輕便靈活的有機(jī)半導(dǎo)體材料有望用于制造可折疊電子電路和植入式生物傳感器，而硅基半導(dǎo)體則幾乎不可能用于這些電子器件。通過特殊印刷系統(tǒng)，借助有機(jī)材料的溶解性，可以將大型的高精度器件印刷在柔性基板上，比如紙張和薄膜。這種印刷方法為半導(dǎo)體器件的大規(guī)模和低成本生產(chǎn)提供了一種有效技術(shù)。有機(jī)光伏(OPV)是一種利用有機(jī)半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換器件。有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)也得到了很多關(guān)注，輕便靈活的有機(jī)半導(dǎo)體材料使其有望成為下一代顯示器和光源。有機(jī)半導(dǎo)體材料主要可分為小分子型和聚合物型，低聚物則介于兩者之間。
一、小分子半導(dǎo)體合成砌塊
小分子有機(jī)半導(dǎo)體有如下幾個(gè)特性：可以分離出化學(xué)純化合物，利用單晶結(jié)構(gòu)分析可以測(cè)定其結(jié)構(gòu)，可以通過真空沉積制備薄膜并純化。與無機(jī)材料相比，有機(jī)材料具有基于碳中心的結(jié)構(gòu)多樣性。因此，我們可以應(yīng)用有機(jī)合成對(duì)各種物理性質(zhì)如光吸收、光發(fā)射、能級(jí)和溶解度等進(jìn)行精確控制。幾種傳統(tǒng)的偶聯(lián)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)π-共軛結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，并制備出低聚物半導(dǎo)體。噻吩衍生物呈現(xiàn)出極佳的光吸收性和載流子遷移率，因此可用于OPV器件中的p-型半導(dǎo)體(光吸收體)。寬帶隙的咔唑衍生物(如CBP)和蒽衍生物(如MADN)可以用作OLED器件的主體材料。一些芳胺衍生物則適合用作OLEDs的空穴傳輸層，因?yàn)檫@種材料可以通過真空沉積制備非晶層，并呈現(xiàn)出高空穴遷移率。n-型半導(dǎo)體(電子傳輸材料)是由缺電子雜環(huán)化合物構(gòu)成，如嘧啶、三嗪，以及苯并咪唑等。
另一方面，將供體和受體同時(shí)引入一個(gè)分子中可以制備窄帶隙的小分子半導(dǎo)體。這些半導(dǎo)體材料可以吸收低能區(qū)光，因此可用于有機(jī)太陽能電池。這種供體-受體共存的材料，被稱為TIDS，其同時(shí)擁有空穴載體和電子載體，具有雙極性。OLED需要用到有均衡的高空穴和電子遷移率的新型雙極性有機(jī)半導(dǎo)體。Nakamura和Tsuji等對(duì)這種雙極性有機(jī)半導(dǎo)體進(jìn)行了報(bào)道，即CZBDF。該材料具有寬帶隙，以及均衡的高空穴和電子遷移率，是一種理想的OLED主體材料。
二、半導(dǎo)體聚合物合成砌塊
在OLED、OPV和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)領(lǐng)域，關(guān)于半導(dǎo)體聚合物的研究得到了廣泛的關(guān)注。OLEDs發(fā)光層可能會(huì)用到半導(dǎo)體聚合物，如聚對(duì)苯撐乙烯(PPV)。小分子OLED器件一般通過氣相沉積法制備，然而聚合物材料可以通過溶液法制備薄膜和耐熱器件，從而降低了生產(chǎn)成本。另外，對(duì)π-共軛聚合物進(jìn)行化學(xué)修飾，還可以發(fā)出各種顏色的光。如，聚芴(PFO)、PPVs和結(jié)構(gòu)隨機(jī)的聚(3-辛基噻吩)(P3OT)分別呈現(xiàn)藍(lán)、綠和紅光發(fā)射。
最近在有機(jī)電子研究方面，諸如聚噻吩之類的含硫聚合物被開發(fā)出來。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)可用于電容器、有機(jī)晶體管、OLED的空穴傳輸材料、蓄電池，以及制動(dòng)器、傳感器和熱電轉(zhuǎn)換元件等。PEDOT/PSS是一種PEDOT和聚磺苯乙烯(PSS)的混合物，廣泛用于OPV的空穴傳輸材料。聚(3-己基)噻吩(P3HT)與富勒烯衍生物(如PCBM)混合后可以形成一種高效的本體異質(zhì)結(jié)。這種聚合物可用作OPV器件的光吸收p-型半導(dǎo)體。
盡管P3HT和PFO是由一種單體聚合而成，兩種不同的單體共聚也可以精確控制半導(dǎo)體聚合物的電子結(jié)構(gòu)。而且，這種不同分子間的聚合將富電子單體(供體)和缺電子單體(受體)結(jié)合起來，從而制備出一種穩(wěn)定的低HOMO能級(jí)的供體-受體(DA型)聚合物。另外，DA聚合物是窄帶隙，可以進(jìn)行低能區(qū)的光吸收，也可以通過p-或n-摻雜成為雙極性半導(dǎo)體。
鹵化單體和硼酸(酯)單體在金屬催化作用下可以通過交叉偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行共聚。選擇不同的單體可以制備出不同的半導(dǎo)體聚合物。一種含有三甲基錫烷基(SnMe3)的單體和一種鹵化單體間也可以進(jìn)行類似的交叉偶聯(lián)反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，有副產(chǎn)物三甲基鹵化錫生成，不過在真空條件下很容易去除。
三、改善溶解度的衍生試劑
烷基官能團(tuán)與π-共軛體系不發(fā)生相互作用，因此不會(huì)影響分子的電子特性。但在分子組裝的固體狀態(tài)，烷基的作用是很大的，通過引入烷基，可以改變其溶解度和熔點(diǎn)。由于大規(guī)模的溶液加工和印刷技術(shù)需要使用可溶性材料，因此有機(jī)器件尤其需要進(jìn)行烷基衍生化以提高溶解度。另外，吸電子的氟烷基官能團(tuán)有助于形成n-型有機(jī)半導(dǎo)體。一些OPV和OFET材料都包含雙烷基噻咯。
