氮雜環(huán)共軛有機(jī)小分子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器件存儲性能的研究.pdf

1、我們正在經(jīng)歷的21世紀(jì)是一個(gè)信息量呈幾何數(shù)量級增長的信息大爆炸時(shí)代。盡管科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使人們能夠?qū)?shù)十GB甚至上百GB的信息量存儲于指甲大小的存儲介質(zhì)中，但在涉及到需要超大數(shù)據(jù)量存儲的大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，我們現(xiàn)有的信息存儲技術(shù)還是遇到了不小的瓶頸。如何在單位面積上提高信息的存儲密度是一個(gè)新興研究方向，早在2010年，我們課題組首次實(shí)現(xiàn)了基于有機(jī)小分子的三進(jìn)制信息存儲，為今后超高密度信息存儲的實(shí)現(xiàn)提供了新方法。本文在本課題組工作基礎(chǔ)上，

2、設(shè)計(jì)合成了13個(gè)有機(jī)共軛小分子，考察了分子結(jié)構(gòu)與電存儲器件性能之間的相互關(guān)系，為高密度存儲提供新的材料，主要從以下幾個(gè)方面展開：
　?。?）研究了環(huán)狀烷基鏈的空間扭曲效應(yīng)對分子平面性及電存儲器件性能的影響：設(shè)計(jì)合成了三個(gè)以苯并喹啉為核心骨架的分子，通過三個(gè)分子中烷基鏈的空間扭曲效應(yīng)不同來調(diào)節(jié)分子平面性并分別研究了三個(gè)分子所制得器件的電存儲性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由于三個(gè)分子中烷基鏈的空間扭曲情況不一，扭曲度從環(huán)辛基、環(huán)己基、甲基依次降低

3、，進(jìn)而導(dǎo)致三個(gè)分子的平面性依次提升。分子平面性的提升有利于器件薄膜中分子間更加緊密π-π堆積的形成，并能有效提高器件薄膜的成膜質(zhì)量，利于薄膜中載流子的遷移，降低載流子從電極到有機(jī)層的注入能壘，導(dǎo)致器件的開啟閾值電壓隨著分子平面性的提升依次降低和ON/OFF電流比的依次升高。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對后續(xù)低功耗電存儲材料的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
　?。?）研究了分子在薄膜中不同聚集方式對電存儲器件性能的影響：設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)有機(jī)小分子，通過調(diào)控苯并噻唑

4、單元在分子結(jié)構(gòu)中的取代基位置，來實(shí)現(xiàn)分子在薄膜中的聚集方式的改變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)苯并噻唑取代基在對位時(shí)，分子在薄膜中采取H聚集的方式，而當(dāng)苯并噻唑取代基在間位時(shí)，分子在薄膜中采取的是J聚集的排列方式。I-V測試表明，采取H聚集方式的分子所制得的器件的開啟電壓低于J聚集的分子所制得的器件，這是因?yàn)椴扇聚集的的分子由于其較大的π-π共軛面，在施加電場時(shí)，載流子能迅速有效地在分子間傳遞，電子的離域能力較強(qiáng)，器件的閾值電壓明顯降低，本章節(jié)的

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過對分子結(jié)構(gòu)的微調(diào)來實(shí)現(xiàn)分子在薄膜中的聚集方式的改變，能有效的優(yōu)化器件的性能，尤其是實(shí)現(xiàn)器件閾值電壓的降低，對進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成低功耗存儲材料有一定的指導(dǎo)意義。
　?。?）研究了末端供電子基團(tuán)共軛程度的對電存儲器件性能的影響：設(shè)計(jì)合成了三個(gè)具有相同吸電子基團(tuán)的有機(jī)小分子,通過改變分子末端供電子基團(tuán)的共軛程度,來實(shí)現(xiàn)器件性能的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于三個(gè)有機(jī)小分子制得的電存儲器件均表現(xiàn)出了三進(jìn)制存儲行為，但三者的開啟電壓

6、隨著末端供電子基從三苯胺變?yōu)檫沁蛞约拜?，依次降低，這是由于三苯胺基團(tuán)的空間扭曲無論在薄膜的成膜特性上，還是在D-A之間的共軛程度上都不如咔唑和蒽基團(tuán)，進(jìn)一步的理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，蒽基團(tuán)與分子骨架間的二面角在三個(gè)分子間是最小，其較好的共軛程度也有利于器件開啟電壓的降低，本章節(jié)的研究結(jié)果表明，通過微調(diào)分子末端供電子基團(tuán)的共軛程度能有效影響器件的性能，尤其是器件的開啟電壓，對進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成低功耗存儲材料有一定的指導(dǎo)意義。
　　（4）研究了分子

7、骨架中電荷陷阱數(shù)量的調(diào)節(jié)對器件存儲性能的影響：設(shè)計(jì)合成了三個(gè)有機(jī)小分子，分子骨架中分別含有一個(gè)，兩個(gè)，三個(gè)吸電子基團(tuán)，考察了分子骨架中吸電子基團(tuán)的數(shù)量對器件性能的影響，再次證實(shí)了通過調(diào)節(jié)分子骨架中吸電子基團(tuán)的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)器件存儲進(jìn)制的提升是一條可行的策略，為初步提出的“電荷陷阱”理論提供了有力的證據(jù)，并且隨著三吸電子基團(tuán)的引入，初步實(shí)現(xiàn)了四進(jìn)制信息存儲，為超高密度信息存儲的實(shí)現(xiàn)提供了可能的依據(jù)。
　　（5）研究了含三陷阱有機(jī)小分子的