生物分子与共轭聚合物双层结构有机电存储器的研究

摘要

生物分子具有环境友好、易获取和独特的电性能等优点，逐渐被应用到有机电子器件中。为了把生物分子应用于有机电存储器中，本论文研究了基于生物分子与共轭聚合物双层结构的有机电存储器，生物分子包括氨基酸、多肽和蛋白质，分别采用了电泳法、水热法和溶液旋涂法在透明导电电极ITO上制备生物分子层，从而制备、测试、表征了整个存储器件，研究其存储原理。
　　采用电泳法分别制备了天冬氨酸、精氨酸、丙氨酸三种生物分子层在透明导电电极ITO上，基于这三种氨基酸制备的ITO/biomolecules/MEH-PPV/Al器件，相对于无生物分子层的ITO/MEH-PPV/Al器件都表现出迟滞现象，具有双稳态特性，基于天冬氨酸的器件获得了最大的两个电流态的差值110nA。另外，改变电泳天冬氨酸的时间，研究发现增加电泳的时间，器件的两个稳态的电流差值有增加趋势，并且在电泳5h时器件的电流具有突变特性，其开关比最大可以达到6×102。
　　生长生物分子层的方法不同，生物分子的状态会不同，器件的存储特性则会改变。为了提升器件存储性能，采用水热法代替电泳法，把双甘氨二肽、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸四种生物分子生长在ITO上，获得了基于双甘氨二肽、丙氨酸、天冬氨酸Flash型有机非易失电存储器件和基于谷氨酸的WORM型有机非易失电存储器件，分别都获得了比较优异的存储性能，最高的开关比分别为106、106、105和105，响应速度都不大于20ns，具有较长的保持时间。其与无生物分子层并没有存储特性的ITO/MEH-PPV/Al器件相比，表明生物分子层对器件的存储功能具有至关重要的作用。另外，我们研究了生物分子的生长时间和聚合物的厚度对器件性能的影响，发现器件的存储性能会有所改变，但前者对器件的影响大于后者。
　　采用更为简便的溶液旋涂法，在ITO上旋涂一层生物分子包括双甘氨二肽、牛血清蛋白、天冬氨酸、谷氨酸，同样制备了ITO/biomolecules/MEH-PPV/Al存储器件，获得了除基于双甘氨二肽的器件为Flash型有机非易失存储器以外，其余为WORM型有机非易失存储器。四种器件的响应速度都不大于20ns，具有很长的保持时间，且研究发现WORM型存储器件的保持性能普遍比Flash型存储器件的保持性能好。最后，对器件的I-V曲线进行了拟合研究其存储机制，可得到器件中载流子在OFF态时，符合SCLC模型和热电子注入模型；在ON态时，为欧姆传导模型。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 有机电存储器

1.3 基于生物材料的有机电存储器件

1.4 本论文的研究内容及意义

第2章 实验材料和方法

2.1 实验材料

2.2 有机电存储器件的制备

2.3 有机电存储器件的表征

2.4 本章小结

第3章 电泳法制备生物分子层电存储器

3.1 引言

3.2 电泳法制备生物分子层

3.3 电泳法生长氨基酸的器件

3.4 改变工艺参数对器件的影响

3.5 本章小结

第4章 水热法制备生物分子层电存储器

4.1 引言

4.2 水热法制备生物分子层

4.3 无生物分子层的器件

4.4 水热法生长双甘氨二肽的器件

4.5 水热法生长丙氨酸的器件

4.6 水热法生长天冬氨酸的器件

4.7 水热法生长谷氨酸的器件

4.8 器件的存储原理

4.9 本章小结

第5章 旋涂法制备生物分子层电存储器

5.1 引言

5.2 旋涂法制备生物分子层

5.3 旋涂法制备双甘氨二肽的器件

5.4 旋涂法制备牛血清蛋白的器件

5.5 旋涂法制备天冬氨酸的器件

5.6 旋涂法制备谷氨酸的器件

5.7 旋涂生物分子层器件的存储原理

5.8 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢