[发明专利]一类含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物及其在场效应晶体管中的应用

说明书

本发明公开了一种含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物及其制备方法与应用。该共轭聚合物的结构如式I所示。该类聚合物具有较宽的紫外‑可见‑近红外吸收光谱、良好的热学稳定性，具有合适的前沿轨道能级，有利于空穴和电子注入，可以制备较空气稳定的双极性场效应晶体管。该化合物的合成路线简单、有效；原料为商业化的廉价产品，合成成本低；合成方法具有普适性。以本发明含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物为有机半导体层制备的PFET的迁移率和开关比都比较高，式(I)的迁移率最高为0.53cm²V^‑1s^‑1，开关比大于10⁴；在PFET器件中有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于有机半导体材料技术领域，具体涉及一类含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物及其在场效应晶体管中的应用。

背景技术

有机场效应晶体管是一种通过电场来控制材料导电能力的有源器件。以π-共轭的聚合物为载流子传输层的场效应晶体管亦称之为聚合物场效应晶体管(Polymer field-effect transistors,简称PFETs)，近年来相关研究取得了飞速的发展。相比传统的无机半导体材料，有机半导体材料，特别是聚合物半导体材料具有众多独特优势，诸如材料种类繁多，可以通过分子设计来调控材料的各种化学、物理特性，从而调控半导体器件的性能；具有良好的柔韧性和弹性，与轻质塑料衬底具有良好的兼容性，可以低温制备柔性有机光电子器件；可以采用溶液旋涂、打印或者印刷加工技术，大面积制备低成本的有机光电子器件与电路，有望成为下一代柔性显示中电路的关键元器件，在电子商标、智能卡、存储器、电子纸、传感器和有源矩阵显示器等方面，具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。

相比p-型和n-型聚合物材料，尽管双极性聚合物半导体材料的研究工作也取得了较大进展，但双极性聚合物半导体材料的稳定性，迁移率与p-型和n-型有较大的差距。目前，具有较高空穴迁移率和电子迁移率的双极性聚合物半导体材料仍然局限于少数吡咯并吡咯二酮(DPP)结构单元衍生聚合物，并且大部分双极性材料的空穴迁移率和电子迁移率比值较大，很少能得到在空气中迁移率平衡的双极性材料。(B.Kang,R.Kim,S.B.Lee,S.K.Kwon,Y.H.Kim and K.Cho,J Am ChemSoc,2016,138,3679-3686.K.Kawabata,M.Saito,I.Osaka and K.Takimiya,J Am ChemSoc,2016,138,7725-7732.)。开发高性能、空气稳定的双极性聚合物半导体材料的最大难点在于前沿轨道能级的精确调控，例如：可以引入强吸电子的氟原子，氰基，氮杂环等。因为只有合适的最高占有轨道(HOMO)能级(-5.1±0.3eV)和最低未占有轨道(LUMO)能级(-4.0eV左右)，才有利于空穴和电子的有效注入，从能获得较高的载流子迁移率，另外也有利于获得高空气稳定的聚合物场效应晶体管器件(Salleo,A.Mater.Today2007,10,38；Wang,C.L.；Dong,H.L.；Hu,W.P.；Liu,Y.Q.；Zhu,D.B.Chem.Rev.2012,112,2208)。对供-受型(D-A)聚合物半导体材料来说，尽管人们已经发现其HOMO能级主要取决于供电单元的HOMO能级，而其LUMO能级主要取决于受电单元的LUMO能级,但是双极性聚合物材料的研发依然受困于不可预知的供、受体间的电子推拉作用力大小，材料分子在薄膜中的聚集态结构等等。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一类含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物及其在场效应晶体管中的应用。

本发明的第一目的提供一类含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物，所述的含有氟代苯乙烯噻吩结构共轭聚合物的结构式如式I所示：

所述式I中，R为C₁-C₁₀₀的直链或支链烷烃基；