Benzotiyeno[3,2-B][1]Benzotiyofen (BTBT) Tabanlı, Yüksek Performanslı N-Tipi/Ambipolar Yarı-İletkenlerin Geliştirilmesi Ve Yüksek Hızda Alan-Etkili Transistör (OFET) Uygulamaları

Abstract

Bu projede, daha önce literatürde bulunmayan, özgün kimyasal yapılara sahip 6 farklı_x000D_ düşük LUMO’lu BTBT-tabanlı yarı-iletken moleküler malzeme quantum mekaniksel_x000D_ hesaplamalarla teorik olarak tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Bu yeni yarı-iletkenlerin_x000D_ saflaştırma sonrası detaylı bir şekilde yapısal, fizikokimyasal ve optoelektronik_x000D_ karakterizasyonları yapılıp organik alan-etkili transistör uygulamaları çalışılmıştır. Bunun_x000D_ sonucunda, dünyada ilk defa n-tipi olarak çalışabilen ve oldukça yüksek yarı-iletkenlik_x000D_ performansı gösteren (μe = 0.6 cm2_x000D_ /V·s; Ion/Ioff = 107_x000D_ -108_x000D_ ) BTBT yarı-iletken molekülü,_x000D_ D(PhFCO)-BTBT, perflorofenilkarbonil grupları ile geliştirilmiştir. Geliştirilen D(PhFCO)-BTBT_x000D_ molekülü, son yılların en önemli π-sistemlerinden birisi olan BTBT yapısının elektron iletimi_x000D_ yapabileceğini literatürde ilk defa göstermesinin yanında, sahip olduğu yüksek elektron_x000D_ akışkanlığı ile literatürdeki sayılı n-tipi yarı-iletken moleküllerden birisi olarak kayda geçmiştir._x000D_ Alkildisiyanovinilen ile fonksiyonelleştirilmiş D(C7CC(CN)2)-BTBT ise literatürde geliştirilmiş ilk_x000D_ solüsyondan proses edilebilir n-tipi BTBT (μe = 0.001 cm2_x000D_ /V·s, Ion/Ioff = 104_x000D_ ) yarı-iletken_x000D_ molekülü olmuştur. Karbonil ve disiyanovinilen fonksiyonelleştirmelerinin BTBT yapısındaki_x000D_ LUMO ve molekül-içi düzlemsellik etkisinin daha önceki π-sistemlerinden oldukça farklı_x000D_ olduğu bulgusuna ulaşılmıştır. Geliştirilen moleküler yarı-iletkenlerin moleküler_x000D_ dizilim/morfolojik/mikro-nanoyapı özellikleri dikkatlice incelendiğinde fonksiyonel grupların ve_x000D_ sübstitüyenlerin yarı-iletkenlik üzerindeki etkisi ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca, bu projede_x000D_ geliştirilen farklı π-sistemlere sahip yarı-iletken kütüphanesinin detaylı incelemesi sonucunda_x000D_ “kimyasal yapı-optoelektronik özellikler-aygıt performansı” ilişkileri detaylı olarak çalışılmış,_x000D_ elektron-iletim özelliği olan yeni BTBT malzemelerinin geliştirilmeye devam edilmesi için_x000D_ ileriki çalışmalara ışık tutacak önemli bulgulara erişilmiştir.

In this project, six novel BTBT-based semiconducting molecules with low LUMO_x000D_ energetics have been designed by using quantum mechanical calculations and synthesized_x000D_ via conventional synthetic chemistry. The structural, physicochemical, and optoelectronic_x000D_ properties of these new semiconductors have been characterized in depth and they have_x000D_ been studied in organic field-effect transistor (OFET) applications. The most important_x000D_ outcome of this project is that the first n-type BTBT semiconducting molecule (D(PhFCO)-_x000D_ BTBT) in the literature has been developed with a very high transistor performance (μe = 0.6_x000D_ cm2_x000D_ /V‧s, Ion/Ioff = 107_x000D_ -108_x000D_ ). This molecule containing perfluorophenylcarbonyl end-groups_x000D_ demonstrates for the first time that the BTBT scaffold, as one of the most important πsystems of the past decade, could effectively transport electrons in optoelectronic devices._x000D_ D(PhFCO)-BTBT is also one of the few n-type semiconducting molecules in the literature with_x000D_ an electron mobility of μe ˃ 0.5 cm2_x000D_ /V. Alkyldicyanovinylene functionalized D(C7CC(CN)2)-_x000D_ BTBT has also been demonstrated as the first solution-processed molecular n-channel_x000D_ BTBT (μe = 0.001 cm2_x000D_ /V‧s, Ion/Ioff = 104_x000D_ ) semiconductor in the literature. Carbonyl and_x000D_ dicyanovinylene functionalization on BTBT π-core has been found to have interesting effects_x000D_ on the LUMO and intramolecular co-planarity, which is very different than the previously_x000D_ developed π-systems. When the molecular packing/morphology/micro-nanostructure_x000D_ properties of these new semiconductors have been investigated in detail, the effects of_x000D_ functional groups and substitutions on their semiconducting characteristics are revealed. In_x000D_ addition, as a result of the detailed investigation of the BTBT molecular library developed in_x000D_ this project, “chemical structure-optoelectronic properties-device performance” relationships_x000D_ have been elucidated, which could shed light on further studies for electron transporting_x000D_ BTBT based semiconductors.