生物分子与共轭聚合物双层结构有机电存储器的研究

发布时间：2017-08-09 04:23

  本文关键词：生物分子与共轭聚合物双层结构有机电存储器的研究

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【摘要】：生物分子具有环境友好、易获取和独特的电性能等优点,逐渐被应用到有机电子器件中。为了把生物分子应用于有机电存储器中,本论文研究了基于生物分子与共轭聚合物双层结构的有机电存储器,生物分子包括氨基酸、多肽和蛋白质,分别采用了电泳法、水热法和溶液旋涂法在透明导电电极ITO上制备生物分子层,从而制备、测试、表征了整个存储器件,研究其存储原理。采用电泳法分别制备了天冬氨酸、精氨酸、丙氨酸三种生物分子层在透明导电电极ITO上,基于这三种氨基酸制备的ITO/biomolecules/MEH-PPV/Al器件,相对于无生物分子层的ITO/MEH-PPV/Al器件都表现出迟滞现象,具有双稳态特性,基于天冬氨酸的器件获得了最大的两个电流态的差值110 nA。另外,改变电泳天冬氨酸的时间,研究发现增加电泳的时间,器件的两个稳态的电流差值有增加趋势,并且在电泳5 h时器件的电流具有突变特性,其开关比最大可以达到6×102。生长生物分子层的方法不同,生物分子的状态会不同,器件的存储特性则会改变。为了提升器件存储性能,采用水热法代替电泳法,把双甘氨二肽、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸四种生物分子生长在ITO上,获得了基于双甘氨二肽、丙氨酸、天冬氨酸Flash型有机非易失电存储器件和基于谷氨酸的WORM型有机非易失电存储器件,分别都获得了比较优异的存储性能,最高的开关比分别为106、106、105和105,响应速度都不大于20 ns,具有较长的保持时间。其与无生物分子层并没有存储特性的ITO/MEH-PPV/Al器件相比,表明生物分子层对器件的存储功能具有至关重要的作用。另外,我们研究了生物分子的生长时间和聚合物的厚度对器件性能的影响,发现器件的存储性能会有所改变,但前者对器件的影响大于后者。采用更为简便的溶液旋涂法,在ITO上旋涂一层生物分子包括双甘氨二肽、牛血清蛋白、天冬氨酸、谷氨酸,同样制备了ITO/biomolecules/MEH-PPV/Al存储器件,获得了除基于双甘氨二肽的器件为Flash型有机非易失存储器以外,其余为WORM型有机非易失存储器。四种器件的响应速度都不大于20 ns,具有很长的保持时间,且研究发现WORM型存储器件的保持性能普遍比Flash型存储器件的保持性能好。最后,对器件的I-V曲线进行了拟合研究其存储机制,可得到器件中载流子在OFF态时,符合SCLC模型和热电子注入模型;在ON态时,为欧姆传导模型。
【关键词】：有机电存储 非易失闪存 生物分子 共轭聚合物
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 有机电存储器12-22
• 1.2.1 有机电存储器件的基本概念12-14
• 1.2.2 有机电存储器件的结构14-15
• 1.2.3 有机电存储材料15
• 1.2.4 有机电存储器件的特征I-V曲线15-17
• 1.2.5 有机电存储器的存储机理17-22
• 1.3 基于生物材料的有机电存储器件22-24
• 1.4 本论文的研究内容及意义24-25
• 第2章 实验材料和方法25-32
• 2.1 实验材料25-27
• 2.1.1 实验所需材料25
• 2.1.2 生物材料与MEH-PPV25-27
• 2.2 有机电存储器件的制备27-30
• 2.2.1 实验仪器与设备27
• 2.2.2 器件制备过程27-30
• 2.3 有机电存储器件的表征30-31
• 2.3.1 器件的电性能测试30
• 2.3.2 器件的结构和薄膜表征30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 电泳法制备生物分子层电存储器32-38
• 3.1 引言32
• 3.2 电泳法制备生物分子层32-34
• 3.2.1 电泳制备过程及其原理32-33
• 3.2.2 氨基酸/ITO界面的SEM分析33-34
• 3.3 电泳法生长氨基酸的器件34-35
• 3.3.1 器件的I-V曲线分析34-35
• 3.4 改变工艺参数对器件的影响35-37
• 3.4.1 天冬氨酸生长时间对器件的影响35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 水热法制备生物分子层电存储器38-62
• 4.1 引言38
• 4.2 水热法制备生物分子层38-41
• 4.2.1 水热法制备过程及其原理38-39
• 4.2.2 生物分子/ITO界面的SEM分析39-41
• 4.3 无生物分子层的器件41
• 4.4 水热法生长双甘氨二肽的器件41-47
• 4.4.1 器件的I-V曲线分析41-42
• 4.4.2 器件的性能参数测试与分析42-44
• 4.4.3 双甘氨二肽生长时间对器件的影响44-45
• 4.4.4 聚合物MEH-PPV层厚度对器件的影响45-46
• 4.4.5 不同聚合物器件的研究46-47
• 4.5 水热法生长丙氨酸的器件47-51
• 4.5.1 器件的I-V曲线分析47-48
• 4.5.2 器件的性能参数测试与分析48-49
• 4.5.3 丙氨酸生长时间对器件的影响49-50
• 4.5.4 聚合物MEH-PPV层厚度对器件的影响50-51
• 4.6 水热法生长天冬氨酸的器件51-55
• 4.6.1 器件的I-V曲线分析51-52
• 4.6.2 器件的性能参数测试与分析52-53
• 4.6.3 天冬氨酸生长时间对器件的影响53-54
• 4.6.4 聚合物MEH-PPV层厚度对器件的影响54-55
• 4.7 水热法生长谷氨酸的器件55-56
• 4.7.1 器件的I-V曲线分析55-56
• 4.7.2 器件的响应速度和保持性能56
• 4.8 器件的存储原理56-60
• 4.9 本章小结60-62
• 第5章 旋涂法制备生物分子层电存储器62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 旋涂法制备生物分子层62-63
• 5.2.1 制备过程62
• 5.2.2 旋涂制备生物分子薄膜的形态62-63
• 5.3 旋涂法制备双甘氨二肽的器件63-66
• 5.3.1 器件的I-V曲线分析63-64
• 5.3.2 器件的性能参数测试与分析64-65
• 5.3.3 双甘氨二肽的浓度对器件的影响65-66
• 5.4 旋涂法制备牛血清蛋白的器件66-68
• 5.4.1 器件的I-V曲线分析66-67
• 5.4.2 器件的响应速度和保持性能67-68
• 5.5 旋涂法制备天冬氨酸的器件68-69
• 5.5.1 器件的I-V曲线分析68
• 5.5.2 器件的响应速度和保持性能68-69
• 5.6 旋涂法制备谷氨酸的器件69-71
• 5.6.1 器件的I-V曲线分析69-70
• 5.6.2 器件的响应速度和保持性能70-71
• 5.7 旋涂生物分子层器件的存储原理71-73
• 5.8 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81

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