有机双稳态记忆器件电学特性研究

摘要

有机双稳态器件因具有数据保存时间长、低功耗、低成本、工艺简单并可以制备于柔性衬底上等种种优点，受到人们的广泛关注。大量采用不同材料和结构的有机双稳态器件被纷纷研发出来。目前虽然有很多双稳态器件的报道，但是对于双稳态器件中的基本物理机理还不是十分清楚。本论文主要是研究有机小分子电双稳态器件的基本电学性质和内在机理。具体内容如下：
　　 1、我们研究了器件的导电性对有机双稳态器件电学性质的影响。我们发现利用导电性很好空穴传输材料Pentacene以及CuPc制作的单层有机双稳态器件，在不同的偏压扫描下表现出不同的双稳态特性：正偏压下没有负微分电阻区(NDR)，器件进入ON态后无法在高电压下擦除为OFF态；负偏压下有负微分电阻区，器件进入ON态后可以转变变为OFF态。而进一步的实验表明这种不同偏压下双稳态的不对称性与器件有机层的导电性之间有密切的联系。通过在ITO/有机界面处，以及有机层内插入阻挡层或者是通过增加器件厚度的办法来降低有机层中的空穴电流，我们发现正偏压扫描转变为与负偏压扫描相似的双稳态特性。我们认为导电微通道能够比较好的解释上述现象。
　　 2、我们继续研究了影响器件双稳态特性的其他因素，观察到了有机MIM结构的记忆器件开启时间随着器件的厚度以及环境温度的改变而发生改变，表现出在低温和低的电场强度下的延迟开启现象。器件由OFF态转变为ON态的开启时间将随着温度和电场的降低而逐渐增加。在这一工作中，我们基于导电微通道模型进一步提出了唯像的金属纳米针尖生长机制来解释所观察到的实验现象，针尖的生长速率与金属原子在电场作用下在针尖表面的迁移速率有密切的关系。这一工作也使我们对有机记忆器件的工作机理有了更进一步的理解。
　　 3、研究气氛对有机双稳态器件的影响。我们系统研究了MIM结构的有机双稳态器件在不同类型的气氛中(惰性气体N2、He、Ar，还原性气体H2，以及氧化性气体O2)的I-V特性。器件在真空中、惰性气体、还原性气体氛围中具有稳定可多次擦写的双稳态I-V特性，而在O2中表现为：随着O2气压的逐步增加器件的双稳态鼓包逐渐消失，随着O2气压逐步减小又可以逐渐恢复的实验现象。进一步的实验研究发现采用Au电极器件表现出与Al电极器件的完全相同的双稳态特性，并观察到经过电压扫描后的器件其电极处出现不同程度的破坏。在前一章工作的基础上，我们进一步提出场致电子发射的模型来解释所观察到的实验现象。