JACS：用于高性能雙極晶體管的雙吡啶[2,1,3]噻二唑基半導體聚合物

【引言】

雙極性聚合物半導體材料在雙極性場效應晶體管(FETs)、邏輯互補電路以及發光晶體管等光電子設備中具有廣闊的應用前景。目前，構建給體(D)–受體(A)型結構是開發高遷移率雙極性聚合物半導體材料最為有效的合成策略，其中聚合物的能級主要受A單元控制。因此，設計、合成新型的A單元及其高遷移率的聚合物半導體材料已成為該領域當前研究的熱點。然而，僅有少數雙極性聚合物半導體材料的空穴和電子遷移率能夠同時超過3.0?cm²?V^–1?s^–1，而且該類材料及其薄膜FETs依然面臨著遷移率低和器件穩定性差等挑戰。因此，進一步探索新的分子設計策略以及開發新的A單元具有重要的研究意義。

【成果簡介】

近日，中國科學院化學研究所劉云圻院士、郭云龍研究員和湘潭大學陳華杰副教授（共同通訊）等人聯合報道了第一個吡啶[2,1,3]噻二唑（PT）基雙極性聚合物半導體材料（PBPTV）。他們提出了等規雙受體策略，合成了結構等規的雙吡啶[2,1,3]噻二唑（BPT）基電子受體，開發了第一個BPT-基雙極性聚合物半導體材料（PBPTV），并制備了高遷移率、空氣穩定的頂柵FET器件，獲得了超高的空穴和電子遷移率分別達6.87和8.49 cm²?V^–1?s^–1。相關成果以題為“Regioregular Bis-Pyridal[2,1,3]thiadiazole-Based Semiconducting Polymer for High-Performance Ambipolar Transistors”發表在了Journal of the American Chemical Society上。

【圖文導讀】

圖1 計算的PT和BPT受體的HOMO/LUMO能級;?BPT受體及其共聚物PBPTV的分子結構

其中，使用區域規整的BPT單元作為電子受體，烷基取代的二噻吩乙烯（TVT）單元作為電子給體。

圖2 循環伏安曲線、優化的模型結構以及能級軌道

（a）PBPTV薄膜的循環伏安曲線

（b）優化的模型結構以及HOMO/LUMO能級軌道

圖3 器件結構與性能參數

（a）TGBC器件結構

（b）遷移率統計平均值

（c）FET器件的轉移和（d）輸出曲線

圖4 PBPTV薄膜的AFM表面形貌和GIWAXS數據

（a，c，e）未退火薄膜

（b，d，f）180℃退火薄膜

【小結】

該團隊利用等規雙受體策略成功開發了第一個含PT單元的雙極性聚合物半導體材料（PBPTV），制備了高遷移率、空氣穩定的頂柵FET器件，并證實了等規雙受體策略是一種有效的設計思路，可推廣應用于開發更多的電子傳輸型聚合物半導體材料。

文獻鏈接：Regioregular Bis-Pyridal[2,1,3]thiadiazole-Based Semiconducting Polymer for High-Performance Ambipolar Transistors（J. Am. Chem. Soc.,2017,DOI:10.1021/jacs.7b10256）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。