自从有机场效应晶体管(OFETs)首次被报道以来,有机半导体领域的研究引起了人们的广泛兴趣。传统的有机半导体材料绝大部分是p-型或者n-型的,而双极性有机半导体材料的研究还非常有限。由于电了和空穴都可以在双极性有机半导体材料中传输,因此在制备电子器件时就不需要分别沉积p-型和n-型材料,可以大大简化器件的制备工艺,降低制作成本。然而,设计合成高性能的双极性有机半导体材料是一个具有挑战性的工作,现有被报道的双极性有机半导体材料中,仅有屈指可数的几个材料具有高迁移率且空穴和电了迁移率相平衡的特性。在本论文中,我们探索了以氮杂并五苯为骨架的有机半导体的设计思路,尝试通过调节分子能级与堆积形式,得到新型的高性能的双极性有机半导体材料。我们成功地制备了多个高迁移率,并月.空穴和电子迁移率相平衡的半导体材料。其中数个化合物的性质达到了现有的最好水平。通过理论计算后发现,氮杂和卤代会增大分子间重组能,从而导致分子的迁移率降低。这些发现将为设计高性能的双极性有机半导体材料提供实验和理论上的指导。本论文主要包括以下五个部分的内容：第一章：回顾了有机半导体材料的发展现状,简介了p-型、n-型和双极性有机材料以及场效应晶体管的结构和工作原理。第二章：设计合成了一系列新型的稳定、可溶的氮杂并五苯衍生物。测试了它们的热力学和光氧化稳定性、光学和电化学性质以及固体状态下的单晶排序方式。研究了它们结构与性质的关系,证明在氮杂并五苯骨架上引入TIPS-基团不但能提高其溶解性,而且有利于其固体状态下分子间的π-π相互作用。第三章：将所得到的新型氮杂并五苯分子制成OFET器件,并对其电子与空穴的传输性能进行了系统地研究。这些分子在以Au、Ag、Cu和Al为源/漏电极材料的OFET器件中呈现出了双极性的传输特性,部分分子显示了很高的迁移率。当以Au为电极时,分子ADPD、4ClAzaPen和4FAzaPen都显示出高性能且空穴和电子传输相平衡的特性,它们的迁移率都大于0.20 cm2 V-1 s-1。当以Ag为电极时,分子AzaPen的空穴迁移率达0.79 cm2 V-1 s-第四章：利用密度泛函理论(DFT)的方法,对影响载流子迁移性质的关键参数进行了理论研究,探讨了双极性有机半导体材料性能的调控原理。我们计算了该系列氮杂并五苯分子的重组能(λ)、电子亲核势(EA)、电离能(IE)以及分子轨道能级。当在并五苯骨架中引入N原子后,会降低了分子LUMO和HOMO能级,有利于电极到分子的电子与空穴的注入,从而呈现双极性的传输性能。但同时N原子会增大分子的λ、IE和EA,会一定程度上降低迁移率。第五章：设计合成了两个可溶、窄带隙的六炔基取代的并五苯衍生物。在并五苯骨架上引入六个炔基扩大了分子共轭程度,从而使其带隙变的很窄,溶液中只有1.65 eV。我们研究了该系列分子的结晶性质,探索其在单晶场效应晶体管器件的应用前景。