共軛有機分子端基結(jié)構調(diào)控器件存儲性能研究.pdf

1、進入二十一世紀以來，信息量呈爆炸式增長，相應對信息存儲技術的要求也是快速發(fā)展與之匹配。傳統(tǒng)的基于無機材料的存儲技術由于制作成本高、加工尺寸技術瓶頸、存儲密度低等方面的原因已經(jīng)發(fā)展至極限，因此追求更小體積、攜帶方便、易于使用的超高密度信息存儲器件成為研究的熱點。有機電存儲材料具備加工成本低、分子結(jié)構設計性強、機械性能好以及制備工藝簡單等優(yōu)點已引起國內(nèi)外研究者的興趣，并且有望成為下一代高性能數(shù)據(jù)存儲材料的首選。本文基于咔唑、萘酐、異靛等基團

2、進行分子結(jié)構設計合成有機分子，通過分子末端基團的調(diào)控，進行了多機理實現(xiàn)側(cè)鏈共軛聚合物多進制信息存儲的研究以及分子平面夾角和有機分子晶體中分子排列方向?qū)θ髦谓Y(jié)構器件電荷傳導和存儲行為的研究，具體為如下三個方面：
　?。ㄒ唬┫嘧兒碗姾赊D(zhuǎn)移雙機理調(diào)控實現(xiàn)三進制信息存儲：設計合成了兩種側(cè)鏈共軛均聚物 PCzNIC6和 PNCzNIC6，并分別制備了器件，兩者在分子結(jié)構上的差異表現(xiàn)為PNCzNIC6的共軛結(jié)構末端含有強吸電子基團硝基。兩者

3、所制備的器件在持續(xù)的電壓掃描下可以從OFF態(tài)先到ON1態(tài)再到ON2態(tài)發(fā)生電流突變，這三個導電態(tài)說明該兩種器件具備三進制信息存儲的功能。然而基于 PCzNIC6所制備的器件在到達ON2態(tài)后電壓關閉會自動回復到 ON1態(tài)，該行為證明其為隨機動態(tài)信息存儲（Dynamic Random Access Memory, DRAM）類型，反之PNCzNIC6的器件則到達ON2態(tài)后一直停留在最高導態(tài)，證明其為永久性存儲(Write Once Read

4、Many times Memory, WORM)類型。通過對OFF態(tài)和ON1態(tài)薄膜XRD、熒光光譜和電子衍射的表征，證明了兩種材料制備的薄膜在OFF態(tài)到ON1態(tài)的過程無定形態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，這是相變的過程。隨后ON1到ON2態(tài)的轉(zhuǎn)變是萘酰亞胺和咔唑之間的電荷轉(zhuǎn)移的過程， PCzNIC6因為萘酰亞胺的吸電子能力較弱，因此其所形成的電荷陷阱對捕捉的電荷控制能力較弱，從而電場撤除后其變現(xiàn)為可回復的DRAM類型，而對于PNCzNIC6中的末端

5、基團有一個強吸電子基團硝基，其捕捉和控制所轉(zhuǎn)移的電荷能力較強，其飽和后可以保持器件一直在 ON2從而表現(xiàn)出 WORM的存儲類型。因此基于這兩種材料制備的存儲器件是相變和電荷轉(zhuǎn)移兩種機理聯(lián)合調(diào)控實現(xiàn)的三進制存儲。這種基于相變的多進制信息存儲材料將為今后穩(wěn)定、長效的多進制信息存儲材料的研制打開了新的研究方向。
　　（二）分子平面夾角不同在電存儲器件中的研究：設計合成了以異靛作為電子受體、苯并噻吩和苯并呋喃分別為電子供體的兩個有機小分子

6、(ID(BT)2和ID(BF)2，期望通過調(diào)控分子內(nèi)的平面性來研究分子的電存儲性能。研究結(jié)果表明，隨著苯并雜環(huán)化合物中的雜原子從S原子到 O原子變化，有機分子的二面角從23°轉(zhuǎn)變到0.3°。隨著分子內(nèi)夾角的變小，分子的電存儲性能由SRAM變換到DRAM型存儲類型。這是由于在電壓作用下，器件中的電子由富電子基團轉(zhuǎn)移到缺電子基團，在撤除電壓后，電子將要回復到原狀態(tài)，但是由于分子內(nèi)二面夾角不同，較大的二面夾角不利于電子的快速回復，因此ID(B

7、T)2器件表現(xiàn)出SRAM型存儲。然而，ID(BF)分子內(nèi)夾角為0.3°，分子平面性好，有利于電子的快速回復，因此ID(BF)2器件展現(xiàn)出DRAM型存儲特性。這一研究為以后通過改變分子內(nèi)二面夾角的度數(shù)實現(xiàn)不同類型的電存儲特性提供了重要參考。
　　（三）有機分子晶體在電存儲器件中的研究：本章基于異靛、氰基苯和三氟甲基苯基團，設計合成了 A-D-A型有機小分子 IDCN和 IDCF3。有機小分子 IDCN和IDCF3的共軛面大，分子間的