聚合物/納米顆粒復合薄膜電雙穩(wěn)器件因成本低,制備工藝簡單,存儲密度大成為近年來電雙穩(wěn)器件研究中的熱點。這種材料體系電雙穩(wěn)態(tài)通常是利用混合在聚合物中的納米顆粒作為缺陷中心在不同電場下俘獲與釋放電荷而產(chǎn)生的。然而該體系的電導高低態(tài)轉(zhuǎn)變的形成機制卻尚無定論,甚至在相同材料體系制備的器件中會發(fā)現(xiàn)兩種不同的轉(zhuǎn)換機制:一種是FN隧穿電流機制,另一種是陷阱電荷限制電流(Trapped Charge-Limited-Current,TCLC)機制。眾所周知,納米顆粒大量存在的表面缺陷極易俘獲載流子,而在制備聚合物納米顆粒器件過程如果加入表面配體,納米顆粒的表面缺陷會被不同程度地鈍化。但在文獻報道的研究中卻忽略了納米顆粒表面缺陷與電雙穩(wěn)形成機制的關(guān)聯(lián)。本工作通過引入PEO這一絕緣聚合物,分別與具有和沒有表面配體的ZnO納米顆粒相混合,制備出兩種工作機理不同的電雙穩(wěn)器件,從而研究了表面缺陷對器件電雙穩(wěn)特性形成機制的影響,同時研究了優(yōu)化器件的方法。主要研究內(nèi)容如下:(1)利用水熱法制備了無表面配體包覆的平均尺寸在10 nm以下的均勻ZnO納米顆粒,將PEO與無包覆的ZnO納米顆粒共混,形成較好的PEO表面包覆,從而顯著減少了納米顆粒的聚集,通過掃描電子顯微鏡SEM和能譜分析EDS-mapping測試表征復合薄膜的微觀形貌和納米顆粒在薄膜中的分散性。不同質(zhì)量比PEO:ZnO薄膜的光致發(fā)光光譜測試表明,雖然所有薄膜中納米顆粒的表面缺陷明顯存在,但隨著PEO混合濃度的提高,可以顯著提高對ZnO納米顆粒表面缺陷的鈍化。最后制備結(jié)構(gòu)為ITO/PEO:ZnO/Al的器件,對其進行電流-電壓測試表明過少或過多的PEO含量會分別使器件的導電低態(tài)過高或高態(tài)過低,而在10:1和20:1的情況下,器件性能穩(wěn)定,開關(guān)比顯著提高,通過對I-V曲線進行線性擬合,發(fā)現(xiàn)器件從電導的低態(tài)到高態(tài)的轉(zhuǎn)變歸因于TCLC電流的形成。(2)通過光致發(fā)光PL譜測試,發(fā)現(xiàn)有表面配體包覆的ZnO納米顆粒的表面缺陷被充分鈍化;將其與PEO相混合,制備出ZnO分布均勻的混合薄膜,通過SEM和EDS-mapping測試對其微觀形貌及材料分布均勻性進行表征。在此基礎(chǔ)上制備了含有不同PEO與ZnO質(zhì)量比的混合薄膜器件,電雙穩(wěn)測試發(fā)現(xiàn),所有器件都具有相同的電導高低態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律,器件的I-V曲線線性擬合結(jié)果表明器件電導高低態(tài)轉(zhuǎn)變是基于FN隧穿電流機制。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了該體系的器件,分別發(fā)現(xiàn)了最佳的PEO:ZnO配比、混合薄膜的退火溫度和薄膜的厚度。(3)通過對器件的I-V與C-V測試對比,確定了表面缺陷的存在與否直接導致了 PEO:ZnO這一器件體系的電雙穩(wěn)轉(zhuǎn)變機制的改變。當表面缺陷存在的時候,電荷被納米顆粒表面缺陷俘獲,這樣俘獲的電荷容易釋放出去。而當表面缺陷被充分鈍化后,電荷被納米顆粒體缺陷所俘獲。從而前者器件的高低態(tài)轉(zhuǎn)變機制歸因與TCLC電流的形成,而后者為FN隧穿電流。這一研究揭示了為什么以往的不同報道中,相同聚合物納米顆粒體系卻顯示出不同的電雙穩(wěn)轉(zhuǎn)換機制。同時對比表明,具有隧穿機制的電雙穩(wěn)器件性能要優(yōu)于導電機制為TCLC占主導的器件。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

ＮＰｓ／Ａｌ的電雙穩(wěn)器件［３３］，其中Ａｕ納米顆粒作為電荷俘獲中心對載流子進行俘獲??與釋放使得器件產(chǎn)生電雙穩(wěn)特性，最大開關(guān)比可達１〇４，陷阱俘獲電荷原理示意圖??如圖１－４所示。??６??

（ｃ）?（ｄ）??圖１－４器件陷阱俘電荷原理示意圖［３３】??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｔｒａｐｐｅｄ－ｆｉｌｌｅｄ?ｓｐａｃｅ－ｃｈａｒｇｅ??ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ［３３］??，?２０１２年，漢陽大學Ｔａｅ?Ｗｈａｎ?Ｋｉｍ團隊提出利用溶液旋涂法將Ｃ６〇納米顆粒嵌??入到ＰＭＭＡ中制備結(jié)構(gòu)為ＩＴＯ／Ｃ６〇＋ＰＭＭＡ／Ａ１的有機電雙穩(wěn)器件［３４］，其中Ｃ６〇作??為電荷俘獲中心使器件的雙穩(wěn)特性的產(chǎn)生主要機制為空間電荷限制電流模型。我??們課題組也先后制備了?ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／ＺｎＳ：ＰＶＫ／Ａｌ［３５］，??ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｐｂｓ：ＰＶＫ／Ａｌ［３６］，ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ａｇ２Ｓ：ＰＶＫ／Ａｌ［３７］等不同納米顆粒??和聚合物ＰＶＫ摻雜制備的電雙穩(wěn)器件，這些器件的雙穩(wěn)特性均可以利用電荷的俘??獲與釋放理論很好地解釋。??１．４本論文出發(fā)點與創(chuàng)新性??聚合物－納米顆粒復合薄膜電雙穩(wěn)器件由于低成本，制備過程簡單以及高機械??靈活性等優(yōu)點受到了越來越廣泛的研究。其中聚合物主要分為兩大類

２．２．３?ＺｎＯ納米顆粒的表征??為了對合成的ＺｎＯ納米顆粒進行元素的成分和分散性的確認，我們對樣品進??行了?Ｘ射線衍射（ＸＲＤ）測試和透射電子顯微鏡（ＴＥＭ）測試，如圖２－１，２－２所??示。其中Ｘ射線衍射測試采用的是ＲｅｇａｋｕＤ／Ｍａｘ－２５００型粉末衍射儀，透射電子??顯微鏡采用的是ＪＥＯＬ?ＪＥＭ－１４００型儀器。所有的測試均在大氣環(huán)境室溫下進行。??〇?—?＂—ＺｎＯ??ＪＣＰＤＳ?３６－１４５１??．Ｉ?．?Ｉ?■?Ｉ，Ｉ?丨■??２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２０?（ｄｅｇｒｅｅ）??圖２－１合成ＺｎＯ納米顆粒的ＸＲＤ圖（紅色實線代表ＺｎＯ標準卡片ＪＣＰＤＳ?３６－１４５１的衍射峰??位）??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ?ＺｎＯ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ｗｉｔｈ?ｓｔａｎｄａｒｄ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｌｉｎｅｓ?ｏｆ??ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ?ＺｎＯ??１２??
【參考文獻】

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1 曹亞鵬;胡煜峰;李劍燾;葉海航;呂龍鋒;寧宇;魯啟鵬;唐愛偉;婁志東;侯延冰;滕楓;;Electrical bistable devices using composites of zinc sulfide nanoparticles and poly-(N-vinylcarbazole)[J];Chinese Physics B;2015年03期

本文編號：2889760