二苯砜-偶氮类化合物的合成及其电存储性能的研究

摘要

传统的二进制光存储和磁存储技术，由于其自身物理因素限制，最高理论存储密度约为109Bit/cm2，而未来社会对信息存储密度要求达到1012Bit/cm2甚至更高，因此寻求新的存储技术和材料已经到了刻不容缓的地步。偶氮基团是一类电学性能优良的活性官能团，含有偶氮基团的有机小分子正被应用于各类电存储材料的研究和开发，制备出的电存储器件有着On/Off电流比大，开启电压小，性能稳定等优点，还有研究小组利用偶氮基团在光激发条件下发生顺反结构的变化来制备光响应器件。本论文研究通过设计合成一系列含有二苯砜基团的偶氮小分子和含有苯并噻唑基团的侧链共轭聚合物，分别制备成三明治结构的电存储器件ITO/Organic(polymer)film/Al，并分类研究了各自的电存储性能具体如下:
　　 (1)合成和表征了一类含有二苯砜基团的单偶氮小分子(E)-4-（（4-（4-对氨基苯磺酰）苯）偶氮-N,N-二甲基苯胺(Azo1)和（E)-N,N-二甲基-4-（（4-（4-（甲胺）苯磺酰）苯基）偶氮）苯胺(Azo2)，通过真空沉积把所合成的分子在ITO玻璃上成膜并进一步蒸镀铝金属电极，制成了三明治结构器件ITO/Azo2/Al。考察了分子结构改变对薄膜表面形态的影响，并测定了器件在自然条件下的电流一电压曲线，在较低的外置电压范围内，器件能由低导态向中间导态和高导态依次发生不可逆转变，并且在每个导电态用-0.7V的持续扫描电压下，器件可以长时间保持稳定，这三种导电态分别对应于三进制存储的“0”、“1”和“2”，相比于传统的二进制存储，三进制信息存储密度可以急剧提高。
　　 (2)在前一个体系的基础上，我们通过进一步的分子结构设计调控，合成了一种含有二苯砜基团的双偶氮不对称小分子N,N-二丁基-4-（（4-（4-（（4-（二甲基苯胺）苯基）偶氮）苯磺酰）苯基）偶氮）苯胺(Azo5)，该器件在电压下扫描，电流可发生三次突变，形成四个电稳态“0”、“1”、“2”和“3”。在-1.0V持续扫描电压下，器件10h后仍能保持当前所处的导电状态。通过与结构相似的偶氮类化合物4-（（4-（4-对氨基苯磺酰）苯基）偶氮）-N,N-二丁基苯胺(Azo3)和4,4”-(4,4”-二砜基(4，1-苯基)二（二氮烯-2，1-二基））二(N,N-二丁基苯胺）(Azo4)对比分析，结合电荷传导机制，探讨了其实现四进制存储的电荷陷阱理论。
　　 (3)含有苯并噻唑的侧链共轭聚合物pBVMA具有优异的热力学稳定性能，可以通过自由基聚合合成，是理想的有机电存储材料。通过旋涂法和真空蒸镀法制备顶电极为铝电极，中间层为pBVMA，底电极为ITO电极的三明治结构电存储器件，具有动态随机存储性能，On/Off电流比高达105,在-1V电压脉冲下器件可以循环读取108次，并通过分子模拟和物理理论模型提供了器件具有DRAM型存储性能的理论依据。还研究对比了75nm和45nm厚的不同器件的存储性能，发现膜厚对其存储性能没有影响，都表现出DRAM型存储性能。

目录

声明

第一章 序言

1.1 有机电存储材料与器件性能的研究进展

1.2 有机电存储器件的基础知识和制备方法

1.2.1 有机电存储器件(Organic Electronic Memory Devices,OEMDs)的概念和基本特性

1.2.2 OEMDs的存储原理

1.2.3 OEMDs的制备方法

1.3 有机电存储材料的类型

1.3.1 金属/有机络合物材料

1.3.2有机/无机纳米杂化材料

1.3.3 主链共轭聚合物

1.3.4 侧链含D-A型推拉电子结构的聚合物

1.3.5 侧链为中性共轭芳环的聚合物

1.3.6 树枝状大分子材料

1.3.7 单一有机小分子材料

1.4 有机三进制电存储器件

1.5 本论文选题的目的意义

1.6 本论文的研究内容

1.7 本论文的创新点

第二章 含偶氮二苯砜基团的勾型有机小分子的三进制电存储性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料和试剂

2.2.2 分析方法

2.2.3 勾型偶氮小分子Azol和Azo2的合成

2.3 结果与讨论

2.3.1 勾型偶氮小分子Azo1和Azo2的表征

2.3.2 勾型偶氮小分子Azo1和Azo2的电存储性能

2.4 本章小结

第三章 含偶氮二苯砜基团的不对称有机小分子的四进制电存储性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料和试剂

3.2.2 分析方法

3.2.3 偶氮小分子Azo3、Azo4和Azo5的合成

3.3 结果与讨论

3.3.1 偶氮小分子Azo3、Azo4和Azo5的表征

3.3.2 偶氮小分子Azo3、Azo4和Azo5的电存储性能

3.4 本章小结

第四章 侧链含碳碳双键苯并噻唑聚合物pBVMA的电存储性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料和试剂

4.2.2 分析方法

4.2.3 聚合物pBVMA的合成

4.3 结果与讨论

4.3.1 聚合物pBVMA的表征

4.3.2 聚合物pBVMA的电存储性能

4.4 本章小结

第五章 结论

5.1 本文总结

5.2 展望

参考文献

附图

攻读硕士学位期间整理及公开发表的论文

致谢