给受电子基团连接桥键对材料电存储性能影响研究

摘要

当今社会发展日新月异，节奏飞快，信息交流愈加密切。面对如此快速的前进步伐，科技信息存储技术势必要紧跟脚步。在众多科学家们广泛研究的新型信息存储方式中，有机电存储领域近几年得到了显著的发展与进步。典型的“三明治结构”电存储器件拥有很多优点，例如低成本、材料结构易调控、制备工艺简单、能耗低、多刺激响应等，因此这方面的研究受到了国内外研究者们的广泛青睐。随着存储数据密度的提升，有机多进制信息电存储器件有望成为应用型数据存储技术的优选之一。本文主要研究讨论通过分子中共轭桥键、杂原子、外界光照条件等多个因素实现有效调控多进制信息电存储材料的性能，具体可分为以下三个方面：
　　（1）设计合成了两个“受体—供体—受体”（A-D-A）型的有机共轭小分子NTPA2BT和 NTPA2EBT。两个分子有相同的给电子（三苯胺）和吸电子（苯并噻二唑和硝基）基团，相比NTPA2BT分子，在NTPA2EBT分子中通过Sonogashira偶合反应在给受电子基团间引入了炔基桥键，相比于传统的以苯环作为桥键基团，炔基没有侧原子不会造成空间位阻。两个分子所制备器件都表现出典型的一次写入多次读取（WORM）型存储类型，而NTPA2EBT分子表现出了更好的非易失性的三进制存储性能，其拥有更高的三稳态可重现性和更低的平均开启电压，其优异的性能主要由于炔基共轭桥键的引入，大大提升了共轭骨架的平面性，促进分子间有序堆积，由此获得了薄膜更好的结晶性和器件更低的开启电压。这些结果显示炔基是一个可用于调控有机分子结构实现性能优越的电存储器件的重要基团。
　　（2）基于前述NTPA2BT分子，进行了两种新的分子设计策略的比较研究：1）给受电子基团间引入噻吩桥键；2）用氟原子取代中心基团苯并噻二唑上的氢原子。研究发现，结构改变后的两个分子对应的器件都表现出典型的三进制WORM存储行为，但相比NTPA2BT分子所制备的器件，均拥有更低的开启电压，更高的重现性和更好的稳定性。通过结构分析和薄膜性能表征，两个分子所制备器件存储性能加强的原因不尽相同：3-己基噻吩桥键的引入很大程度地改善了共轭骨架的平面性，促进薄膜分子间的规整堆积，有利于促进分子内电荷传输；而氟原子的加入则增强了薄膜的结晶性，分子层间距变小，形成更紧密的薄膜分子堆积，有利于电荷传输。结果表明引入3-己基噻吩桥键或氟原子作为取代基都是可用改善有机分子存储材料性能的有效策略。
　　（3）设计合成了以酰腙为桥键的有机小分子BNH，该类分子具有的一个特性就是通过紫外（UV）光照可实现在类亚胺C═N双键从反式异构体至顺式异构体的转变，从而改变分子构象以及腙两侧基团之间的距离和电子效应。基于该小分子的电存储器件在UV光照之前表现出DRAM型存储类型，而UV光照之后则表现出WORM型存储类型，实现了存储类型的明显转变。通过 UV照射前后薄膜结构的表征发现，UV光照后，薄膜内分子间排列更紧密，分子间作用加强，薄膜表面的粗糙度增大，并且分子内扭曲加剧，这些都使得分子间、内电荷转移回复的难度增大，从而使器件呈现从DRAM型到WORM型存储类型的改变。这种通过分子结构设计辅助外界紫外光照调控实现器件存储类型转变为今后扩展器件应用领域提供了一种新思路。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2共轭桥键的引入对有机材料电学性能的影响

1.3杂原子的引入对有机材料电学性能的影响

1.4外界条件的引入对有机材料电学性能的影响

1.5本论文的目的意义以及研究内容

第二章 有机分子骨架中引入炔基共轭桥键对多进制电存储性能影响的研究

摘要

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 有机分子骨架中分别引入3-己基噻吩桥键和氟原子调控器件三进制存储性能的研究

摘要

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 有机分子骨架中引入酰腙桥键通过UV光照调控电存储性能的研究

摘要

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 结论

5.1全文总结

5.2存在的问题与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢