李骅峰, 李伟利, 田洪坤, 王利祥

应用化学 2023, 40 (7): 1054-1060. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230082

摘要（197）

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含噻吩并苯类分子是一类代表性的高迁移率有机半导体材料，以其为共轭骨架构建的不对称分子在薄膜中倾向于形成双层排列结构，并以二维层状方式生长，有利于实现高迁移率。烷基取代基的长度会对有机半导体材料的堆积形貌产生影响。本文设计合成了不同长度烷基链取代的噻吩并［4，5-b］［1］苯并噻吩并［3，2-b］［1］苯并噻吩（syn-BTBTT-Cn，n=4，5，6，7，8，10），系统研究了烷基链长度对化合物热稳定性、能级、载流子传输能力、堆积结构和薄膜形貌等方面的影响。结果表明，所有化合物均不具备液晶性，热稳定性良好。在所制备的蒸镀薄膜中所有分子均形成双层堆积结构，共轭核在层内形成鱼骨架堆积，烷基链长度会影响薄膜的有序度和堆积的紧密程度。基于该类材料制备的有机薄膜晶体管（OTFT）器件的迁移率都超过7.0 cm²/（V·s），其中syn-BTBTT-C8分子的迁移率最高可达13.8 cm²/（V·s），平均值为12.5 cm²/（V·s）。

如辅助材料图S2和S3所示，烷基的长度对 syn-BTBTT-C n的紫外-可见光吸收光谱和电化学循环伏安曲线几乎没有影响。所有分子的溶液态吸收光谱出现3个吸收峰，分别位于341、328和315 nm；薄膜态吸收光谱发生明显红移，最大吸收峰值出现在380 nm。6个分子相对于二茂铁半波电位的氧化起始电位约在0.80 V；按照能级计算公式： E _HOMO=-（4.80+ E _ox，onset） eV换算得到的最高占据分子轨道（HOMO）能级为-5.60 eV，预示该材料具有较好的空气稳定性。

制备了多批次晶体管器件（20个以上），分别测量并计算了它们的饱和区最大迁移率（ μ _s-max）、饱和区平均迁移率及其标准差（ μ _s-ave±σ）、阈值电压（ V _T）和电流开关比（ I _on/off），其性能参数如表1所示。图2给出了 syn-BTBTT-C8器件的代表性输出及转移曲线（其中， V _D表示源漏电压， I _D表示源漏电流， V _G表示栅极电压），其它化合物器件的电学曲线见辅助材料图S4。结果发现，6种半导体材料的OTFT器件均表现出良好的线型： 1）输出曲线：在低 V _D范围内， I _D表现出标准的线性关系；在高 V _D范围内， I _D呈现出饱和特点。2）转移曲线： I

_{D}^{1 / 2}

和 V _G呈现出良好的线性关系，不存在“双斜率现象”，因此从转移曲线所提取到的迁移率可信度高［22］。器件的阈值电压在-15 V左右，开关态电流比在1×108~1×109之间。回滞曲线的重合度高，说明有机半导体层与介电层间的电荷陷阱较少。