雙鏈分子器件電荷輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著納米技術(shù)和分子合成技術(shù)的發(fā)展，分子電子學(xué)逐漸成為人們十分感興趣的一個(gè)研究領(lǐng)域，也成為納米電子學(xué)的重要研究方向。相比于無(wú)機(jī)材料，有機(jī)材料有一些非常突出的優(yōu)勢(shì)。例如：密度小、質(zhì)量輕、不易氧化、易于加工成型等等。有機(jī)半導(dǎo)體還有豐富的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性，并且已經(jīng)在有機(jī)發(fā)光器件OLED(Organic Light Emitting Diodes)、顯示器等方面取得了很大的應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如Langmuir-

2、Blodgett(LB)膜、分子自組織生長(zhǎng)(SAM)的化學(xué)合成技術(shù)、有機(jī)分子束外延生長(zhǎng)(OMBE)和掃描隧道電子顯微鏡(STM)等測(cè)量技術(shù)的共同應(yīng)用使得人們測(cè)量通過(guò)單個(gè)分子或分子簇的電流成為可能。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的分子器件中負(fù)微分電阻、導(dǎo)電開(kāi)關(guān)、整流現(xiàn)象等一系列非線(xiàn)性電壓電流特性也引起了實(shí)驗(yàn)和理論工作者的濃厚興趣，并預(yù)示了分子器件在未來(lái)實(shí)際應(yīng)用中的誘人前景。因此，如何認(rèn)識(shí)并利用分子的電學(xué)特性來(lái)制備分子器件成為分子電子學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一

3、。 通過(guò)對(duì)具體實(shí)驗(yàn)裝置的分析我們可以看出，實(shí)際情況中測(cè)量的體系的I-V曲線(xiàn)并不只是在單一分子的環(huán)境下得到的，此時(shí)連接于兩電極之間的并不能認(rèn)為只是單一的分予鏈，鏈與鏈之間不可避免的存在相互作用，鏈間耦合在電荷傳輸過(guò)程中究竟會(huì)扮演什么樣的角色目前還不是很清楚。為此，深入全面探討鏈間耦合的存在形式以及其對(duì)于有機(jī)分子器件輸運(yùn)特性的影響，這對(duì)于進(jìn)一步理解有機(jī)分子器件的物理性質(zhì)以及為以后的實(shí)驗(yàn)提供一些理論參考具有重要的科學(xué)意義。 本

4、文基于目前本課題組對(duì)于有機(jī)分了器件的理論研究基礎(chǔ)，進(jìn)一步考慮雙鏈系統(tǒng)中計(jì)入鏈間相互作用，對(duì)鏈間耦合在有機(jī)分子器件輸運(yùn)中產(chǎn)生的影響做了一些理論探討。我們針對(duì)電極-有機(jī)分子-電極的三明治器件結(jié)構(gòu)，采用緊束縛的SSH(Su-Schrieffer-Heeger)模型加格林函數(shù)(Green’s Function)的方法，在以前對(duì)于單鏈有機(jī)分子器件輸運(yùn)性質(zhì)的理論研究基礎(chǔ)上，考慮到有機(jī)分子和電極四種不同的連接方式，建立起雙鏈分子器件輸運(yùn)模型。我們計(jì)算

5、了這種雙鏈有機(jī)分子器件的電荷輸運(yùn)性質(zhì)，并討論了有關(guān)因素對(duì)其的影響，借此進(jìn)一步理解鏈間耦合的存在對(duì)于器件輸運(yùn)性質(zhì)的影響。 本文第一部分工作主要研究了分子均勻二聚化結(jié)構(gòu)情況下的輸運(yùn)性質(zhì)。我們分別考察了和電極連接方式、耦合區(qū)域、鏈間耦合強(qiáng)度以及有機(jī)分子和電極的界面效應(yīng)對(duì)器件輸運(yùn)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，對(duì)于四種不同的連接方式，有機(jī)分子層與電極連接越好，系統(tǒng)的開(kāi)啟電流也相應(yīng)的越大。耦合區(qū)域的變大會(huì)降低器件的起始偏壓。鏈間耦合的存在會(huì)導(dǎo)致I-

6、V曲線(xiàn)中出現(xiàn)新的臺(tái)階，并且降低系統(tǒng)的開(kāi)啟電壓，鏈間耦合越大系統(tǒng)的開(kāi)啟電壓越低并且在第一個(gè)臺(tái)階上停留的范圍越大。良好的分子電極界面接觸有利于電荷的輸運(yùn)。在對(duì)于均勻分子結(jié)構(gòu)輸運(yùn)性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，第二部分工作是對(duì)中間聚合物分子鏈在帶電態(tài)下的輸運(yùn)性質(zhì)的探討。我們分別研究了有機(jī)分子層處于單/雙電予帶電態(tài)下的輸運(yùn)行為，并進(jìn)一步考察了帶電態(tài)時(shí)的鏈長(zhǎng)效應(yīng)。研究表明，相比中性態(tài)時(shí)均勻分子結(jié)構(gòu)，帶電態(tài)將會(huì)破壞分子中格點(diǎn)的均勻二聚化結(jié)構(gòu)，并且減小體系中透射率