有机/无机组装材料的设计、器件制备以及电存储性能研究

摘要

进入21世纪以来，传统的硅基半导体的发展已经不再完美符合摩尔定律，行业的下一步发展前景不明。在这一背景下，类脑计算由于其生物仿真，计算力非指数性提升，可学习性，易集成等等优势，结合当前物联网技术对高性能高密度存储器的极大需求，成为了下一世代可能的发展方向。目前来说，高性能类脑计算以及相关存储器所需要的材料依然较少研究。在笔者看来，将有机物的可设计性以及无机物的功能性进行组合，制备为高性能有机电存储器件，是潜在的可行方案。此类结合材料可以全方位极大的提高器件的性能，例如可实现传统的“0”、“1”二进制存储向多进制存储的转变以提升器件的存储密度；通过分子的设计以及组装策略，实现单个器件单元内的存储性能调控，甚至可将多种不同功能集成于单个器件单元。
　　本研究主要内容包括：⑴通过精确调控活性层（Au@air@TiO2-h+P3HT）中纳米粒子的含量制备Flash型存储器。本文中我们成功制备了一类新型的晶态复合微相新材料----Au@air@TiO2-h微相。将该纳米粒子与P3HT均匀混合作为存储器件中间活性层，并制备了三明治型电存储器件----Al/[Au@air@TiO2-h+ P3HT]/ITO。经研究发现通过精确控制活性层中Au@air@TiO2-h纳米粒子的含量，器件可以实现多次读写的电存储性能。为了探究这一行为的成因，我们研究了器件中各项组分在其中的作用。结果证明其电存储行为主要是由氧空穴细丝在电活性层中的形成以及断裂所导致的。这一研究揭示了Au@air@TiO2-h微相在电存储领域中的潜在应用，并且也为未来基于纳米粒子所构筑的新型存储器件提供了理论指导。⑵具有可逆热响应行为的三进制金属超分子聚合物存储器件的制备。选择[PolyCoL1xL2y-PF6]作为存储材料制备三进制存储器。研究发现其具有三个阻抗状态（高阻态（HRS），中间阻态（IRS），低阻态（LRS））的同时，器件在不同导电状态下会随着温度变化显示出不同的结果。具体来说，LRS状态下的器件在热处理前后表现出可重复写入的性能，且能够稳定的重复多次，器件开关电流比高达108。而其它状态下的器件并没有出现类似的现象。这一工作为未来制备热敏型多进制存储器的制备提供了一定的理论指导。⑶通过对炔金化合物器件中限制电流的调控以实现Flash存储行为。现有的金属配合物记忆存储材料仅限于几个含氮类过渡金属体系，因此，-将炔金化合物引入有机存储器件中实现记忆存储性能，通过精确控制限制电流的大小，器件的存储性能可实现从Flash型二进制存储(Icc≤10-3 A)实现向WORM型三进制存储(Icc=10-2 A)的转变。这一工作探究了炔金化合物作为有机存储器件材料的可能性。⑷具有电写光擦行为的炔金化合物器件的制备以及机理探究。将具有光响应行为的香豆素基团引入了炔金体系中得到目标化合物，并将其制备为器件。研究发现，这一器件具有电写光擦的性能，我们详细研究了该行为的成因并提出了可能的机理。这一工作探究了具有光电行为的炔金化合物在有机存储器中应用的可能性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 有机信息存储器件的研究现状及发展趋势

1.2 有机信息存储器件的性能调控策略

1.3. 本论文的目的意义及研究内容

第二章 通过精确调控活性层（Au@air@TiO2-h+P3HT）中纳米粒子的含量制备Flash型电存储器件

摘要

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第三章 具有可逆热响应行为的三进制金属超分子聚合物存储器件的制备

摘要

3.1 简介

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 通过调控炔金化合物器件中限制电流实现Flash型电存储行为

摘要

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 具有电写光擦行为的炔金化合物器件的制备以及机理探究

摘要

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

第六章 全文总结

6.1 全文总结

6.2 存在的问题以及展望

攻读博士期间论文发表整理情况

参考文献

致谢