基于ZnTPP的有机二极管忆阻器氧离子行为调控及性能优化的研究
发布时间：2020-08-31 16:08
人脑凭借突触活动控制的高层次信息存储和处理能力,可以执行各类复杂的学习、记忆、认知和识别功能,其效率是传统信息存储和处理设备所无法比拟的。当前,基于神经形态计算的人工智能系统已成为最有希望在后摩尔时代突破“冯.诺依曼瓶颈”进而实现对大数据的高效存储和处理的技术之一。迄今为止,众多人工架构如传统的互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件、纳米单元、量子点和分子器件等已被用于模拟人脑功能。但是,基于此类器件的神经网络高度依赖软件编程并不具备固有的硬件学习能力,因此无法高效地执行复杂的神经功能。近年来,忆阻器的出现和发展为构建不依赖软件编程的人工神经网络(ANNs)提供了简单有效的途径。本论文在前期研究的一种机理为配位键辅助的离子/电子传输模型,结构为ITO/四苯基卟啉锌(ZnTPP)/Al2O3-x/Al的有机二极管忆阻器的基础上,深入研究了器件的厚度结构优化、破坏性气泡问题优化和神经功能模拟方面的应用,为有机忆阻器的理论发展和实际应用提供了技术储备。(1)基于ZnTPP忆阻器,调整器件结构中Al2O3-x的厚度。借助器件的基本电学性能,研究了器件从普通二极管到忆阻器再到绝缘的器件性能。在此基础上,对优化的器件进行神经形态的功能模拟。因此,本章节不仅验证了Al2O3-x层在器件结构中起到的离子源的作用,并且研究了厚度对器件性能的影响,优化了器件结构的厚度。(2)在电压的刺激下,ZnTPP忆阻器中会产生大量的气泡,随着刺激的过量,气泡甚至会发生破裂。这种破坏性的气泡严重影响了忆阻器对神经突触功能的模拟。由于气泡在器件的阳极,也就是ITO电极,与活性层之间产生,因此,我们在这两层之间增加修饰层,来阻止这种破坏性气泡的产生。(3)基于前期工作中ZnTPP二极管忆阻器配位键辅助的氧离子传输模型以及动态调控分析阻变行为的研究,本章节通过构建基于不同有机物(如P5、C60、PS和PSC60)的二极管器件验证了这种基于氧离子迁移机制的二极管器件结构可以进行推广。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN60
【部分图文】：
氧空位从二氧化铂进入钛电极产生相对均匀的 TiO2和 TiO2-x薄膜（图1.1）[24]。更详细的说，二氧化钛是绝缘的（实际上是一个半导体），但是 TiOx是导电的，因为它的氧空位携带正电荷。其结果是，该氧空位可以在外部电压的作用下向上或向下移动。如果在顶电极施加正电压，它会排斥 TiO2-x层的氧空位（也就是正电压）到 TiO2层。它可以将 TiO2层变成 TiO2-x层使其导电，从而该器件开始工作。施加负电压则具有相反的效果：氧空位被吸引离开 TiO2层，这增加了 TiO2层的厚度从而器件停止工作。图 1.1 （a）Pt/TiO2-x/Pt 器件的 I-V 特性曲线示意图，右下角插图是器件示意图，（b）Pt/TiO2-x/Pt 器件的等效电路示意图[24]有机二极管忆阻器由电极和有机活性层组成，现在有机二极管忆阻器的结构单元主要是交叉型。器件从上往下依次是顶电极，活性层，底电极和衬底组成的。从生物学上来说，晶体管忆阻器类似于神经系统中的树突。顶栅式晶体管忆阻器更是因
目前，聚合物忆阻器的机制主要包括离子迁移、氧化还原反应、电荷转外，因为聚合物是由一些基本模块合成而来，所以可以对其化学、物理和和定制[38]。研究表明，除了单组份聚合物忆阻器，双层、掺杂或混合的聚物/有机化合物、聚合物/碳纳米管和聚合物/石墨烯复合材料）也可表现出性能[39,40]。小分子子可以作为单分子实体进行合成和提纯，进而避免了聚合物材料的多分散件性能可变的问题。此外，由于分子量较低，小分子不仅可以像聚合物那以在高真空条件下通过热蒸镀的方法直接沉积成膜[41,42]。尽管有这些优势子材料在忆阻器领域一直没有得到显著的成果，这可能是由于其活性层有较低的填充系数和电荷萃取效率。2011 年，Lee 等[43]提供了一种通过端基备高性能小分子 OPV 器件的方法。小分子的互联性可以通过形成高度有序到大幅度提高，进而表现出较大的填充系数和效率。
示[44]，CuPc 忆阻器具有渐变平滑的 I-V 特性曲线，表明 C变行为主要是由具有不同注入率和能级的 CuPc 微畴主导的这个设计原则，以及类似的电子性能和分子结构，其他金属酞c、CoPc 和 FePc 等也应具有和 CuPc 类似的忆阻性能[46]。此的化学物种特别是氧化还原剂有强烈的依赖性[47-49]。p 型的 M缘的，却在暴露于空气后变成半导体。这是由于空气中的氧气配位，形成可萃取电子的超氧化物加合物，进而在内部生成离子迁移基的 MPcs 忆阻器具有很强可行性和研究价值。机分子依靠复杂的化学合成和组装制备，但是，利用生物分子复杂过程[50]。考虑到生物可降解、生物可吸收、生物相容以及料已广泛用于忆阻器应用中。目前，多种生物材料（如铁蛋白究忆阻器。
本文编号：2809030
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN60
【部分图文】：
氧空位从二氧化铂进入钛电极产生相对均匀的 TiO2和 TiO2-x薄膜（图1.1）[24]。更详细的说，二氧化钛是绝缘的（实际上是一个半导体），但是 TiOx是导电的，因为它的氧空位携带正电荷。其结果是，该氧空位可以在外部电压的作用下向上或向下移动。如果在顶电极施加正电压，它会排斥 TiO2-x层的氧空位（也就是正电压）到 TiO2层。它可以将 TiO2层变成 TiO2-x层使其导电，从而该器件开始工作。施加负电压则具有相反的效果：氧空位被吸引离开 TiO2层，这增加了 TiO2层的厚度从而器件停止工作。图 1.1 （a）Pt/TiO2-x/Pt 器件的 I-V 特性曲线示意图，右下角插图是器件示意图，（b）Pt/TiO2-x/Pt 器件的等效电路示意图[24]有机二极管忆阻器由电极和有机活性层组成，现在有机二极管忆阻器的结构单元主要是交叉型。器件从上往下依次是顶电极，活性层，底电极和衬底组成的。从生物学上来说，晶体管忆阻器类似于神经系统中的树突。顶栅式晶体管忆阻器更是因
目前，聚合物忆阻器的机制主要包括离子迁移、氧化还原反应、电荷转外，因为聚合物是由一些基本模块合成而来，所以可以对其化学、物理和和定制[38]。研究表明，除了单组份聚合物忆阻器，双层、掺杂或混合的聚物/有机化合物、聚合物/碳纳米管和聚合物/石墨烯复合材料）也可表现出性能[39,40]。小分子子可以作为单分子实体进行合成和提纯，进而避免了聚合物材料的多分散件性能可变的问题。此外，由于分子量较低，小分子不仅可以像聚合物那以在高真空条件下通过热蒸镀的方法直接沉积成膜[41,42]。尽管有这些优势子材料在忆阻器领域一直没有得到显著的成果，这可能是由于其活性层有较低的填充系数和电荷萃取效率。2011 年，Lee 等[43]提供了一种通过端基备高性能小分子 OPV 器件的方法。小分子的互联性可以通过形成高度有序到大幅度提高，进而表现出较大的填充系数和效率。
示[44]，CuPc 忆阻器具有渐变平滑的 I-V 特性曲线，表明 C变行为主要是由具有不同注入率和能级的 CuPc 微畴主导的这个设计原则，以及类似的电子性能和分子结构，其他金属酞c、CoPc 和 FePc 等也应具有和 CuPc 类似的忆阻性能[46]。此的化学物种特别是氧化还原剂有强烈的依赖性[47-49]。p 型的 M缘的，却在暴露于空气后变成半导体。这是由于空气中的氧气配位，形成可萃取电子的超氧化物加合物，进而在内部生成离子迁移基的 MPcs 忆阻器具有很强可行性和研究价值。机分子依靠复杂的化学合成和组装制备，但是，利用生物分子复杂过程[50]。考虑到生物可降解、生物可吸收、生物相容以及料已广泛用于忆阻器应用中。目前，多种生物材料（如铁蛋白究忆阻器。
【参考文献】
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1 王智勇;基于金属卟啉的有机二极管忆阻器应用研究[D];南京邮电大学;2017年
本文编号：2809030
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