分子基整流材料及工藝研究.pdf

1、源于“bottomup”的設(shè)計思想，具備器件尺度小、可選材料多并且操作方式靈活等優(yōu)點的分子電子學(xué)，近年來倍受學(xué)者青睞。因為當(dāng)硅基器件因其尺寸、生產(chǎn)成本等限制逐步停滯不前的時候，致力于研究分子水平上的電子學(xué)，以求通過單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導(dǎo)體晶體管等固體電子學(xué)元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計算機(jī)的分子電子學(xué)，卻能繼續(xù)滿足人們對于電子消費(fèi)品“輕、快、短、小”的追求。其中，在電路中起著重要的方向選擇功能的分子整流器更是科學(xué)家

2、們研究的重點。但是，傳統(tǒng)的分子整流器，在分子材料本身存在著整流性能不高、性質(zhì)不穩(wěn)定等問題，而在器件的制備工藝上，又有工藝復(fù)雜、難于操作、可重復(fù)性不佳等局限，所以離實用化還有很長的距離。 本文著眼于找尋一些性能優(yōu)秀、穩(wěn)定的分子整流材料和開發(fā)一種簡單、方便、操作可行、重復(fù)性好的器件制備工藝，在分子材料篩選和整流器件制備方面進(jìn)行了一系列探索性的實驗，得到了7種具有整流性質(zhì)的分子，其中整流比超過一萬的分子兩種，性能可以穩(wěn)定重復(fù)的分子一種

3、，并總結(jié)出四種分別適應(yīng)不同環(huán)境和要求的器件制備工藝。就分子材料的整流性能而言，部分分子的性能結(jié)果已經(jīng)達(dá)到或者接近該領(lǐng)域研究的前沿水平，而且，其中對于各種分子功能基團(tuán)的比較分析也可以為今后的整流分子設(shè)計提供不可多得的參考；而在器件制備工藝上，四種不同環(huán)境工藝的總結(jié)具有較廣泛的適應(yīng)性，非常規(guī)工藝的提出尤其為簡化分子材料的篩選開辟了新的思路。 以下為具體的實驗及結(jié)果概括： 1、從分子設(shè)計角度進(jìn)行有機(jī)整流分子的開發(fā)和篩選，通過器

4、件整流性質(zhì)的好壞考察具備不同吸電子能力的各種受體基團(tuán)以及分子成膜輔助基團(tuán)對于器件性能的影響。 分別選取了D-π-A型分子——以苯基哌嗪為骨架PPSC系列分子4種、以苯基叔胺基為基礎(chǔ)的Lv系列5種，和只有受體基團(tuán)和共軛基團(tuán)的短分子——以苯并咪唑為基體的BM系列分子3種進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)： A、對于PPSC系列分子，以硝基為受體基團(tuán)PPSC3和PPSC4比以三氰基乙烯基為受體的PPSCl和PPSC2表現(xiàn)出更好的整流性質(zhì)。以針尖吸

5、附工藝制備PPSC4的器件，得到一萬以上的穩(wěn)定整流比。以蒸鍍工藝制備PPSC2的器件，得到20倍左右的整流性質(zhì)。 B、在Lv系列分子的研究中，發(fā)現(xiàn)分子末端烷基鏈的長短對性能有影響，鏈長越長越不利于得到整流性質(zhì)，所以，TCAE、TCAP和TCDE中，只有末端烷鏈較短的TCAE表現(xiàn)出了整流的性質(zhì)，而另外兩種都沒有；而分子末端硫醇基團(tuán)在成膜時結(jié)構(gòu)位置穩(wěn)定與否將直接影響材料的性能穩(wěn)定性：具有雙硫醇末端的MSPE因為可以“雙腳站立”在基底

6、表面而得到比“獨腳”的MSPM穩(wěn)定的性質(zhì)，其整流比在一萬倍以上。 C、形如BM系列的短分子，當(dāng)具備保護(hù)性的末端基團(tuán)，隔絕了蒸鍍電極對于有機(jī)層的破壞，可以制得具有整流性質(zhì)的器件。分子MBIS具備璜酸納基團(tuán)，在蒸鍍時與蒸鍍金屬發(fā)生相互作用，阻止了金屬往有機(jī)層內(nèi)部的滲透，從而可以得到穩(wěn)定的二十倍左右的整流。 2、結(jié)合現(xiàn)有實驗條件，從器件制備的每一個步驟入手進(jìn)行分析研究，致力于開發(fā)出簡單、操作可行、重復(fù)性好的器件制備工藝。

7、 結(jié)合了對底電極生長工藝、中間有機(jī)分子層生長、頂電極制備以及測量手段等四個方面的工藝考慮，得到四種分別適合不同條件的器件制備工藝。它們分別是： A、宏觀型器件制作工藝為：采用玻片基底，蒸金底電極，24小時生長有機(jī)膜，并在成膜后72小時內(nèi)蒸鍍頂電極，測量時保證信號強(qiáng)度不超過電極材料可以承受的大?。?B、完整的微觀器件制備工藝為：以云母為基底，蒸金底電極，24小時生長有機(jī)膜，并在成膜后72小時內(nèi)吸附生長納米顆粒的頂電極，然