基于萘二酰亚胺-二噻吩乙烯结构的信息分子材料的合成及其光控晶体管性能研究

Organic field-effect transistors (OFET) and photochromic materials have broad application prospects in the field of organic memory. The OFET memory and photochromism memory still face some challenges such as memory stability and non-destructive readout of information. Development of novel memory materials will help to address existing problems. On the basis of literatures and applicant's previous work, combining the photoresponse bistability of photochromic materials and outstanding field-effect properties of organic semiconductors, a new type of organic memory materials based on bisthienylethene derivatived naphthalene diimides can be designed and synthesized. Based on these materials, the information can be wrote and erased by lights and read out by electric signals. The OFET devices of these materials are fabricated by solution-processing technology such as spin-coating. The influences of lights of different wavelengths to the molecular structures, molecular aggregates and OFET performances are investigated. The photoresponse field-effect properties of these materials are discussed, which can supply new research ideas for developing novel organic memory materials and expand the OFET application in the field of organic memory.

有机场效应晶体管（OFET）和光致变色材料在有机存储领域具有广阔的应用前景，是当前的研究热点。目前OFET存储和光致变色存储仍面临一些挑战，如存储信息的稳定性、信息非破坏读出等，新型存储材料的开发将有助于应对目前存在的问题。本申请在综合文献和申请人以往工作经验的基础上，结合光致变色材料的双稳态光响应特性及有机半导体材料的场效应性能，将二噻吩乙烯光致变色基团引入萘二酰亚胺结构中，设计、合成新型光信息写入、擦除，电信息读出的有机存储材料，用甩膜等溶液加工的方法制备该类材料的OFET器件，研究不同波长照射光对材料的分子与分子聚集态结构以及器件性能的影响，探索此类材料的光控场效应性能，为新型有机存储材料的开发提供研究思路，并为拓展OFET在有机存储方面的应用奠定研究基础。

有机场效应晶体管（OFET）近年来发展很快，研究工作一方面聚焦高性能电荷传输性能的有机半导体材料设计及器件制备；另一方面，功能化的OFET器件也越来越受到重视。光响应OFET，特别是含有光致异构化基团的OFET器件，能够在光照时产生可逆的电荷传输特性的变化，是研究的一个重点。本项目中，我们设计、合成了将萘二酰亚胺与光致变色基团（二噻吩乙烯、偶氮苯）以共价键相连的分子，将其作为活性层制备薄膜器件，光致异构化既改变分子本身结构及能级，也影响分子间排列，从而从两方面影响器件的电荷传输性能。在紫外及可见光照射下，器件显示了一定的光响应特性，但是器件的光响应灵敏度不高，抗疲劳性较差。分析原因，存在以下几方面：一是材料的成膜性不好，表面缺陷较多，影响其电荷传输性能，也降低光致异构化对于材料薄膜的影响；二是与溶液中自由分子相比，固态薄膜中分子间相互堆积，会导致光致异构化过程变得更为困难，降低光致变色效率，也即是光照对于薄膜中分子间结构及分子间排列的影响降低，最终产生OFET器件的光响应特性较差。随后，我们将光致变色分子螺吡喃和萘二酰亚胺以及混合基质聚苯乙烯三组分共混构筑晶体管活性层，制备光响应OFET。测试FET性能发现，该器件具有较好的光响应性能。在313nm紫外光照射下，器件迁移率由1.39 × 10-3 cm2V-1s-1变为4.56 × 10-3 cm2V-1s-1，而在可见光作用下又可以恢复至2.50 × 10-3 cm2V-1s-1。表明，物理共混是一种合适的构建光响应OFET的方法。该项目为制备光响应OFET器件提供了思路，也为更合理的设计分子及构建器件结构奠定了基础。