基于喹喔啉等含氮共軛骨架的有機(jī)電存儲(chǔ)材料的設(shè)計(jì)合成及性能研究.pdf

1、隨著信息量的不斷快速增長，研究多進(jìn)制電存儲(chǔ)信息材料及納米器件的意義重大。2010年，我們課題組通過分子結(jié)構(gòu)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)了基于有機(jī)小分子的三進(jìn)制電存儲(chǔ)，即實(shí)現(xiàn)有機(jī)小分子多進(jìn)制信息存儲(chǔ)“零”的突破。隨著近年來有機(jī)小分子三進(jìn)制電存儲(chǔ)研究的不斷深入，縱觀其研究現(xiàn)狀，盡管理論上更接近未來超高密度信息存儲(chǔ)的需求（~1015 bits/cm2），但要獲得高效、穩(wěn)定、方便及大存儲(chǔ)容量的信息存儲(chǔ)器件并最終走向應(yīng)用，有機(jī)小分子電存儲(chǔ)材料及器件的研究現(xiàn)狀還遠(yuǎn)不

2、能滿足上述要求。因此，通過分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來對(duì)有機(jī)電存儲(chǔ)性能進(jìn)行優(yōu)化依然任重而道遠(yuǎn)，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。結(jié)合有機(jī)電子學(xué)器件性能的優(yōu)化策略，關(guān)于同分異構(gòu)效應(yīng)、不同的間隔基團(tuán)及電子效應(yīng)等對(duì)有機(jī)小分子電存儲(chǔ)器件性能調(diào)控的報(bào)道仍然較少，因此進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成相關(guān)分子并研究其對(duì)器件性能的影響具有重要意義。
　　本論文主要從以下幾方面展開：
　?。?）研究同分異構(gòu)體對(duì)多進(jìn)制存儲(chǔ)器件性能的影響：合成了兩個(gè)基于喹喔啉的互為同分異構(gòu)體的有機(jī)小分子QU-

3、1和QU-2，考察了其對(duì)光電性能、薄膜形貌及器件存儲(chǔ)性能的影響?；谶@兩個(gè)小分子的器件均表現(xiàn)出三進(jìn)制WORM存儲(chǔ)性能，研究結(jié)果表明與QU-1相比，直線型的QU-2具有更緊密的堆積、較小的表面粗糙度及好的層狀堆積，所制備的器件表現(xiàn)出較低的閾值電壓和高的電流比。通過對(duì)基于喹喔啉的兩個(gè)同分異構(gòu)體的比較研究，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)合成新型的小分子存儲(chǔ)材料提供了有利的參考。
　?。?）研究電子給體N原子取代基對(duì)多進(jìn)制存儲(chǔ)器件性能的影響：合成了兩個(gè)有

4、機(jī)小分子Qu-Ph和Qu-Oct，其中喹喔啉和丙二腈作為受體基團(tuán)，咔唑作為供體基團(tuán)，不同的是咔唑N原子上的取代基分別為苯基（Qu-Ph）和烷基鏈（Qu-Oct）。結(jié)果顯示組裝的ITO/有機(jī)小分子/Al三明治結(jié)構(gòu)器件均具有三進(jìn)制WORM存儲(chǔ)性能，當(dāng)咔唑N原子上的烷基被芳香族苯環(huán)取代后，由于取代基的自由空間隨之變小，剛性增強(qiáng)最終導(dǎo)致分子的薄膜形貌更加規(guī)整，堆積變得更加緊密。規(guī)整的形貌和緊密的堆積有力地降低了載流子的遷移能壘，從而使Qu-Ph

5、表現(xiàn)出較低的開啟電壓。我們相信，使用芳香族苯環(huán)取代烷基鏈可以作為一個(gè)有效的策略去優(yōu)化超高密度信息存儲(chǔ)器件的性能。
　　（3）研究兩個(gè)受體單元間芳香間隔基對(duì)存儲(chǔ)器件性能的影響：合成了兩個(gè)三苯胺-喹喔啉-π-次甲基丙二腈衍生物TPAQPh和TPAQFu。兩個(gè)分子具有相同的給體和受體，不同之處在于兩個(gè)給體間的間隔基團(tuán)分別為苯基和呋喃基。結(jié)果顯示制備的ITO/有機(jī)小分子/Al三明治結(jié)構(gòu)器件均具有三進(jìn)制WORM存儲(chǔ)性能，但間隔基呋喃取代苯環(huán)

6、之后，分子的薄膜形貌變得更加的規(guī)整，堆積變得緊密有序，從而利于載流子的遷移，最終導(dǎo)致器件的開啟電壓降低，而原因在于呋喃環(huán)的引入有效的弱化了喹喔啉片段與丙二腈片段的扭曲角度。通過對(duì)間隔基團(tuán)的研究表明該策略可以有效的調(diào)控分子的薄膜形貌、堆積及開啟電壓，從而為后續(xù)設(shè)計(jì)合成新型的小分子存儲(chǔ)材料及對(duì)器件的精細(xì)調(diào)控提供了有利的參考。
　　（4）研究了中心功能團(tuán)所連支鏈數(shù)目對(duì)存儲(chǔ)器件性能的影響：成功合成了三個(gè)基于三苯胺的具有不同數(shù)目的苯基-苯并

7、噻二唑支鏈的有機(jī)小分子（TPA-nBBT n=1，2，3）。組裝的ITO/有機(jī)小分子/Al三明治結(jié)構(gòu)器件均表現(xiàn)出二進(jìn)制易失性（SRAM）電存儲(chǔ)特性。結(jié)果顯示中心功能團(tuán)三苯胺所連支鏈數(shù)目的多少對(duì)器件性能具有重要的影響。隨著支鏈數(shù)目的的不斷增加，器件的熱穩(wěn)定性增加，重現(xiàn)性增強(qiáng)，同時(shí)器件的開啟電壓也明顯降低。其中TPA-3BBT分子表現(xiàn)出了最優(yōu)異的性能，隨著溫度的不斷升高，其薄膜依然保持很好的穩(wěn)定性，同時(shí)器件的穩(wěn)定性也得以保持。研究結(jié)果表明通