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内容

含硼氮配位键n—型稠环分子

 

       面向有机薄膜晶体管器件,相对比p-型有机半导体材料,n-型有机半导体材料的种类/数量少、迁移率低、稳定性差。n-型有机半导体材料常采用酰胺基团、醌式结构、氮杂结构等缺电子结构,通过构筑芳香稠环结构进行分子设计,一方面降低分子LUMO能级提高电子注入效率和稳定性,另一方面提高分子间π相互作用,增强分子间电子耦合,获得高电子迁移率的有机半导体材料体系。

        鉴于并苯具有芳香稠环结构和紧密二维π堆积方式,展现突出的p-型半导体性质,我们提出采用硼氮配位键大幅降低并苯的LUMO能级实现n-型并苯的思想。开发出含有两个B←N键、线型共轭结构由六/八个六元环组成的新型并苯。发现B←N键具有独特的电子特性,一方面使这类并苯的LUMO轨道离域在整个并苯结构上,另一方面降低共轭稠环的芳香性。含B←N键并苯具有低LUMO/HOMO能级,基于含B←N键并八苯的溶液加工型有机薄膜晶体管,器件表现出空气稳定的纯n-型半导体传输特性,取得了0.21 cm2 V−1 s−1的电子迁移率和105−106的开关比。以上研究结果表明,有别于采用酰胺基团、醌式结构、氮杂原子等缺电子结构设计n-型有机半导体材料的传统思路,我们基于硼氮配位键降低共轭分子LUMO/HOMO能级的基本原理,发展一类具有n-型半导体性质的含硼氮配位键稠环分子体系,为发展n-型有机半导体材料开辟了新思路。