光电双控智能有机存储材料的设计及其光电性质

发布时间：2019-11-03 12:11

【摘要】：二芳基乙烯类化合物是一类在特定的范围的波长光照下,分子结构能产生变化的光致变色材料。本文设计并成功合成了7种新型的光致变色化合物:BCMThCE_1-7,并对这7种化合物进行了核磁表征、飞行时间质谱表征、紫外可见光吸收光谱检测以及循环伏安测试。这些化合物在λ=200-400 nm的紫外光的照射下不仅会发生颜色的变化,同时它们的紫外可见光吸收光谱也会出现新的吸收峰,相应地,它们的前线轨道能级也发生了不同程度的改变。这些发生物理、化学性质改变的化合物,其颜色、吸收光谱和前线轨道能级在可见光(λ400nm)的照射下,又能恢复到初始的状态。为了将光致变色分子的特性有效地应用到有机场效应晶体管中去,本文对常见半导体材料的前线轨道能级进行了调研,最后采用了酞菁酮和光致变色材料BCMThCE_5作为掺杂组分掺杂到酞菁酮中去并应用于有机场效应晶体管的半导体层。首先,我们对光调制晶体管性能作了探索,发现该器件在紫外光照下各性能参数会发生衰减,如最大电流(|IDS|max)、电流开关比(|IDS|on/off)、迁移率(μ),而其阈值电压(Vth)则向负向漂移。而在可见光的照射过程中,这些改变的性能参数又能逐渐恢复并回复到接近初始的状态。同时,我们发现其性能变化的程度与光照时间的长短有一定的关系,而决定这个的因素是薄膜内开环异构体o-BCMThCE_5和闭环异构体c-BCMThCE_5相对浓度的变化。进一步,我们又进行了电调制晶体管性能的探索,发现在操作时间相同的情况下,器件性能的变化程度与操作电压的大小有关。通过光调制和电调制两种方法,我们均得到了多个稳定的不同高低的电流能级,这为其应用于有机多阶存储奠定了基础。为了进一步拓展该晶体管的应用,我们尝试结合两种调制方法,设计了两个简单的逻辑门(NOR和OR),使得电流在高阻态(High Resistance State,HRS)和低阻态(Low Resistance State,LRS)之间切换。为了更进一步地拓展光致变色分子的应用领域,我们又尝试采用BCMThCE_5分子作为功能层,采用交叉开关矩阵(crossbar)的电极结构,制备了有机二极管存储器件(ITO/BCMThCE_5/Al),并对其电学特性进行了表征。在表征测试的过程中,我们发现该器件的存储特性不仅会随着分子的开闭环结构的变化而变化,一定程度上对电极宽度也有依赖性。该类器件的存储类型主要在闪存(Flash Memory)型和一写多读(WORM)型存储类型间转换。
【图文】：

从而导致了最大电流和载流子迁移率的下降(见图3.3.2-1) 继而电流开关比也将减小 同时，这种空穴的迁移能够促进空穴注入产生电流 从而导致阈值电压(Vth)向负向漂移 但所有这些性能参数均能在可见光(λ > 400 nm, I0= 5.86mW/cm2, 10 分钟)的照射下逐渐恢复到初始状态 0 1 2 3 4 5 610-910-810-710-6|IDS|max/AI|SD|mxaA/step10-410-310-2 /cm2/Vs cm/2Vs/UV Vis UV Vis UV Visa)0 1 2 3 4 5 6-20-15-10-5Vth/VVhtV/step103104Ion/IoffInoI/foUV Vis UV Vis UV Visb)图 3.3.2-1 a) 紫外光照(λ = 200-400 nm, I0= 2.49 mW/cm2, 15 分钟)和可见光照(λ > 400 nm, I0= 5.86 mW/cm2,10 分钟)前后的最大漏电流(|IDS|max)，载流子迁移率(μ)以及 b)阈值电压(Vth)和电流开关 紫外光照射和可见光照射的过程分别用灰色和黄色阴影区域表示 所有的结果都是在器件测试所得的 IDS VGS(VDS= -50 V,VGS= -50 V)曲线上计算得到 OFET 器件的沟道长为 100 μm，宽为 2000 μm 值得注意的是，这些能够通过光照转变的晶体管参数（在氮气保护下），在数次紫外光和可见光的交替循环照射后仅有微弱的衰减 最大电流和载流子迁移率的变化程度分别是 97 ~98% 和 95 ~ 97% 三次可见光照射过程结果，，最大漏电流为 2.28 ~ 2.97 ×10-7A，而紫外光则为 6.12 ~ 7.77 ×10-9A 迁移率分别是 1.4 ~ 1.9 ×10-3（可见光）和 6.2 ~ 6.7 ×10-5cm2V 1s 1(紫外光) 响应的阈值电压则在-9 ~ -11 和-17 ~ -19 V 之间变化，电流开关比在 4.9 ~ 6.0 ×103和 7.2 ~ 7.8 ×102之间变化 基于以上测试分析

55o-BCMThCE_3 的正己烷溶液, 左；经紫外光照射后，c-BCMThCE_3 的正己烷_4 的正己烷溶液, 左；经紫外光照射后，c-BCMThCE_4 的正己烷溶液, 右) b)-BCMThCE_5 的正己烷溶液，左；经紫外光照射后，c-BCMThCE_5 的正己烷_6 的正己烷溶液，左：经紫外光照射后，c-BCMThCE_6 的正己烷溶液，右
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386;TN31;O625.1

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本文编号：2555074