具有热激活电导率，且电导率介于导体和绝缘体之间，是有机光电研究领域的一类热门研究材料。通常用于有机场效应晶体管、有机太阳能电池、有机电致发光、有机传感、有机存储、有机激光等光电器件中。

2003年，研究者在题为《小分子有机半导体》（A Small-Molecule Organic Semiconductor）的报道中，第一次提出小分子半导体的概念。该报道中合成了一种小分子半导体材料bis-diethylaminokumarin，并对电荷传输性能及导电性等半导体性能进行系列表征，分子式如图1所示。

图1 bis-diethylaminokumarin分子式

小分子半导体通常具有以下特征：①高迁移率和良好的稳定性；②能量水平与电极/电介质匹配；③良好的共轭表面和较大的自组织势以及规则的聚集形态。

有机半导体材料的性能参数一般用迁移率来衡量，迁移率表示半导体内部电子在电场作用下移动的快慢程度。分子之间的共轭程度与材料的界面缺陷等都会影响半导体材料的迁移率。研究表明，当分子之间的共轭结构能够较好地重叠，产生较好的轨道耦合时，电子在轨道之间的传输比较有利，载流子传输能力将会提高；而规整的聚集状态，可减少材料中载流子在输运过程中的损失，诸如界面散射、陷阱等，从而提高载流子迁移速率。例如，用于场效应晶体管器件的有机小分子，要求其具有较好的共轭平面和较大的自组织潜力，以提供共轭体系空间延伸的可能性，并达到规整的聚集状态。小分子半导体材料的迁移率与分子结构，特别是共轭程度、聚集态等密切相关。在对利用小分子制备的单晶薄膜的研究中，由于分子排列高度有序，其载流子传输特性接近能带输运机制，使基于这些材料的场效应晶体管的迁移率大于10厘米²/（伏·秒），超过了非晶硅的水平。

小分子材料主要可分为p型和n型有机半导体材料。

p型有机半导体的稳定性较好，且具有较高的最高占据分子轨道（highest occupied molecular orbital; HOMO）能级，可与电极匹配形成欧姆接触，有利于空穴注入。具有较强的给出电子特性，即电子给体。n型有机半导体是较好的电子受体，稳定性较差，可以提供与源漏电极相匹配的最低未占据分子轨道（lowest unoccupied molecular orbital; LUMO）能级，以形成欧姆接触，利于电子的注入和输运。

p型有机小分子半导体材料有：①直线型/非直线型稠环芳香碳氢化合物，代表物质是并五苯（pentacene）与红荧烯（rubrene）材料；②噻吩齐聚物，代表物质为四噻吩、六噻吩、八噻吩等；③酞菁类金属配合物，代表物质为酞菁铜（CuPc）；④卟啉类化合物。并五苯、红荧烯、卟啉分子式如图2所示。

图2 并五苯、红荧烯、卟啉分子式

n型有机小分子半导体材料有：①芳基二酰亚胺/二酸酐衍生物，代表物质是萘和苝的二酰亚胺/二酸酐衍生物；②氟取代的有机半导体，代表物质为全氟酞菁铜（F₁₆CuPc）、全氟并五苯（PFP）；③富勒烯（Fullerene）及其衍生物代表物C₆₀、PCBM；④7,7,8,8-四氰基醌二甲烷及其衍生物；⑤含有卤素原子配位的酞菁金属配合物。苝、全氟酞菁铜、富勒烯分子式如图3所示。

图3 苝、全氟酞菁铜、富勒烯分子式

n型半导体与p型半导体的特征：①在有机半导体中，n型载流子（即电子）的迁移率一般低于p型载流子（即空穴）的迁移率。②由于一般有机半导体的电子亲和能较小（即LUMO能级较高），而大气环境下稳定的源漏电极（通常为金、银等贵金属）功函数较大，一般只与有机半导体材料的HOMO能级匹配，比较适合空穴注入。如果选择功函数较小的金属，如铝、镁、钙等，虽然可以满足该能级与有机半导体LUMO能级匹配的要求，从而降低电子注入势垒，但是这些金属容易被氧化，也可能与有机半导体形成活性复合物。③虽然通过分子结构裁剪可以使有机材料的电子亲和能增大，并具有输运电子的特性，但是有机阴离子对大气环境下的水氧比较敏感。水氧的存在可使有机半导体内部逐渐形成基于水或者氧的电子陷阱，这种材料电子输运特性在大气环境下的不稳定性，在返回到真空环境后通常可以消失，使材料恢复原有的电子输运能力。

有机小分子半导体材料在有机场效应晶体管中有着广泛的应用。在场效应晶体管中，沟道长度是源电极和漏电极之间载流子的传输路径，决定了载流子的迁移率，进一步影响响应速度。根据半导体的载流子类型，沟道材料可以分为两种类型：以空穴为载流子的p型材料和以电子为载流子的n型材料。小分子半导体的结晶度对器件的迁移率至关重要，较高的结晶度有利于电荷转移。