吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類吡咯并吡咯二酮-并二噻吩 聚合物及其制備方法與其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor,簡(jiǎn)稱FETs)是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制半 導(dǎo)體中電流大小的一種有源電子器件。目前廣泛使用的該類電子器件都是以傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半 導(dǎo)體材料諸如硅、鍺、鎵、以及它們的衍生物為核心材料制備得到。這些無(wú)機(jī)材料和器件性 能優(yōu)越，有力地推動(dòng)了全世界科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展和人類進(jìn)步。但是由于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體 材料礦產(chǎn)資源日益枯竭以及所需單質(zhì)純化過(guò)程中帶來(lái)的嚴(yán)重環(huán)境污染和巨大的水、電能消 耗，人們迫切需要新的高性能和質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的半導(dǎo)體材料來(lái)代替它們?；贘T-共軛結(jié)構(gòu)的 有機(jī)半導(dǎo)體材料由于其可預(yù)期的優(yōu)越性能和潛在的應(yīng)用前景受到了科技和學(xué)術(shù)界的廣泛 關(guān)注。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研宄機(jī)構(gòu)和大型跨國(guó)公司分別傾注了大量的精力和資源從事高 性能有機(jī)半導(dǎo)體材料的研發(fā)工作，目前在新材料研發(fā)和器件構(gòu)筑方面取得了較大的進(jìn)展。 但總體來(lái)講，已有的有機(jī)半導(dǎo)體材料依然不能能夠滿足實(shí)際需要。這種現(xiàn)狀給該領(lǐng)域的科 技人員和機(jī)構(gòu)提出了更高的研宄目標(biāo)，也給國(guó)內(nèi)研宄機(jī)構(gòu)開發(fā)具有原創(chuàng)性、高性能的有機(jī) 半導(dǎo)體材料、占領(lǐng)世界科技與經(jīng)濟(jì)高峰提供了諸多機(jī)遇。
[0003] 顧名思義，聚合物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Polymerfield-effecttransistors,簡(jiǎn)稱 PFETs)是以ji-共軛高分子材料為半導(dǎo)體層的晶體管器件。聚合物半導(dǎo)體材料除了具有有 機(jī)半導(dǎo)體材料的共同優(yōu)點(diǎn)諸如物理化學(xué)性質(zhì)的可調(diào)控性和合成成本較低外，還具有成膜性 優(yōu)良、柔韌性好，可以大面積制備電子器件等特性。聚合物半導(dǎo)體材料的這些結(jié)構(gòu)與性能特 點(diǎn)為它們的廣泛實(shí)際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的之一是提供一類吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明所提供的吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物，其結(jié)構(gòu)式如式I所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 式I所示聚合物：
上述式I中，R1和R2均獨(dú)立地選自下述任意一種：c ^C12tl的直鏈或支鏈烷基； R3和R4均獨(dú)立地選自下述任意一種=C1-C6tl的直鏈或支鏈烷基； η為聚合度，η為10-3000。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的式I所示聚合物，其特征在于：所述R 1和R2均獨(dú)立地選自下 述任意一種：Cltl-C4tl的直鏈或支鏈烷基； R3和R 4均獨(dú)立地選自下述任意一種=C1-Cltl的直鏈或支鏈烷基； η 為 20-1000。
3. -種制備權(quán)利要求1所述的式I所示聚合物的方法，包括下述步驟： (1) 在惰性氣氛中，將式II所示化合物、式III所示化合物和式IV所示化合物進(jìn)行反應(yīng)， 得到式V所示化合物；
上述式II中，R3和R4均獨(dú)立地選自下述任意一種：c ^C6tl的直鏈或支鏈烷基； 式III 中，1?5為 C「C6直鏈或支鏈烷烴、[(CH 3) 2CH] 2N 或[(CH3CH2) 2CH] 2N ; 式IV中，1?6為C ^C6直鏈或支鏈烷烴； (2) 在惰性氣氛中，在鈀催化劑以及膦配體作用下，將式V所示化合物與式VI所示化合 物進(jìn)行反應(yīng)，得到式I所示化合物；
上述式VI中，R1和R2均獨(dú)立地選自下述任意一種：c ^C12tl的直鏈或支鏈烷基。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（1)中，式II所示化合物與式III所示 化合物和式IV所示化合物投料摩爾用量比依次為I :2. O~6. O :2. O~6. O ; 所述反應(yīng)的溫度為-80°C~25°C，時(shí)間為2小時(shí)~48小時(shí)； 所述反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行； 所述溶劑為1，4-二氧六環(huán)、四氫呋喃和乙醚中的至少一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（2)中，所述鈀催化劑為三（二亞芐 基丙酮）二鈀、四（三苯基膦）鈀、二（三苯基膦）二氯化鈀、二（二亞芐基丙酮）鈀中的 至少一種； 所述膦配體為三（鄰甲苯基）膦、三苯基膦、三（呋喃基）膦中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（2)中，所述式V所示化合物與式VI 所示化合物、鈀催化劑和膦配體的投料摩爾用量比依次為1 :〇. 95~1. 05 :0.0 l~0. 20 : 0. 02 ~0. 20 ; 所述反應(yīng)的溫度為60°C~150°C，時(shí)間為24小時(shí)~48小時(shí)； 所述反應(yīng)在有機(jī)溶劑中進(jìn)行； 所述溶劑為四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲苯和氯苯中的至少一種。
7. 權(quán)利要求1所述的式I所示聚合物在制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。
8. -種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其半導(dǎo)體層由權(quán)利要求1所述的式I所示聚合物制成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一類吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物及其制備方法與其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。所述吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物結(jié)構(gòu)式如式Ⅰ所示。R1和R2均獨(dú)立地選自下述任意一種：C1-C120的直鏈或支鏈烷基。R3和R4均獨(dú)立地選自下述任意一種：C1-C60的直鏈或支鏈烷基。本發(fā)明還提供了式Ⅰ所示聚合物的制備方法。本發(fā)明的合成路線簡(jiǎn)單高效，原料易得，宜于大規(guī)模合成。以本發(fā)明的吡咯并吡咯二酮-并二噻吩聚合物為有機(jī)半導(dǎo)體層制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的遷移率和開關(guān)比都比較高，遷移率最高為2.0cm2V-1s-1，開關(guān)比為105。本發(fā)明的聚合物在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管器件中有良好的應(yīng)用前景。。
【IPC分類】C08G61-12, H01L51-30
【公開號(hào)】CN104761706
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510155087
【發(fā)明人】張衛(wèi)鋒, 毛祖攀, 黃劍耀, 高冬, 陳智慧, 于貴
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月2日