臺灣博碩士論文加值系統

本論文以thieno[3,2-b]thiophene為中心結構，合成出具有場效應的半導體有機材料。合成中引入缺電子性的芳香雜環，如pyridine、pyrimidine、oxadiazole，以利分子之堆疊，即一般π-π interaction (有效距離< 3.8 Å)，提供電子在其間傳遞跳躍之通道。此外也嘗試引入飽和的拉電子基如三氟甲基(trifluoromethyl-)，希望能成尼幭雂X物之電性，使成為n-type的材料。最後經薄膜蒸鍍，由AFM與x-ray繞射來檢測薄膜中分子的堆疊情形。化合物Th-SN並經由單晶結構解析，晶格數據如下：
Monoclinic Z1/n; a = 13.686 Å; b = 6.034 Å; c = 14.153 Å,
?= 90o ; β = 104.255o; γ = 90o 。
分子在晶格中呈herringbone排列，相鄰分子間並有π-π interaction，其距離為3.643 Å。

New series of compounds based on thieno[3,2-b]thiophene (Th) have been synthesized for OFET (organic field effect transistor) application. Electron deficient heteroaromatic rings such as pyridine, pyrimidine, and oxadiazole were incorporated into the Th core to facilitate intermolecular π-π interaction (effective distance < 3.8 Å) and provide electron-hopping pathways. In some saturated compounds trifluoromethyl group was also incorporated in order to convert electron-excessive Th segment to a n-type molecule. AFM and X-ray diffraction were used to characterize the stacking of molecule in the film after vacuum deposition. X-ray structural analysis for Th-SN was carried out：

Monoclinic Z1/n; a = 13.686 Å; b = 6.034 Å; c = 14.153 Å,
?= 90o ; β = 104.255o; γ = 90o 。

The molecules were found to adopt a herringbone packing with the distance of π-π interaction at 3.643 Å.

目錄

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圖目錄
表目錄

第一章：序論
1-1 前言 1
1-2 場效電晶體（TFT）的介紹與其基本操作原理 3
1-3 有機場效電晶體（OFET）的介紹與其基本操作原理 4
1-4 有機場效電晶體（OFET）與無機薄膜電晶體（TFT） 7
1-5 有機材料在OFET上的應用 8
正型有機半導體（p-type）： 10
負型有機半導體（n-type）： 15
1-6 研究動機 24
第二章 實驗部分
2-1 實驗藥品 25
2-2 溶劑之前處理 28
2-3 實驗儀器： 29
2-4 合成流程： 32
2-5 實驗步驟： 35
第三章 結果與討論
3-1 合成與機構之探討 53
3-2 熱分析 56
3-3 化合物UV-vis吸收光譜和螢光放光光譜 59
3-4 分子單晶 61
3-5 X-射線繞射儀（power X-ray diffractometer） 66
3-6 元件試製與表面分析 69
3-7 OLED上的應用—電子傳輸材料 86
第四章 結論 88
參考文獻 91
附錄 95





圖目錄

圖1.1 可折曲式軟性電子產品 1
圖1.2 n 和p 通道FET 的示意圖 3
圖1.3 OFET元件示意圖：（左）bottom，（右）top contact 4
圖1.4 （a）on/off ratio電性圖，（b）W/L示意圖 5
圖1.5 OFET 操作電性圖 5
圖1.6 OFET 施加電壓前（左）和施加電壓後（右） 6
圖1.7 Pentacene與DH6T分子結構圖 10
圖1.8 CuPc分子結構圖 11
圖1.9 4S分子結構圖 13
圖1.10 以Se與Te取代S之相關分子示意結構圖 13
圖1.11 (a) PTA分子結構；(b) PTA元件I-Vsd圖 13
圖1.12（a）2,6-diarylnaphtho[1,8-bc:5,4-b’c’]dithiophenes（b）OFET 電性圖 14
圖1.13 p-type分子電性提升圖 14
圖1.14 Lu(Pc2Lu)、Tm(Pc2Tm)分子結構圖 16
圖1.15 tetracyanoquinodimethane (TCNQ) 16
圖1.16 元件未經表面處理的電性圖 17
圖1.17 元件表面經過TDAE處理過後的電性圖 17
圖1.18 F16CuPc 結構和電性圖 18
圖1.19 DFH-6T分子結構圖 19
圖1.20 Facchetti發表含氟取代化合物分子結構 19
圖1.21 Facchetti發表含氟取代化合物分子結晶排列圖 20
圖1.22 DCMT分子結構圖 20
圖1.23 AFM下DCMT在矽基板上的成膜情形 20
圖1.24 NTCDA、NTCDI分子結構圖 21
圖1.25 NTCDI-C8的分子結構和結晶排列結構 22
圖1.26 NTCDI-C8元件電性圖：（左）真空蒸鍍沈積；（右）溶液製成 23
圖1.27 n-type分子電性提升圖 24
圖2.1 蒸鍍機 32
圖3.1 Paet I以di-tin合成一系列化合物流程圖 53
圖3.2 合成含benzothiazole、benzoimidazole流程圖 54
圖 3.3 Part III含oxadiazole系列化合物概略流程圖 55
圖3.4 Th-dox分子結構圖 55
圖3.5 Th-SN DSC 57
圖3.6 Th-NN DSC 57
圖3.7 Th-CF3 DSC 58
圖3.8 Th-pym2 DSC 58
圖3.9 Th-pym5 DSC 58
圖3.10 Part III系列化合物UV、PL光譜圖 60
圖3.11 Part I、II系列化合物UV、PL光譜圖 61
圖3.12 Th-SN分子單晶各面解析圖 62
圖3.13 推算出Th-SN最短的原子間距 63
圖3.14 Th-pym5分子沿a軸俯視圖 65
圖3.15 Th-pym5分子沿b軸俯視圖 65
圖3.16 推算出Th-pym5最短的原子間距 66
圖3.17 Th-SN 粉末繞射,(上圖)單晶理論推算粉末繞射圖 68
圖3.18 Th-pym2與Th-pym5 x-ray粉末繞射疊圖 68
圖3.19 化合物Th-SN AFM圖譜 100 Å 73
圖3.20 化合物Th-SN AFM圖譜 100 Å，經OTS表面處理 74
圖3.21 化合物Th-SN AFM圖譜 600 Å，經OTS表面處理 74
圖3.22 Th-SN蒸鍍在含OTS Si表面的薄膜X-ray圖(右)Th-SN單晶解析數據模擬之X-ray粉末繞射圖 74
圖3.22 Th-SN在矽基板上(110)平面模擬 75
圖3.23 Th-SN (101)平面模擬 75
圖3.24 化合物Th-NN AFM圖譜 100 Å 77
圖3.25 化合物Th-NN AFM圖譜 100 Å，經OTS表面處理 77
圖3.26 化合物Th-SN AFM圖譜 600 Å 77
圖3.27化合物Th-NN AFM圖譜 600 Å，經OTS表面處理 78
圖3.28 化合物Th-pym2 AFM圖譜 100 Å 79
圖3.29 化合物Th-pym2 AFM圖譜 100 Å，經OTS表面處理 79
圖3.30 化合物Th-pym2 AFM圖譜 600 Å 80
圖3.31 化合物Th-pym2 AFM圖譜 600 Å，經OTS表面處理 80
圖3.32 化合物Th-pym5 AFM圖譜 100 Å 81
圖3.33 化合物Th-pym5 AFM圖譜 100 Å，經OTS表面處理 81
圖3.34 化合物Th-pym5 AFM圖譜 700 Å 82
圖3.35 化合物Th-pym5 AFM圖譜 700 Å，經OTS表面處理 82
圖3.36 Th-pym5蒸鍍在含OTS Si表面的薄膜X-ray圖(右)Th-SN單晶解析數據模擬之X-ray粉末繞射圖 82
圖3.37 Th-pym5在矽基板上平面模擬(左) (011)平面，(右) (020)平面 83
圖3.38 Th-pym5在矽基板上 (12-1)平面模擬 84
圖3.39 化合物Th-CF3 AFM圖譜 600 Å 85
圖3.40 化合物Th-CF3 AFM圖譜 600 Å，經OTS表面處理 85
圖3.41 含oxadiazole衍生的電子傳輸材料 87
表目錄
表1.1 TFT與OFET分類比較 8
表3.1 化合物代號關係對照表 55
表3.2 含oxadiazole結構系列化合物UV、PL數據 59
表3.3 其他系列化合物UV、PL數據 60

參考文獻
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