高迁移率聚合物半导体材料资料文档.pdf

2015 年 第 60 卷 第 23 期：2169 ~ 2187 《中国科学》杂志社 评 述 SCIENCE CHINA PRESS 高迁移率聚合物半导体材料 ①② ①② ② ①②* ②* 冯琳琳 , 顾鹏程 , 姚奕帆 , 董焕丽 , 胡文平 ① 首都师范大学化学系, 光功能材料与器件北京市重点实验室, 北京 100048; ② 中国科学院化学研究所有机固体实验室, 北京 100190 * 联系人, E-mail: dhl522@, huwp@ 2015-04-16 收稿, 2015-06-02 接受, 2015-06-30 网络版发表 国家自然科学基金、北京市科技新星(Z131101000413038)和北京市属高校创新团队建设提升计划 (IDH资助 摘要 作为有机场效应晶体管的重要组成部分, 有机半导体材料对器件性能有着重要的影 关键词 响. 相对于小分子半导体材料而言, 聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室 聚合物 温制备等优势, 得到了研究者的广泛关注和研究. 从20 世纪70 年代至今, 聚合物半导体材料 半导体材料 高迁移率 及其光电器件均得到了突飞猛进的发展. 经过研究者们的不断探索创新, 各种结构新颖的聚合 物半导体材料层出不穷, 器件制备工艺也不断优化改进, 使得聚合物场效应晶体管的载流子迁 –5 2 –1 –1 2 –1 –1 移率从早期的10 cm V s 提升到了如今的36.3 cm V s , 在聚合物场效应材料分子结构的 设计合成方面积累了丰富的经验, 同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断 明朗. 本文以分子结构作为切入点, 分别从p 型、n 型及双极性3 种载流子传输类型方面对近5 年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳, 同时还简要分析了聚合物半导 体材料中的电荷传输机制及优化方法, 希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导 体材料及器件构筑起到一定的指导作用. 20世纪70年代末, Heeger[1]发现聚乙炔通过掺杂 对共轭聚合物的主链和侧链进行适当的裁剪和修饰 可实现金属量级的导电率, 打破了聚合物只能做电 可以实现对聚合物半导体材料结构和分子能级的一 绝缘体的传统观念, 引起了人们对于共轭聚合物材 系列调控, 从而实现对其物理性能和成膜特性等的 料的研究兴趣[2,3]. 至今, 聚合物半导体材料的发展 调控, 获得大量适用于不同领域的聚合物半导体材 过程经历了3个主要阶段, 以聚乙炔为代表的第1代 料[4,5]. 另一方面, 随着人们对大量不同分子结构和 聚合物半导体材料; 以聚噻吩、聚亚苯基乙烯为代表 器件性能关系研究的不断拓展, 为新型有机半导体 的可溶液加工的第2代聚合物半导体材料; 以及近些 材料的设计合成提供了有力的依据, 使得种类繁多 年发展起来的给体- 受体类第3代聚合物半导体材 的优异聚合物半导体材料不断出现. 因此, 经过四十 料[2]. 与传统的无机半导体材料相比, 聚合物半导体 几年的不断发展, 聚合物半导体材料及其光电器件 材料具有质轻、价廉、可溶液加工和柔韧性好等优点, 的性能均得到了突飞猛进的发展