共轭有机分子端基结构调控器件存储性能研究

发布时间：2017-07-27 04:12

  本文关键词：共轭有机分子端基结构调控器件存储性能研究

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【摘要】：进入二十一世纪以来,信息量呈爆炸式增长,相应对信息存储技术的要求也是快速发展与之匹配。传统的基于无机材料的存储技术由于制作成本高、加工尺寸技术瓶颈、存储密度低等方面的原因已经发展至极限,因此追求更小体积、携带方便、易于使用的超高密度信息存储器件成为研究的热点。有机电存储材料具备加工成本低、分子结构设计性强、机械性能好以及制备工艺简单等优点已引起国内外研究者的兴趣,并且有望成为下一代高性能数据存储材料的首选。本文基于咔唑、萘酐、异靛等基团进行分子结构设计合成有机分子,通过分子末端基团的调控,进行了多机理实现侧链共轭聚合物多进制信息存储的研究以及分子平面夹角和有机分子晶体中分子排列方向对三明治结构器件电荷传导和存储行为的研究,具体为如下三个方面:(一)相变和电荷转移双机理调控实现三进制信息存储:设计合成了两种侧链共轭均聚物PCzNIC6和PNCzNIC6,并分别制备了器件,两者在分子结构上的差异表现为PNCz NIC6的共轭结构末端含有强吸电子基团硝基。两者所制备的器件在持续的电压扫描下可以从OFF态先到ON1态再到ON2态发生电流突变,这三个导电态说明该两种器件具备三进制信息存储的功能。然而基于PCzNIC6所制备的器件在到达ON2态后电压关闭会自动回复到ON1态,该行为证明其为随机动态信息存储(Dynamic Random Access Memory,DRAM)类型,反之PNCzNIC6的器件则到达ON2态后一直停留在最高导态,证明其为永久性存储(Write Once Read Many times Memory,WORM)类型。通过对OFF态和ON1态薄膜XRD、荧光光谱和电子衍射的表征,证明了两种材料制备的薄膜在OFF态到ON1态的过程无定形态向晶态转变的过程,这是相变的过程。随后ON1到ON2态的转变是萘酰亚胺和咔唑之间的电荷转移的过程,PCzNIC6因为萘酰亚胺的吸电子能力较弱,因此其所形成的电荷陷阱对捕捉的电荷控制能力较弱,从而电场撤除后其变现为可回复的DRAM类型,而对于PNCzNIC6中的末端基团有一个强吸电子基团硝基,其捕捉和控制所转移的电荷能力较强,其饱和后可以保持器件一直在ON2从而表现出WORM的存储类型。因此基于这两种材料制备的存储器件是相变和电荷转移两种机理联合调控实现的三进制存储。这种基于相变的多进制信息存储材料将为今后稳定、长效的多进制信息存储材料的研制打开了新的研究方向。(二)分子平面夹角不同在电存储器件中的研究:设计合成了以异靛作为电子受体、苯并噻吩和苯并呋喃分别为电子供体的两个有机小分子(ID(BT)2和ID(BF)2,期望通过调控分子内的平面性来研究分子的电存储性能。研究结果表明,随着苯并杂环化合物中的杂原子从S原子到O原子变化,有机分子的二面角从23°转变到0.3°。随着分子内夹角的变小,分子的电存储性能由SRAM变换到DRAM型存储类型。这是由于在电压作用下,器件中的电子由富电子基团转移到缺电子基团,在撤除电压后,电子将要回复到原状态,但是由于分子内二面夹角不同,较大的二面夹角不利于电子的快速回复,因此ID(BT)2器件表现出SRAM型存储。然而,ID(BF)分子内夹角为0.3°,分子平面性好,有利于电子的快速回复,因此ID(BF)2器件展现出DRAM型存储特性。这一研究为以后通过改变分子内二面夹角的度数实现不同类型的电存储特性提供了重要参考。(三)有机分子晶体在电存储器件中的研究:本章基于异靛、氰基苯和三氟甲基苯基团,设计合成了A-D-A型有机小分子IDCN和IDCF3。有机小分子IDCN和IDCF3的共轭面大,分子间的作用力较强,分子可以通过分子自组装形成有机晶体,通过改变分子的末端基团来调控分子的结晶性能,通过控制混合溶剂挥发速度来生长一定尺寸较规整的有机单晶微米线,制备成晶体器件,研究其有机单晶器件的电存储性能。研究结果表明,IDCF3和IDCN晶体器件表现出三进制WORM型存储行为。
【关键词】：共轭有机分子 相变转变 平面夹角 有机晶体 电存储
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;O621.2
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 相变存储材料的研究进展12-20
• 1.2.1 无机相变材料13-18
• 1.2.2 高分子相变材料18-20
• 1.3 分子平面夹角在有机半导体中的研究进展20-24
• 1.4 有机分子晶体在半导体器件中的应用研究24-29
• 1.4.1 有机晶体的制备方法24-26
• 1.4.2 有机晶体的制备以及应用26-29
• 1.5 本论文的目的意义以及研究内容29-32
• 1.5.1 本论文选题的目的和意义29
• 1.5.2 本论文的研究内容29-31
• 1.5.3 本论文的创新点31-32
• 第二章 侧链共轭聚合物相变及电荷转移双机理调控实现三进制电存储性能研究32-45
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-37
• 2.2.1 实验原料和试剂33
• 2.2.2 合成过程33-36
• 2.2.3 测试仪器36-37
• 2.2.4 电存储器件制备37
• 2.3 结果与讨论37-44
• 2.3.1 聚合物p Cz NIC6和p NCz NIC6表征37-38
• 2.3.2 薄膜形貌38-39
• 2.3.3 光学和电化学性能39-40
• 2.3.4 电流电压性能40-42
• 2.3.5 存储机理42-44
• 2.4 本章小结44-45
• 第三章 调控分子内平面夹角对电存储器件性能影响的研究45-57
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46-49
• 3.2.1 实验原料和试剂46
• 3.2.2 合成步骤46-48
• 3.2.3 测试仪器48
• 3.2.4 器件制备48-49
• 3.3 结果与讨论49-56
• 3.3.1 有机小分子ID(BT)2 和ID(BF)2 的热稳定性测试49-50
• 3.3.2 薄膜形貌50-51
• 3.3.3 光学和电化学性能51-52
• 3.3.4 I-V性能测试52-54
• 3.3.5 存储机理54-56
• 本章小结56-57
• 第四章 有机分子晶体在电存储器件中的研究57-70
• 4.1 引言57
• 4.2 实验部分57-60
• 4.2.1 实验原料及主要试剂57-58
• 4.2.2 合成步骤58-59
• 4.2.3 测试仪器59-60
• 4.2.4 器件制备60
• 4.3 结果与讨论60-69
• 4.3.1 热失重分子以及差示扫描量热分析60-61
• 4.3.2 薄膜形态61-64
• 4.3.3 光学和电化学性能64-66
• 4.3.4 电流电压（I-V）性能66-68
• 4.3.5 存储机理68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 结论70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 存在的问题与展望71-72
• 参考文献72-82
• 攻读硕士学位期间整理以及公开发表的论文82-83
• 致谢83-84

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本文编号：579736