迁移率由〇. 19cm2VS1提尚到8.lcm2VS、 亚阈值斜率明显降低，器件的开启速度大大提高。由结果可以看出，通过对活性层的添加， 可以大大提升聚合物薄膜场效应晶体管的性能。
[0114] 本发明的保护范围不仅限于上述实施例。根据本发明公开的内容，本领域技术人 员将认识到在不脱离本发明技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对以上所述实施 例做出许多变化和修改都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种适用于有机半导体场效应晶体管的组合物，其包括一种适用于所述晶体管的聚 合物活性层的聚合物和一种添加剂，其特征在于，所述添加剂由以氮原子为正电中心的有 机含氮阳离子和阴离子组成，结构通式如式I所示： (Am+)n (Xa)b 式I 式I中，mn=ab;m，n，a，b均为整数；Am+为以氮原子为正电中心的有机含氮阳离子，Xa为阴离子。 优选的，所述m、n、a和b分别优选为1至4(如1，2, 3或4)，且mn=ab;更优选地，mn为1至4(如1，2,3或4)，ab为1至4(如1，2,3或4)，且mn=ab。2. 根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，在式I中，Xa表示以下阴离子中的一种 或多种：氟离子，氯离子，溴离子，碘离子，四氟硼酸根离子，氰根，氧氰酸根，异氧氰酸根，硫 氰酸根，异硫氰酸根，硒氰酸根，六氟磷酸根，六氟锑酸根，三氟甲磺酸根，苯磺酸根及其烷 基、烷氧基取代物以及硫酸根，磷酸根，亚磷酸根。 优选地，以氮原子为正电中心的有机含氮阳离子Am+中可包含一个或多个N原子正电中 心，N原子正电中心可以是Sp2杂化或者sp3杂化方式。 当N原子为Sp3或sp2杂化时，所述添加剂优选具有式II所示结构：式II中，d等于N原子正电中心的个数。 式II中，R1, R2，R3，R4相同或不同，各自独立地表示一价取代基。 优选地，R1, R2, R3, R4相同或不同，各自独立地选自碳原子数为1-10的烷基，碳原子数 为3-10的环烷基，碳原子数为5-50的芳基、杂芳基或芳烷基，碳原子数为4-50的杂烷基； 碳原子数为4-50的杂环烷基；或者R1, R2, R3, R4中的两个或三个与相邻的N原子相互连接 成环，所述环任选还包括其他至少一个N原子，或至少一个铵盐，或者至少一个季铵盐。所 述烷基、环烷基、芳基、杂芳基、芳烷基、杂烷基或所述环结构任选带有R5取代基，所述R5选 自碳原子数为1-10的烷氧基；碳原子数为1-10的烷硫基；碳原子数为1-10的烷基氨基； 碳原子数为1-10的二烷基氨基；铵盐；或者季铵盐。 优选地，所述杂原子选自氮、氧或硫。 优选的式II中，R1, R2, R3, R4相同或不同，各自独立地选自碳原子数为1-8的烷基，碳 原子数为3-6的环烷基，碳原子数为5-20的芳基、杂芳基或芳烷基，碳原子数为4-20的杂 烷基，碳原子数为4-50的杂环烷基；或者R1, R2, R3, R4中的两个或三个与相邻的N原子相互 连接成5-20元单环、双环或三环，或者形成螺环或桥环，所述环任选还包括其他至少一个N 原子，或至少一个铵盐，或者至少一个季铵盐。所述R5选自碳原子数为1-6的烷氧基；碳原 子数为1-6的烷硫基；碳原子数为1-6的烷基氨基；碳原子数为1-6的二烷基氨基；铵盐； 或者季铵盐。 优选地，所述5-20元单环、双环或三环可以为饱和环或不饱和环，还可以为芳香环。所 述杂原子可以为N，O或S。所述含氮杂芳环例如选自：啦啶，啦嗪，U达嗪，啼啶，嚼挫，异嚼P坐， 噻唑，异噻唑，咪唑，吡唑，三嗪，吲哚，异吲哚，喹啉，异喹啉，嘌呤，喋啶，苯并咪唑。所述取 代基例如可以为啦陡鐵基。 式II中，X为一价阴离子，具体而言，X可以是以下阴离子中的一种或多种：氟离子，氯 离子，溴离子，碘离子，四氟硼酸根离子，氰根，氧氰酸根，异氧氰酸根，硫氰酸根，异硫氰酸 根，硒氰酸根，六氟磷酸根，六氟锑酸根，三氟甲磺酸根，苯磺酸根及其烷基、烷氧基取代物。 以下列出了SP3杂化的式II中的阳离子的具体实例，但不应理解为本发明受限于这些 实例：以下列出了Sp2杂化的式11屮的阳离子的具体实例，但不应理解为本发明受限于这些 实例：3. 根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述聚合物是一类适用于所述晶体 管的聚合物活性层的有机共辄聚合物。优选为I3DPPTT(重复单元见式III)，PDPP3T(结构 见式IV)，TOPP4T(结构见式V)。更优选为I3DPPTT。4. 根据权利要求1-3任一项所述的组合物，其特征在于，所述添加剂的用量相对于所 述聚合物（添加剂与聚合物链节的摩尔比）为1:5~1:100。优选为1:10~1:70。更优 选为1:20~1:50,例如为1:45或1:30。5. 权利要求1-4任一项所述的组合物的制备方法，其包括以下步骤： 向热的聚合物溶液中加入所述添加剂的溶液，保温下搅拌，获得含有所述组合物的溶 液。 优选地，所述方法进一步包括以下步骤： 将上述热的含有所述组合物的溶液滴到加热的硅片上，旋涂成膜。6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液中的溶剂优选为二 氯甲烷、三氯甲烷、单氯苯、邻二氯苯、1，2, 4-三氯苯、四氢呋喃、苯甲醚、吗啉、甲苯、邻二 甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1，4-二噁烷、丙酮、甲乙酮、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、 1，1，2, 2-四氯乙烷、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、二甲基甲酰胺（DMF)、二甲基乙酰胺、二甲亚 砜、四氢化萘、十氢化萘、茚满、均三甲苯、1-甲基萘或其混合物；更优选为邻二氯苯、二甲 亚砜或DMF。优选的，所述聚合物溶液的浓度介于1-lOmg/mL之间，优选介于3-8mg/mL之 间，更优选介于4-6mg/mL之间。 优选地，所述添加剂的溶液中的溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、单氯苯、邻二氯苯、 1，2, 4-三氯苯、四氢呋喃、苯甲醚、吗啉、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、1，4-二噁 烷、丙酮、甲乙酮、1，2-二氯乙烷、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2, 2-四氯乙烷、乙酸乙酯、乙酸正 丁酯、二甲基甲酰胺（DMF)、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢化萘、十氢化萘、茚满、均三甲苯、 1-甲基萘或其混合物；更优选为二甲亚砜或DMF。优选的，所述添加剂的溶液的浓度介于 10-lOOmmg/mL之间，优选介于30-90mmg/mL之间，更优选介于40-80mmg/mL之间，例如为 75mmg/mL或 50mmg/mL〇7. 根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液与所述添加剂的 溶液的比例（体积比，ml:ml)为50:1~150:1，更优选为100:1。 优选地，热的聚合物溶液和保温的温度介于80-120°C之间，优选为100°C。 优选地，所述搅拌的时间介于2-4分钟之间。8. -种有机半导体场效应晶体管的制备方法，其包括聚合物活性层的制备步骤，所述 聚合物活性层的制备步骤包括权利要求5-7任一项所述的组合物的制备方法。9. 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述有机半导体场效应晶体管的制 备方法包括以下步骤： 1) 在51/5102片上修饰单分子修饰层（OTS); 2) 贴固定尺寸掩膜板并蒸镀金属形成电极； 3) 制备所述的聚合物活性层，所述聚合物活性层的制备步骤包括上述的组合物的制备 方法。 优选地，所述方法中也可以是先制备所述的聚合物活性层，再蒸镀金属形成电极。 优选地，根据电极或制备聚合物活性层不同顺序，所述有机半导体场效应晶体管分为 底栅底接触结构，底栅顶接触结构，或顶栅底接触结构。10. -种提高有机半导体场效应晶体管的迀移率和/或导电性的方法，其中包括在所 述有机半导体场效应晶体管的聚合物活性层中使用权利要求1-4任一项所述的组合物。
【专利摘要】本发明公开一种适用于有机半导体场效应晶体管的组合物、含有该组合物的有机半导体场效应晶体管和其制备方法，所述组合物包括一种适用于所述晶体管的聚合物活性层的聚合物和一种添加剂，所述添加剂由以氮原子为正电中心的有机含氮阳离子和阴离子组成。所述组合物用于有机半导体场效应晶体管时，可有效提高有机半导体场效应晶体管的迁移率，同时，场效应器件的开态电流明显提高、关态电流也有所提高，而开关比几乎没有变化，能够满足工业化生产需要。
【IPC分类】C08J5/18, C08K5/19, C08L65/00, H01L51/30, H01L51/40
【公开号】CN105131535
【申请号】CN201510458146
【发明人】张德清, 杨一洲, 刘子桐, 罗河伟, 虞辰敏, 张关心
【申请人】中国科学院化学研究所
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月30日