低能垒电荷迁移的有机半导体的合成与场效应管性能

To greatly improve the mobility of the OFETs set, the re-organization energy between the molecule and the cation/anion should be much less than 0.1 eV, the tipical value of the well known OFETs compound pentacene. With this ideal in mind, this project try to design such pi-functional molecules which have extremely low energy barrier for charge transport. We found that the re-organization energy of the C2v symmetric rigid molecules can be low down to 0.05 eV. The significance of the C2v symmtry to the high performance OFTTs has therefore been revealed. Several this kind of new compounds have been deliberately designed, including the type of the N-in-centre bis-fused-acene (such as the compound N-7 and N-5-O) and the types of the N-on-edge bis-fused-acene (such as the NH-5), as well as the tris-fused-acene O-9 and the bis-TTF derivative DT-TTP. This project will carry out the material design into execution, synthesizing and preparing such OEFTs materials which will have the mobility larger than the present best OEFTs compounds.

为了大幅度提高有机场效应管（OFETs）的迁移率，材料的分子与离子之间的构型重组能应当远小于并戊苯的0.1 eV。 本项目以此功能指标为导向，进行具有低能垒电荷迁移特征的分子结构选型。提出若干种 pi-电子高度离域的、构型高度刚性的、C2v对称的分子结构，其计算重组能可以降到0.05 eV左右，揭示了刚性C2v结构对高迁移率OFETs 材料的意义。 项目设计了一组这样的新化合物作为合成目标，包括以N-7 和N-5-O 为代表的中心氮杂双层多苯稠环化合物，NH-5 等边缘氮杂双层多苯稠环物, O-9 等三层多苯稠环物，以及并二TTF衍生物等。项目将全力合成上述化合物，在此基础上制做性能优异的场效应器件，在迁移率方面取得大的突破。

项目致力于发展pi-电子高度离域而分子骨架高度刚性的，平面C2v对称型为主的，低电荷迁移能垒和高迁移率的稠杂环芳香化合物。主要研究结果如下：在大量理论计算基础上，揭示了刚性C2v点群的平面pi-共轭分子对于有机半导体的电荷传输的意义，这种分子可具有很低的电荷迁移能垒，可保持分子与阳离子的点群不变，因而可具有高的迁移率。合成了吖啶酮的吲哚衍生物和苯并噻吩衍生物两个系列的C2v点群的p-型有机半导体化合物，并精确测定晶体结构，其中多数化合物的重组能在0.09-0.11 eV的低值范围, 若干吖啶酮衍生物的迁移率计算值大于10 cm^2/Vs。 合成了若干并二TTF (tetrathiafulvalene) 型有机半导体化合物，单晶的电导率和场效应迁移率的实测值分别达到 1.0 (ohm)^-1cm^-1 和 0.9 cm^2/Vs。 合成了分子和晶体均为S4对称型的马鞍形四聚吲哚，具有显著宏观二阶非线性光学效应，实测倍频强度为KDP (KH2PO4) 的11倍。合成了芘基硫桥稠环化合物等新颖的pi-共轭有机化合物并完成精确结构测定。本项目在有机光电功能化合物的选型设计和合成方面 (例如C2v对称型和S4对称型) 做了有意义的探索。项目组将继续深入进行本项目的研究，达到更高的材料性能指标。