烷基链长度对非对称含噻吩五元稠环化合物传输性能的影响 应用化学    2023, 40 (7): 1054-1060.   DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230082

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。

为了明确堆积结构和薄膜形貌与OTFT器件性能的关联，使用XRD和AFM对 syn-BTBTT-C n系列薄膜的微结构及其形貌进行表征。薄膜制备方式与OTFT器件相同。从面外方向（out-of-plane）XRD图案（图3A）可以看出： 含有不同长度烷基链的 syn-BTBTT-C n化合物的薄膜均发现了多个与层状排列相关的高级衍射峰，说明薄膜的结晶性强、有序性高。由各分子薄膜的（001）衍射峰（2 θ=2.42（ n=4）、2.31（ n=5）、2.15（ n=6）、2.04（ n=7）、1.93（ n=8）、1.77（°）（ n=10）），计算得到的层间距随着烷基链的延长而增大，分别为3.648、3.816、4.088、4.332、4.572和4.980 nm，这些衍射距离大概是理论计算得到的分子长度的双倍［14］，表明分子在薄膜中均形成了双层堆积结构，并以“edge-on”的形式在基底上排列，即分子垂直于基底生长。此外，从图3A中各高级衍射峰的数量可以看出： syn-BTBTT-C4和 syn-BTBTT-C5的衍射图案中观察到4级高级衍射峰； 进一步延长烷基链，薄膜的衍射图案中观察到6级高级衍射峰，高级衍射峰的增多，说明相应薄膜的有序性在增强。这也表明烷基链的长短会直接影响分子在薄膜生长过程中的自组装能力。

图4所示为系列薄膜的AFM照片。除了 syn-BTBTT-C4的薄膜之外（图4A），其余分子薄膜的表面形貌均表现出典型的层状生长特征—“梯田”结构。薄膜均具有较大的晶区，每一层均比较平滑，没有观察到明显的晶界存在，有利于电荷的高效传输。层与层间的距离接近分子长度的2倍，这与面外XRD得到的信息相一致。