聚合物-納米粒子界面對其復合薄膜電開關特性影響的研究.pdf

1、向有機薄膜中引入納米粒子(NPs)可在一定程度上改善其電開關特性。目前，基于有機分子包埋NPs薄膜的存儲器件雖取得了一些研究成果，但仍有很多問題亟待解決。首先，多次寫入擦除過程中，復合薄膜抗老化性存在很大缺陷。其次，薄膜微納結構尤其是聚合物/NPs界面對其電開關特性的影響依然沒有有效的觀測和分析手段，認知較淺。最后，目前雖然提出了電荷的捕獲與釋放、電荷轉移、分子構象改變等開關機理，但并沒有直接的物理證據。
　　為探究薄膜微納結構對

2、其電開關特性的影響，本文通過改變聚合物、NPs及分別引入給/受體分子調控聚合物/NPs界面，探究了聚合物分子、NPs性質及給/受體分子對復合薄膜電學性質的影響。薄膜測試及分析步驟如下：首先，測試薄膜表面形貌、伏安特性曲線，并統(tǒng)計其開關比、閾值電壓等。然后，根據理論輸運模型，即歐姆傳導、空間電荷限制電流效應及Schottky發(fā)射效應等對電流-電壓曲線進行擬合分析。最后，引入第一性原理計算及能級圖分析復合器件開關機理。具體內容如下：

3、　　首先，通過三種不同性質聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯咔唑(PVK)、9,9-二正辛基芴-苯并噻二唑共聚物(PFBT)分別包埋石墨烯碎片，進而研究聚合物分子對聚合物/NPs界面及其電開關特性的影響。結果表明薄膜電開關特性很大程度取決于聚合物導電性。絕緣性較好的PMMA引入石墨烯后，石墨烯碎片激發(fā)的載流子或形成的載流子通道對關狀態(tài)電流的促進作用大于其形成的缺陷對載流子的捕獲作用，導致關電流增加，開關比降低。對于導電性較好的P

4、VK、PFBT，石墨烯碎片對載流子的捕獲作用則較大，器件電開關性能提高。此外，由于PFBT分子共軛結構主鏈與飽和烷烴側鏈部分會形成較大電勢差。載流子進入主鏈后會被捕獲，烷烴鏈可阻擋載流子的逃逸，因此可提高器件性能。
　　其次，通過向PVK、PFBT中分別引入本征P型NiO、N型ZrO2 NPs或摻雜氧化物NPs從而改變聚合物/NPs界面，研究NPs性質對其復合薄膜電開關特性的影響。結果表明不同NPs對薄膜的影響與聚合物性質有關。P

5、VK包埋質量分數較小的ZrO2、NiONPs時，會提高器件開關比，且ZrO2 NPs效果更顯著;而對于PFBT，由于其支狀側鏈在薄膜中形成較大間隙，NPs尺寸較小，基本不改變薄膜性質。復合薄膜開關機制是電荷的捕獲與釋放，且陷阱捕獲作用與復合薄膜開關比、閾值電壓、電流-電壓雙對數變化線性部分斜率及轉換電壓成正比。另外，PVK包埋La摻雜ZrO2 NPs時，由于La元素降低了PVK的最高占據軌道與ZrO2 NPs間能極差，即陷阱深度降低，減

6、弱了對載流子的捕獲作用，La激發(fā)出的載流子也會增加關狀態(tài)電流，因此器件開關比減小。
　　最后，通過分別引入給/受體分子調控聚合物/NPs界面，即向PVK包埋Au NPs復合薄膜中分別引入給體、受體分子咔唑、吩嗪，探索界面對復合薄膜電學特性影響。實驗發(fā)現第一次電壓掃描時，復合薄膜關電流較小，開關比較大;而后續(xù)電描中，其關電流則增加較大，開關比較第一次減小兩個數量級。這可能是引入咔唑或吩嗪后，復合薄膜會產生較多陷阱，對應的開關比較大，