共軛有機(jī)分子端基結(jié)構(gòu)調(diào)控器件存儲(chǔ)性能研究.pdf

1、進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，信息量呈爆炸式增長，相應(yīng)對(duì)信息存儲(chǔ)技術(shù)的要求也是快速發(fā)展與之匹配。傳統(tǒng)的基于無機(jī)材料的存儲(chǔ)技術(shù)由于制作成本高、加工尺寸技術(shù)瓶頸、存儲(chǔ)密度低等方面的原因已經(jīng)發(fā)展至極限，因此追求更小體積、攜帶方便、易于使用的超高密度信息存儲(chǔ)器件成為研究的熱點(diǎn)。有機(jī)電存儲(chǔ)材料具備加工成本低、分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性強(qiáng)、機(jī)械性能好以及制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)已引起國內(nèi)外研究者的興趣，并且有望成為下一代高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料的首選。本文基于咔唑、萘酐、異靛等基團(tuán)

2、進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成有機(jī)分子，通過分子末端基團(tuán)的調(diào)控，進(jìn)行了多機(jī)理實(shí)現(xiàn)側(cè)鏈共軛聚合物多進(jìn)制信息存儲(chǔ)的研究以及分子平面夾角和有機(jī)分子晶體中分子排列方向?qū)θ髦谓Y(jié)構(gòu)器件電荷傳導(dǎo)和存儲(chǔ)行為的研究，具體為如下三個(gè)方面：
　?。ㄒ唬┫嘧兒碗姾赊D(zhuǎn)移雙機(jī)理調(diào)控實(shí)現(xiàn)三進(jìn)制信息存儲(chǔ)：設(shè)計(jì)合成了兩種側(cè)鏈共軛均聚物 PCzNIC6和 PNCzNIC6，并分別制備了器件，兩者在分子結(jié)構(gòu)上的差異表現(xiàn)為PNCzNIC6的共軛結(jié)構(gòu)末端含有強(qiáng)吸電子基團(tuán)硝基。兩者

3、所制備的器件在持續(xù)的電壓掃描下可以從OFF態(tài)先到ON1態(tài)再到ON2態(tài)發(fā)生電流突變，這三個(gè)導(dǎo)電態(tài)說明該兩種器件具備三進(jìn)制信息存儲(chǔ)的功能。然而基于 PCzNIC6所制備的器件在到達(dá)ON2態(tài)后電壓關(guān)閉會(huì)自動(dòng)回復(fù)到 ON1態(tài)，該行為證明其為隨機(jī)動(dòng)態(tài)信息存儲(chǔ)（Dynamic Random Access Memory, DRAM）類型，反之PNCzNIC6的器件則到達(dá)ON2態(tài)后一直停留在最高導(dǎo)態(tài)，證明其為永久性存儲(chǔ)(Write Once Read

4、Many times Memory, WORM)類型。通過對(duì)OFF態(tài)和ON1態(tài)薄膜XRD、熒光光譜和電子衍射的表征，證明了兩種材料制備的薄膜在OFF態(tài)到ON1態(tài)的過程無定形態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，這是相變的過程。隨后ON1到ON2態(tài)的轉(zhuǎn)變是萘酰亞胺和咔唑之間的電荷轉(zhuǎn)移的過程， PCzNIC6因?yàn)檩刘啺返奈娮幽芰^弱，因此其所形成的電荷陷阱對(duì)捕捉的電荷控制能力較弱，從而電場撤除后其變現(xiàn)為可回復(fù)的DRAM類型，而對(duì)于PNCzNIC6中的末端

5、基團(tuán)有一個(gè)強(qiáng)吸電子基團(tuán)硝基，其捕捉和控制所轉(zhuǎn)移的電荷能力較強(qiáng)，其飽和后可以保持器件一直在 ON2從而表現(xiàn)出 WORM的存儲(chǔ)類型。因此基于這兩種材料制備的存儲(chǔ)器件是相變和電荷轉(zhuǎn)移兩種機(jī)理聯(lián)合調(diào)控實(shí)現(xiàn)的三進(jìn)制存儲(chǔ)。這種基于相變的多進(jìn)制信息存儲(chǔ)材料將為今后穩(wěn)定、長效的多進(jìn)制信息存儲(chǔ)材料的研制打開了新的研究方向。
　　（二）分子平面夾角不同在電存儲(chǔ)器件中的研究：設(shè)計(jì)合成了以異靛作為電子受體、苯并噻吩和苯并呋喃分別為電子供體的兩個(gè)有機(jī)小分子

6、(ID(BT)2和ID(BF)2，期望通過調(diào)控分子內(nèi)的平面性來研究分子的電存儲(chǔ)性能。研究結(jié)果表明，隨著苯并雜環(huán)化合物中的雜原子從S原子到 O原子變化，有機(jī)分子的二面角從23°轉(zhuǎn)變到0.3°。隨著分子內(nèi)夾角的變小，分子的電存儲(chǔ)性能由SRAM變換到DRAM型存儲(chǔ)類型。這是由于在電壓作用下，器件中的電子由富電子基團(tuán)轉(zhuǎn)移到缺電子基團(tuán)，在撤除電壓后，電子將要回復(fù)到原狀態(tài)，但是由于分子內(nèi)二面夾角不同，較大的二面夾角不利于電子的快速回復(fù)，因此ID(B

7、T)2器件表現(xiàn)出SRAM型存儲(chǔ)。然而，ID(BF)分子內(nèi)夾角為0.3°，分子平面性好，有利于電子的快速回復(fù)，因此ID(BF)2器件展現(xiàn)出DRAM型存儲(chǔ)特性。這一研究為以后通過改變分子內(nèi)二面夾角的度數(shù)實(shí)現(xiàn)不同類型的電存儲(chǔ)特性提供了重要參考。
　?。ㄈ┯袡C(jī)分子晶體在電存儲(chǔ)器件中的研究：本章基于異靛、氰基苯和三氟甲基苯基團(tuán)，設(shè)計(jì)合成了 A-D-A型有機(jī)小分子 IDCN和 IDCF3。有機(jī)小分子 IDCN和IDCF3的共軛面大，分子間的