二萘嵌苯二酰亚胺衍生物的半导体性质

应用密度泛函理论研究了四种二萘嵌苯二酰亚胺(pdi)(n,n'-二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(1),n,n'-二(3-氯苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(2),n,n'-二(3-氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(3)和n,n'-二(3,3-二氟苯甲基)二萘嵌苯-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺(4))半导体材料的最高占据轨道和最低未占据轨道能量、离子化能和电子亲和能以及在电荷传导过程中的重组能.与化合物2-4的最高占据轨道和最低未占据轨道能量变化相同,在pdi分子外围引入氯苯甲基或氟苯甲基后导致化合物2-4的绝热电子亲和能有不同程度的增加.应用marcus电子传导理论,计算了这四种半导体材料应用于有机场效应晶体管在电子传递过程中的电子耦合和迁移率.计算结果表明:这四种化合物相对于金属金电极而言具有较小的电子注入势垒,是优良的n型半导体材料.计算的这四种半导体材料的电子传输迁移率分别为5.39,0.59,0.023和0.17cm2·v-1·s-1.通过研究化合物分子在还原过程中几何结构变化和在化合物3晶体中不同类型的电子传递路径,合理地解释了化合物1-4在有机场效应晶体管电荷迁移过程中具有较高的电子迁移率.