基于偶氮骨架的多进制电存储有机分子的设计合成及结构调控对存储性能的影响

发布时间：2019-11-04 13:10

【摘要】：随着当今社会经济的快速发展也伴随着信息爆炸式的增长,基于摩尔定律的传统无机硅存储器件最终将接近其理论存储容量极限。因此设计合成具有高信息存储密度的存储材料和半导体器件是替代硅材料的有效方法之一并有着极其重要的意义。基于有机共轭小分子材料的存储器具有成本低,易于分离纯化,易于加工,响应快速,功耗低等诸多优点,被认为是一种具有广泛应用前景的新型存储材料。近年来有机共轭小分子存储材料已取得一些突破,但在如何进一步提高存储器件的读写循环次数,响应速度,器件维持时间,开关比和存储密度等方面还有很多的工作需要完成。因此,设计和制备具有良好存储性能的新型有机小分子存储材料以及研究探索存储机理逐渐成为超高密度信息存储领域的热点课题。基于此,本论文开展了一系列含有偶氮基团的新型共轭有机小分子化合物的设计合成及器件存储性能的研究工作,并得到了如下研究成果:(1)设计三个具有类似电子结构的位置异构体,研究不同异构体分子的堆积排列有序度及其对导电过程的影响,进而表现出不同的存储性能(二进制存储和三进制存储)。推测了造成三进制存储的主要原因。随后通过理论计算和衰减全反射红外(ATR-IR)证明了该假想,为多进制存储的设计及存储机理的研究提供了有益的参考。(2)设计和合成了三个含邻氟偶氮苯骨架(FAZO)的有机小分子。通过在末端引入推电子基团三苯胺(TPA)和拉电子基团萘酰亚胺(NA),分别得到不同极性的小分子FAZO-1,FAZO-2和FAZO-3。系统的研究了三个小分子的光学,电学和器件的电存储性能。发现较小极性FAZO-1和FAZO-2分子的器件均表现出易失性SRAM性能,而极性较大的FAZO-3分子表现出非易失性三位WORM性能。通过更换金电极验证了存储性能,并进一步通过理论计算理论解释了三个小分子的电存储行为。通过分子极性来调控器件存储性能的方法为今后的分子设计和研究提供有益的借鉴。(3)设计合成了含有吡啶基团的偶氮共轭D-A小分子(AZOCP),并通过分子吡啶基团与樟脑磺酸成盐化作用得到化合物(AZOCP-CSA)。研究了成盐化对薄膜形貌及器件的存储性能的影响。发现表现基于AZOCP-CSA的器件表现出更好的存储性能和器件稳定性。结果表明通过成盐化的方法,可有效改善分子的薄膜形貌和提高分子内/间的电荷转移和电荷传输过程,进而提升其存储性能,对未来高性能有机电子器件的设计具有指导意义。(4)通过新颖高效的合成方法得到八氟取代偶氮苯骨架和全新的全氟取代吩嗪衍生物并以这些分子作为共轭骨架引入推电子基团(三苯胺),分别合成了不同取代的含氟偶氮衍生物TM-1与TM-2和含氟吩嗪衍生物TM-3,通过一些列光电测试比较分子的差异。并作为活性层来制备电存储器件,分析对比器件的存储性能的差异,探讨提升存储器件性能的方法。本论文通过不同的方法对偶氮骨架进行修饰,研究了影响存储性能的因素,讨论并提出了提高存储性能的方法。对高密度数据存储领域的未来发展打下了一定基础。
【图文】：

示意图,掩膜,器件,存储器件

基于偶氮骨架的多进制电存储有机分子的设计合成及结构调控对存低误读率的数据存储关键。在此外，，低功耗，易于制造，和竞争成也都很重要。材料的器件结构介绍存储器件通常可以分为三明治结构和 OFET（有机场效应晶体器件是较简单的，在基底上依次沉积底电极，活性层和顶电级的氧化锡（ITO）或金，银，铝等其它金属材料，顶电极一般、铝、铜等）。存储器件经典的三明治结构，如图 1-1 所示。

纳米,聚合物,旋涂,存储器件

图 1-2. 经典的有机存储器件结构；（a）无纳米离子的单层器件；（b）包含两种类型聚合物的双层结构；（c）纳米陷阱在有机层中间的结构；（d）旋涂的聚合物-纳米粒子均匀掺杂的结构Reproduced with permission.[19]
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;O621.1

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