PEDOT:PSS导电行为调控及神经网络模拟

发布时间：2020-02-16 10:19

【摘要】：进入21世纪以来，以半导体材料为基础的电子技术为人类生活带来了前所未有的变化。晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路的发展使人类社会正式进入了信息时代。聚乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸的混合物(PEDOT:PSS)是一种本征导电高分子，具有极其丰富的电学特性。本文主要围绕PEDOT:PSS这种有机物，通过调控其导电行为，优化了其作为阻变存储器的性能。阻变存储器是一种具有广阔前景的存储器，它融合了现有存储器的各项优势，具有擦写速度快、非易失性、成本低、易于制备等特点。本文比较了PEDOT:PSS导电通道与金属导电通道的异同，讨论了其作为阻变通道的优势。同时，本文还将PEDOT:PSS阻变器件应用于神经网络模拟领域，为神经网络计算机的概念提供元件模型。首先，本文采用磁控溅射、电子束蒸镀、匀胶等方法制备了一批基于PEDOT:PSS的有机阻变存储器。通过少量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)掺杂，显著改善了Al/PEDOT:PSS/Al结构阻变存储器的阻变窗口值。将原窗口值提高了10~100倍，并且高低阻态仍能保持105秒以上。通过XPS、Raman、AFM等手段详细地研究了阻变窗口值增大的原因，认为PVP的掺杂一方面引入电荷陷阱，增加高阻态电阻；另一方面将分子卷曲构型改变为直线构型，减小低阻态电阻，从而增大阻变窗口。本实验为优化阻变器件提供了一种可靠途径。另外，通过电学性能测试，发现PEDOT:PSS导电通道比金属细丝导电通道在PVP基有机阻变存储器中更有优势。在PEDOT:PSS掺杂的PVP有机阻变存储器中观察到103窗口大小，并能够保持超过105s的阻变现象。同时阐述了不同性质导电通道在该体系中的基本特点，对后续研究起到指导作用。最后，我们成功地将Ti/PEDOT:PSS/Ti结构阻变器件应用于神经网络模拟领域，利用脉冲测试模拟了生物体在外界刺激下的反应，包括增强性和抑制性。并通过对不同厚度、不同电极尺寸器件的电学分析以及测试前后的透射电镜照片阐述了这种电阻变化的原因。实验结果表明器件电阻变化来源于PEDOT自身的氧化还原反应和PSS-的移动。一方面，PEDOT自身的氧化还原导致了电阻在循环内高低阻态之间的切换，另一方面，PSS-的移动导致了循环平均电阻的持续增大。本实验中制备的阻变器件为实现神经网络计算提供可能。
【图文】：

界面图,偶极,有机半导体,界面

型有机半导体是指易于注入电子的半导体材料，，本质上是型有机半导体是指更易注入空穴的半导体材料，本质上是分的有机半导体属于空穴传导，为 p 型有机物，例如并五说，有机物中载流子的输运可以分为两种类型：一种是以率材料，另一种是以窄能带实现载流子传输的高迁移率材物的基本输运模式。半导体与金属的界面导体与金属的界面电子结构是有机电子学的重要研究方向用的关键问题。按照相互作用的强弱来分，由弱到强共有饱和烃与洁净的金属之间的作用力最弱，其次是 π 共轭分钝化金属的界面，再次是 π 共轭分子与不发生反应的金属分子与发生反应的金属界面，最强的是本征偶极的 π 共轭。

分子结构图,偶极,高分子,本征导电

第 1 章引言能级排列同界面间的相互作用及偶极垒并不能简单地由金属及有机物的功同，偶极势垒普遍存在于几乎所有的的基本物化性质高分子被合成以来[3,4]，本征导电高分热潮就从未消退。在近十几年来，本的工业产品[5,6]，以其优异的电学特EDOT)是其中一类很重要的高分子，为了更方便地制备器件，PEDOT 通和 PSS 的结构式如图 1.2。其中(a)是
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP333

【共引文献】