聚合物-納米粒子界面對其復(fù)合薄膜電開關(guān)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(guān)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(fù)合薄膜抗老化性存在很大缺陷。其次，薄膜微納結(jié)構(gòu)尤其是聚合物/NPs界面對其電開關(guān)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(zhuǎn)移、分子構(gòu)象改變等開關(guān)機理，但并沒有直接的物理證據(jù)。
　　為探究薄膜微納結(jié)構(gòu)對

2、其電開關(guān)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(diào)控聚合物/NPs界面，探究了聚合物分子、NPs性質(zhì)及給/受體分子對復(fù)合薄膜電學性質(zhì)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(guān)比、閾值電壓等。然后，根據(jù)理論輸運模型，即歐姆傳導(dǎo)、空間電荷限制電流效應(yīng)及Schottky發(fā)射效應(yīng)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(fù)合器件開關(guān)機理。具體內(nèi)容如下：

3、　　首先，通過三種不同性質(zhì)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(guān)特性的影響。結(jié)果表明薄膜電開關(guān)特性很大程度取決于聚合物導(dǎo)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(guān)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(dǎo)致關(guān)電流增加，開關(guān)比降低。對于導(dǎo)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(guān)性能提高。此外，由于PFBT分子共軛結(jié)構(gòu)主鏈與飽和烷烴側(cè)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(zhì)對其復(fù)合薄膜電開關(guān)特性的影響。結(jié)果表明不同NPs對薄膜的影響與聚合物性質(zhì)有關(guān)。P

5、VK包埋質(zhì)量分數(shù)較小的ZrO2、NiONPs時，會提高器件開關(guān)比，且ZrO2 NPs效果更顯著;而對于PFBT，由于其支狀側(cè)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(zhì)。復(fù)合薄膜開關(guān)機制是電荷的捕獲與釋放，且陷阱捕獲作用與復(fù)合薄膜開關(guān)比、閾值電壓、電流-電壓雙對數(shù)變化線性部分斜率及轉(zhuǎn)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(jù)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(guān)狀態(tài)電流，因此器件開關(guān)比減小。
　　最后，通過分別引入給/受體分子調(diào)控聚合物/NPs界面，即向PVK包埋Au NPs復(fù)合薄膜中分別引入給體、受體分子咔唑、吩嗪，探索界面對復(fù)合薄膜電學特性影響。實驗發(fā)現(xiàn)第一次電壓掃描時，復(fù)合薄膜關(guān)電流較小，開關(guān)比較大;而后續(xù)電描中，其關(guān)電流則增加較大，開關(guān)比較第一次減小兩個數(shù)量級。這可能是引入咔唑或吩嗪后，復(fù)合薄膜會產(chǎn)生較多陷阱，對應(yīng)的開關(guān)比較大，