生物具有如式(1)所示的结构：

其中，R₁和R₂各自独立地选自C₁-C₃₀的烷基。

可选地，所述聚合物添加剂的重均分子量为10,000-8,000,000。

可选地，所述萘二酰亚胺衍生物和所述聚合物添加剂的重量比为1：(0.5-1.5)。

可选地，所述绝缘聚合物为选自聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；所述半导体聚合物为p型半导体聚合物，所述p型半导体聚合物为选自聚-3-己基噻吩、含有烷基取代的吡咯并吡咯二酮单元的聚合物、含有苯并噻二唑单元的聚合物、含有苯并二噻吩单元的聚合物或含有异靛蓝单元的聚合物中的至少一种。

可选地，所述聚合物添加剂为绝缘聚合物，所述绝缘聚合物为聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯，所述聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为1：(0.1-5)。

可选地，所述有机溶剂为选自甲苯、间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、1,2,3-三甲苯、1,2,4-三甲苯、1,3,5-三甲苯或四氢萘中的至少一种。

可选地，所述有机溶剂为选自1,2,3-三甲苯、1,2,4-三甲苯、1,3,5-三甲苯或四氢萘中的至少一种。

可选地，该组合物20℃下的粘度为0.6-6mPa·s。

本公开第二方面，提供了一种制备有机场效应晶体管的半导体层的方法；该方法包括采用溶液法将本公开第一方面所提供的有机半导体材料组合物加工成膜并进行后处理，得到所述有机场效应晶体管的半导体层；所述溶液法为选自滴膜、喷墨打印、丝网印刷、旋涂或刮涂中的至少一种。

可选地，所述溶液法为喷墨打印或滴膜。

可选地，所述后处理的温度为100-170℃。

可选地，该方法还包括：在所述喷墨打印步骤之前，使本公开第一方面所提供的有机半导体材料组合物混合后依次进行搅拌、超声和过滤。

本公开第三方面，提供一种本公开第二方面所提供的方法所制作的有机场效应晶体管的半导体层。

本公开第四方面，提供一种有机场效应晶体管，包括基底、绝缘层和电极，所述有机场效应晶体管还包括本公开第三方面所提供的半导体层。