有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控

发布时间：2017-08-21 18:18

  本文关键词：有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控

  更多相关文章： 有机小分子 电存储 界面调控 电极修饰

【摘要】：随着信息技术在人们生活中的广泛应用,数据的高效存储成为了制约信息技术发展的重要瓶颈。传统的无机半导体材料由于其自身尺寸的限制,逐渐已经无法满足人们的日常需求。有机电存储材料由于其工艺简单、结构可设计、生产成本低等优点有望成为信息存储技术的主要载体。然而,目前的电存储器件研究中,通过单一的分子设计手段对器件性能改善程度有限,无法达到实际应用的要求,需要多种手段综合运用提高器件性能。另一方面,在有机光电领域,界面调控在增强器件性能方面效果显著,得到了广泛研究。遗憾的是,该技术尚未在有机电存储领域得到应用。本文率先从界面调控的角度入手,通过对有机电存储器件中底电极/功能层界面、功能层内晶畴/晶畴界面、功能层/顶电极界面的调控,初步探究界面调控对有机电存储器件性能的影响。研究内容主要从以下三个方面展开:(1)ITO基底与有机分子层界面对有机电存储器件性能的影响:设计合成了具有双电荷陷阱的有机共轭小分子PTZ-PTZO-CN,基于该分子进行器件制备。通过在ITO基底表面引入膦酸衍生物进行修饰,利用膦酸衍生物具备的功能基团改变基底/功能层界面。界面调控有效降低了器件的开启电压,使得器件在有效电压内三进制稳定性得到了极大的提高。通过XRD和GISRAX的表征,发现这样的改变是由于在ITO基底引入膦酸衍生物后,由于膦酸衍生物所具有的功能基团,改变了基底/功能层界面,对功能层有机共轭小分子的堆积产生诱导作用,改善了有机共轭小分子在薄膜内部的堆积,提高了载流子迁移率,最终降低了开启电压。通过研究,证实了随着基底/功能层界面的调控,能够影响电存储器件中功能层的堆积,对有机电存储器件的重现性产生较大的影响,为今后设计低能耗、更可靠的多进制存储器件提供参考。(2)功能层中晶畴/晶畴界面对器件性能的影响:通过对苯环取代基位置的调节,设计合成了一组位置异构分子α-PBT和β-PBT,改变功能层中分子晶粒尺寸,调节功能层中有机共轭小分子的晶畴/晶畴界面。将这两个化合物分别制成三明治结构的薄膜器件进行电存储性能测试,发现两个分子器件均表现出二进制非易失性(WORM)性能,但是他们的开启电压存在较大的差异。通过测试发现,随着分子中苯环取代基位置的改变,两个分子的空间构型发生了变化,使得分子薄膜内的结晶方式发生了改变,最终对两个分子薄膜中的晶粒尺寸产生了影响。β-PBT分子的晶粒明显比α-PBT分子的晶粒大,在相同距离下,晶粒大的分子其晶界数量更少,使得载流子传输更易,器件开启电压降低。这说明在有机电存储器件中,有机共轭小分子的晶畴/晶畴界面势能极大地影响着器件性能。调控功能层有机共轭小分子晶畴/晶畴界面,对降低器件能耗具有重要作用,为后续设计低能耗高性能的存储器件提供参考。(3)功能层/顶电极界面对有机电存储器件性能的影响:设计合成了两个以吩噻嗪和三苯胺为骨架的donor-accepter-donor(D-A-D)结构的有机共轭小分子,通过对吩噻嗪基团中的硫原子进行不同程度的氧化,来比较功能层薄膜表面形貌及电存储性能的差异。实验结果表明吩噻嗪基团中的砜基相比于亚砜基团的吸电子能力明显增强,同样表现出二进制SRAM型存储类型的器件,吸电子能力更强的分子TPA-PTD对应的器件具有更长的回复时间,而具有更加粗糙表面形貌的TPA-PTO分子则拥有更高的开启电压。功能层/顶电极界面的粗糙程度,将影响顶电极到功能层的界面注入能垒,影响器件的能耗。这种通过调节功能层/顶电极界面接触,来改善器件的存储性能的思路为器件能耗的降低指明了新的道路。
【关键词】：有机小分子 电存储 界面调控 电极修饰
【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
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-36
• 1.1 信息存储材料的概况11-12
• 1.1.1 引言11
• 1.1.2 信息存储材料的分类11-12
• 1.2 有机电存储材料的基础12-19
• 1.2.1 引言12
• 1.2.2 有机电存储材料的器件结构12-13
• 1.2.3 有机电存储材料的存储类型13-14
• 1.2.4 有机电存储材料的种类14-17
• 1.2.5 有机电存储器件的制备工艺17-19
• 1.3 有机半导体器件的界面19-32
• 1.3.1 引言19
• 1.3.2 载流子的注入模型19-21
• 1.3.3 底电极ITO基底的修饰21-25
• 1.3.4 功能层内堆积的改善与调控25-28
• 1.3.5 功能层与金属电极间界面调节28-32
• 1.4 本论文的目的意义及研究内容32-36
• 1.4.1 本论文选题的目的和意义32-33
• 1.4.2 本论文的研究内容33-34
• 1.4.3 本论文的创新点34-36
• 第二章 膦酸分子修饰ITO基底表界面对电存储器件性能的影响36-51
• 2.1 引言36-38
• 2.2 实验部分38-42
• 2.2.1 实验原料及主要试剂38
• 2.2.2 分子合成步骤38-40
• 2.2.3 ITO玻璃清洗及处理40-41
• 2.2.4 有机电存储存储器件的制备41
• 2.2.5 分析测试及器件制备仪器41-42
• 2.3 结果与讨论42-50
• 2.3.1 ITO基底表面表征与测试42-44
• 2.3.2 器件的性能表征与测试44-46
• 2.3.3 分子测试与表征46-50
• 2.4 本章小结50-51
• 第三章 共轭分子位置异构调控晶畴界面对电存储器件性能的影响51-62
• 3.1 引言51-52
• 3.2 实验部分52-54
• 3.2.1 实验原料及主要试剂52
• 3.2.2 分子合成步骤52-53
• 3.2.3 分析测试及器件制备仪器53-54
• 3.2.4 器件的制备54
• 3.3 结果与讨论54-61
• 3.4 本章小结61-62
• 第四章 杂环分子中不同氧化态硫对薄膜表面形貌及电存储性能的影响62-72
• 4.1 引言62-63
• 4.2 实验部分63-66
• 4.2.1 实验原料及主要试剂63
• 4.2.2 分子合成步骤63-65
• 4.2.3 分析测试及器件制备仪器65
• 4.2.4 器件的制备65-66
• 4.3 结果与讨论66-71
• 4.4 本章小结71-72
• 第五章 结论72-74
• 5.1 全文总结72-73
• 5.2 本文存在的问题与展望73-74
• 参考文献74-85
• 攻读学位期间整理及公开发表的论文85-86
• 致谢86-87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 吴迪;;新型铁电阻变存储器件制备成功[J];功能材料信息;2013年04期

2 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 李珩;王京霞;王荣明;宋延林;;利用光子晶体提高光存储器件的开关比[A];中国化学会第27届学术年会第05分会场摘要集[C];2010年

2 郭鹏;蔡永挚;刘春明;吕银祥;徐伟;潘星龙;华中一;;一种电可擦写可读出的有机薄膜存储器件[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

3 张X;李炳政;陈爽;;基于USB接口的l~2C存储器件读写系统的设计[A];2008全国LED显示应用技术交流暨产业发展研讨会文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报国际部 本报驻美国记者 毛黎 本报驻以色列记者 郑晓春 本报驻英国记者 何屹 本报驻日本记者 陈超 本报驻法国记者 李钊 本报驻俄罗斯记者 张浩 本报驻南非记者 李学华 本报驻韩国记者 邰举;2008年世界科技发展回顾·信息科学[N];科技日报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 卜荣成;氮杂环共轭有机小分子结构调节器件存储性能的研究[D];苏州大学;2015年

2 陈琳;原子层淀积金属氧化物阻变存储器件研究[D];复旦大学;2012年

3 庄小东;新型高分子信息存储材料的设计与制备[D];华东理工大学;2011年

4 石蕾;含有电子给受体结构的聚酰亚胺的合成及其电存储行为和机理研究[D];北京化工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈英方;Si薄膜和BFO薄膜阻变存储特性研究[D];河北大学;2015年

2 马勇;含偶氮的小分子及聚合物的电存储性能研究[D];苏州大学;2015年

3 顾野;忆阻器件的特性与电路应用研究[D];电子科技大学;2015年

4 周乾豪;有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控[D];苏州大学;2016年

5 余吟丰;电阻型存储器件的设计，，制作及表征[D];电子科技大学;2012年

6 夏先海;有机二极管电存储器件及其机理研究[D];南京邮电大学;2013年

7 陈飞;应用于飞机电路板修理的专用程序存储器件读写装置的研制[D];南京航空航天大学;2014年

8 刘欣;有机阻变存储器件制备及其性能研究[D];安徽大学;2011年

9 曹永;有机半导体二极管电存储器件及其存储机理的研究[D];南京邮电大学;2014年

10 吴春波;纳米SONOS存储器件多值多位存储技术研究[D];南京大学;2013年

本文编号：714391