含苯并噻唑基团推拉电子结构有机小分子的合成及其电存储性能的研究

摘要

随着信息技术的飞速发展，无机半导体存储材料已经无法满足人们的需求。有机电存储材料基于其加工简单、成本低、可设计性强等优点已有望取代无机材料成为信息存储的主要载体。然而，器件的稳定性对于信息存储至关重要，直接影响有机半导体在微电子技术界的发展走势。本文主要从有机分子设计性强这一优点出发，通过调控分子的结构来研究分子平面性，分子中电子供体和电子受体之间的距离以及三苯胺衍生物的分子形状对器件性能的影响。本研究主要内容包括：
　　⑴分子平面性对器件存储性能的影响：设计合成了以苯并噻唑为电子受体，分别以咔唑和三苯胺为电子供体的两个D-A型共轭有机小分子（CZ-BT和TPA-BT)。研究了咔唑和三苯胺作为末端电子供体对薄膜形貌及器件电存储性能的影响；此外深入研究了铝电极的蒸发速率对器件性能的影响。研究表明，基于CZ-BT和 TPA-BT所制成的三明治电存储器件均表现出二进制易失性动态随机存储(DRAM)的存储特性。当铝蒸发速率从0.5 A/s增加到5 A/s时，三明治器件A1/CZ-BT/ITO依然表现出二进制DRAM型的存储类型，而 TPA-BT所制成的三明治电存储器件表现出了二进制非易失性一次存储多次读取（WORM)的存储类型。这是因为基于TPA-BT的分子薄膜具有相对较大的粗糖度，导致招纳米粒子渗入造成的。因此表明，铝电极蒸发速率的改变能够影响器件的存储性能，这一研究为以后设计性能稳定的存储器件提供了重要参考。
　　⑵分子中电子供体和电子受体之间的距离对器件存储性能的影响：设计合成了两个以咔唑为供体，乃酰亚胺和苯并噻唑为受体的有机小分子（CZN-Nayd和CZ-Nayd)。CZN-Nayd分子结构相对于CZ-Nayd,主要区别是在咔唑供体和苯并噻唑受体之间增加了一个桥键苯环。研究了咔唑供体和苯并噻唑受体间距离的大小对器件存储性能的影响。通过XRD等测试可以得出CZN-Nayd分子在薄膜中的堆积比CZ-Nayd更好，这是由于分子更好的平面性导致的。此外，基于CZN-Nayd分子的器件表现出稳定的三进制存储性能，而 CZ-Nayd制成的器件则表现出二进制的存储性能。这种通过改变电子供体和受体之间的距离来调控器件存储性能的方法为以后研究多进制器件性能的优化方案指明了新的方向。
　　⑶三苯胺衍生物分子形状对器件存储性能的影响：设计合成了三个小分子，分别是TPA-BBT、TPA-2BBT和TPA-3BBT,研究了三苯胺衍生物的分子形状对器件存储性能的影响。结果表明线性分子TPA-BBT由于其极易结晶，成膜性差，从而使其制备的器件表现出来很不稳定的二进制DRAM型存储类型，而TPA-2BBT和TPA-3BBT制备的器件则表现了稳定的存储性能。为了进一步探索三个化合物薄膜及器件的稳定性，将它们制成的薄膜分别在60℃、80℃、100℃和120℃下退火10小时，然后对其分别进行AFM和X R D测试，发现随着退火温度的升高，线性分子TPA-BBT和TPA-2BBT在薄膜中聚集得更加严重，对应器件性能的稳定性也相应变差，而星型分子TPA-3BBT的薄膜随着退火温度的升高反而变得更加平整，表明分子具有稳定的堆积结构，这更有利于器件性能的稳定。这一研究为将来设计性能稳定的三苯胺衍生物及器件提供了新的思路。

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第 一 章 绪 论

1 .1有机电存储材料概述

1 .2有机电存储器件概述

1 .3有机电存储器件存储性能的调控及优化

1 .4本论文的目的意义以及研究内容

第二章分子平面性和器件电极蒸发速率对器件存储性能的影响

2 .1引言

2 .2实验部分

2 .3结果与讨论

2 .4本章小结

第三章分子中电子受体和电子供体之间的距离对器件存储性能的影响研究

3.1 引言

3 .2实验部分

3 .3结果与讨论

3 .4本章小结

第四章线型和星型三苯胺衍生物有机小分子的电存储性能研究

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本文存在的问题与展望

参考文献

攻读学位期间整理及公开发表的论文

致谢