聚合物/納米顆粒復(fù)合薄膜電雙穩(wěn)器件因成本低,制備工藝簡(jiǎn)單,存儲(chǔ)密度大成為近年來(lái)電雙穩(wěn)器件研究中的熱點(diǎn)。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(chǎng)下俘獲與釋放電荷而產(chǎn)生的。然而該體系的電導(dǎo)高低態(tài)轉(zhuǎn)變的形成機(jī)制卻尚無(wú)定論,甚至在相同材料體系制備的器件中會(huì)發(fā)現(xiàn)兩種不同的轉(zhuǎn)換機(jī)制:一種是FN隧穿電流機(jī)制,另一種是陷阱電荷限制電流(Trapped Charge-Limited-Current,TCLC)機(jī)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(guò)程如果加入表面配體,納米顆粒的表面缺陷會(huì)被不同程度地鈍化。但在文獻(xiàn)報(bào)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(jī)制的關(guān)聯(lián)。本工作通過(guò)引入PEO這一絕緣聚合物,分別與具有和沒(méi)有表面配體的ZnO納米顆粒相混合,制備出兩種工作機(jī)理不同的電雙穩(wěn)器件,從而研究了表面缺陷對(duì)器件電雙穩(wěn)特性形成機(jī)制的影響,同時(shí)研究了優(yōu)化器件的方法。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用水熱法制備了無(wú)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(wú)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(guò)掃描電子顯微鏡SEM和能譜分析EDS-mapping測(cè)試表征復(fù)合薄膜的微觀(guān)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(cè)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(duì)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(duì)其進(jìn)行電流-電壓測(cè)試表明過(guò)少或過(guò)多的PEO含量會(huì)分別使器件的導(dǎo)電低態(tài)過(guò)高或高態(tài)過(guò)低,而在10:1和20:1的情況下,器件性能穩(wěn)定,開(kāi)關(guān)比顯著提高,通過(guò)對(duì)I-V曲線(xiàn)進(jìn)行線(xiàn)性擬合,發(fā)現(xiàn)器件從電導(dǎo)的低態(tài)到高態(tài)的轉(zhuǎn)變歸因于TCLC電流的形成。(2)通過(guò)光致發(fā)光PL譜測(cè)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(guò)SEM和EDS-mapping測(cè)試對(duì)其微觀(guān)形貌及材料分布均勻性進(jìn)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(cè)試發(fā)現(xiàn),所有器件都具有相同的電導(dǎo)高低態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律,器件的I-V曲線(xiàn)線(xiàn)性擬合結(jié)果表明器件電導(dǎo)高低態(tài)轉(zhuǎn)變是基于FN隧穿電流機(jī)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(guò)對(duì)器件的I-V與C-V測(cè)試對(duì)比,確定了表面缺陷的存在與否直接導(dǎo)致了 PEO:ZnO這一器件體系的電雙穩(wěn)轉(zhuǎn)變機(jī)制的改變。當(dāng)表面缺陷存在的時(shí)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(dāng)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(jī)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(bào)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(jī)制。同時(shí)對(duì)比表明,具有隧穿機(jī)制的電雙穩(wěn)器件性能要優(yōu)于導(dǎo)電機(jī)制為T(mén)CLC占主導(dǎo)的器件。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：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(duì)載流子進(jìn)行俘獲??與釋放使得器件產(chǎn)生電雙穩(wěn)特性，最大開(kāi)關(guān)比可達(dá)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(yáng)大學(xué)Ｔａｅ?Ｗｈａｎ?Ｋｉｍ團(tuán)隊(duì)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(jī)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(jī)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(diǎn)與創(chuàng)新性??聚合物－納米顆粒復(fù)合薄膜電雙穩(wěn)器件由于低成本，制備過(guò)程簡(jiǎn)單以及高機(jī)械??靈活性等優(yōu)點(diǎn)受到了越來(lái)越廣泛的研究。其中聚合物主要分為兩大類(lèi)

２．２．３?ＺｎＯ納米顆粒的表征??為了對(duì)合成的ＺｎＯ納米顆粒進(jìn)行元素的成分和分散性的確認(rèn)，我們對(duì)樣品進(jìn)??行了?Ｘ射線(xiàn)衍射（ＸＲＤ）測(cè)試和透射電子顯微鏡（ＴＥＭ）測(cè)試，如圖２－１，２－２所??示。其中Ｘ射線(xiàn)衍射測(cè)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(cè)試均在大氣環(huán)境室溫下進(jìn)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(shí)線(xiàn)代表ＺｎＯ標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)】

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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(ài)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(hào)：2889760