發(fā)布時間：2017-08-21 18:18

  本文關鍵詞：有機共軛小分子電存儲器件性能的界面調控

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【摘要】：隨著信息技術在人們生活中的廣泛應用,數據的高效存儲成為了制約信息技術發(fā)展的重要瓶頸。傳統(tǒng)的無機半導體材料由于其自身尺寸的限制,逐漸已經無法滿足人們的日常需求。有機電存儲材料由于其工藝簡單、結構可設計、生產成本低等優(yōu)點有望成為信息存儲技術的主要載體。然而,目前的電存儲器件研究中,通過單一的分子設計手段對器件性能改善程度有限,無法達到實際應用的要求,需要多種手段綜合運用提高器件性能。另一方面,在有機光電領域,界面調控在增強器件性能方面效果顯著,得到了廣泛研究。遺憾的是,該技術尚未在有機電存儲領域得到應用。本文率先從界面調控的角度入手,通過對有機電存儲器件中底電極/功能層界面、功能層內晶疇/晶疇界面、功能層/頂電極界面的調控,初步探究界面調控對有機電存儲器件性能的影響。研究內容主要從以下三個方面展開:(1)ITO基底與有機分子層界面對有機電存儲器件性能的影響:設計合成了具有雙電荷陷阱的有機共軛小分子PTZ-PTZO-CN,基于該分子進行器件制備。通過在ITO基底表面引入膦酸衍生物進行修飾,利用膦酸衍生物具備的功能基團改變基底/功能層界面。界面調控有效降低了器件的開啟電壓,使得器件在有效電壓內三進制穩(wěn)定性得到了極大的提高。通過XRD和GISRAX的表征,發(fā)現這樣的改變是由于在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團,改變了基底/功能層界面,對功能層有機共軛小分子的堆積產生誘導作用,改善了有機共軛小分子在薄膜內部的堆積,提高了載流子遷移率,最終降低了開啟電壓。通過研究,證實了隨著基底/功能層界面的調控,能夠影響電存儲器件中功能層的堆積,對有機電存儲器件的重現性產生較大的影響,為今后設計低能耗、更可靠的多進制存儲器件提供參考。(2)功能層中晶疇/晶疇界面對器件性能的影響:通過對苯環(huán)取代基位置的調節(jié),設計合成了一組位置異構分子α-PBT和β-PBT,改變功能層中分子晶粒尺寸,調節(jié)功能層中有機共軛小分子的晶疇/晶疇界面。將這兩個化合物分別制成三明治結構的薄膜器件進行電存儲性能測試,發(fā)現兩個分子器件均表現出二進制非易失性(WORM)性能,但是他們的開啟電壓存在較大的差異。通過測試發(fā)現,隨著分子中苯環(huán)取代基位置的改變,兩個分子的空間構型發(fā)生了變化,使得分子薄膜內的結晶方式發(fā)生了改變,最終對兩個分子薄膜中的晶粒尺寸產生了影響。β-PBT分子的晶粒明顯比α-PBT分子的晶粒大,在相同距離下,晶粒大的分子其晶界數量更少,使得載流子傳輸更易,器件開啟電壓降低。這說明在有機電存儲器件中,有機共軛小分子的晶疇/晶疇界面勢能極大地影響著器件性能。調控功能層有機共軛小分子晶疇/晶疇界面,對降低器件能耗具有重要作用,為后續(xù)設計低能耗高性能的存儲器件提供參考。(3)功能層/頂電極界面對有機電存儲器件性能的影響:設計合成了兩個以吩噻嗪和三苯胺為骨架的donor-accepter-donor(D-A-D)結構的有機共軛小分子,通過對吩噻嗪基團中的硫原子進行不同程度的氧化,來比較功能層薄膜表面形貌及電存儲性能的差異。實驗結果表明吩噻嗪基團中的砜基相比于亞砜基團的吸電子能力明顯增強,同樣表現出二進制SRAM型存儲類型的器件,吸電子能力更強的分子TPA-PTD對應的器件具有更長的回復時間,而具有更加粗糙表面形貌的TPA-PTO分子則擁有更高的開啟電壓。功能層/頂電極界面的粗糙程度,將影響頂電極到功能層的界面注入能壘,影響器件的能耗。這種通過調節(jié)功能層/頂電極界面接觸,來改善器件的存儲性能的思路為器件能耗的降低指明了新的道路。
【關鍵詞】：有機小分子 電存儲 界面調控 電極修飾
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP333;O621.2
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-36
• 1.1 信息存儲材料的概況11-12
• 1.1.1 引言11
• 1.1.2 信息存儲材料的分類11-12
• 1.2 有機電存儲材料的基礎12-19
• 1.2.1 引言12
• 1.2.2 有機電存儲材料的器件結構12-13
• 1.2.3 有機電存儲材料的存儲類型13-14
• 1.2.4 有機電存儲材料的種類14-17
• 1.2.5 有機電存儲器件的制備工藝17-19
• 1.3 有機半導體器件的界面19-32
• 1.3.1 引言19
• 1.3.2 載流子的注入模型19-21
• 1.3.3 底電極ITO基底的修飾21-25
• 1.3.4 功能層內堆積的改善與調控25-28
• 1.3.5 功能層與金屬電極間界面調節(jié)28-32
• 1.4 本論文的目的意義及研究內容32-36
• 1.4.1 本論文選題的目的和意義32-33
• 1.4.2 本論文的研究內容33-34
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新點34-36
• 第二章 膦酸分子修飾ITO基底表界面對電存儲器件性能的影響36-51
• 2.1 引言36-38
• 2.2 實驗部分38-42
• 2.2.1 實驗原料及主要試劑38
• 2.2.2 分子合成步驟38-40
• 2.2.3 ITO玻璃清洗及處理40-41
• 2.2.4 有機電存儲存儲器件的制備41
• 2.2.5 分析測試及器件制備儀器41-42
• 2.3 結果與討論42-50
• 2.3.1 ITO基底表面表征與測試42-44
• 2.3.2 器件的性能表征與測試44-46
• 2.3.3 分子測試與表征46-50
• 2.4 本章小結50-51
• 第三章 共軛分子位置異構調控晶疇界面對電存儲器件性能的影響51-62
• 3.1 引言51-52
• 3.2 實驗部分52-54
• 3.2.1 實驗原料及主要試劑52
• 3.2.2 分子合成步驟52-53
• 3.2.3 分析測試及器件制備儀器53-54
• 3.2.4 器件的制備54
• 3.3 結果與討論54-61
• 3.4 本章小結61-62
• 第四章 雜環(huán)分子中不同氧化態(tài)硫對薄膜表面形貌及電存儲性能的影響62-72
• 4.1 引言62-63
• 4.2 實驗部分63-66
• 4.2.1 實驗原料及主要試劑63
• 4.2.2 分子合成步驟63-65
• 4.2.3 分析測試及器件制備儀器65
• 4.2.4 器件的制備65-66
• 4.3 結果與討論66-71
• 4.4 本章小結71-72
• 第五章 結論72-74
• 5.1 全文總結72-73
• 5.2 本文存在的問題與展望73-74
• 參考文獻74-85
• 攻讀學位期間整理及公開發(fā)表的論文85-86
• 致謝86-87

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本文編號：714391