【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、電子商務(wù)信息等技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備提出了更高的要求。需要在單位面積內(nèi)安裝更多的存儲(chǔ)單元,來(lái)滿(mǎn)足對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和快速信息訪問(wèn)的要求,從而需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元尺寸更小和存儲(chǔ)單元單位存儲(chǔ)密度更高,基于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料存儲(chǔ)器件由于存儲(chǔ)單元尺寸無(wú)法進(jìn)一步降低,遭遇了技術(shù)上的瓶頸,研究開(kāi)發(fā)新的存儲(chǔ)材料和器件成為勢(shì)在必然和迫在眉睫的課題。近年來(lái),由于有機(jī)材料具有無(wú)機(jī)材料無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),例如其體積小、重量輕、易加工、組成結(jié)構(gòu)多變、成本低、可以在分子水平上實(shí)現(xiàn)信息的寫(xiě)入讀取等優(yōu)良特性,是實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)最有前景的材料之一。近年來(lái)得到了科研工作者廣泛的重視與關(guān)注,發(fā)展迅速。有機(jī)材料作為存儲(chǔ)材料的新成員極有可能取代傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料實(shí)現(xiàn)高密度、超快速、高穩(wěn)定性的存儲(chǔ)行為。目前關(guān)于有機(jī)小分子多進(jìn)制的報(bào)道不多,電存儲(chǔ)機(jī)制也不是很清楚,因此從有機(jī)小分子化學(xué)結(jié)構(gòu)和其在薄膜的堆積形態(tài)去探究多進(jìn)制存儲(chǔ)性能很有必要。本論文設(shè)計(jì)了一系列有機(jī)小分子并將其作為存儲(chǔ)器件的電活性層來(lái)系統(tǒng)地研究分子結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)性能的關(guān)系,為有機(jī)存儲(chǔ)器的發(fā)展提供原材料和參考依據(jù)。本論文主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi):(1)基于D-A結(jié)構(gòu)對(duì)分子末端電子受體進(jìn)行調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電存儲(chǔ)類(lèi)型的調(diào)控。設(shè)計(jì)并合成了以芘為電子供體,芴和噻吩為橋聯(lián),氰基乙酸乙酯或氰基乙酸分別為電子受體的兩個(gè)有機(jī)小分子PFTCE和PFTCH,通過(guò)末端電子受體(酯基、羧基)的調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)電存儲(chǔ)類(lèi)型的目的。通過(guò)溶液旋涂的方法制備了質(zhì)量穩(wěn)定的有機(jī)納米薄膜,并制備了氧化銦錫(ITO)/有機(jī)活性層/鋁(Al)三明治器件。研究結(jié)果表明,基于PFTCE的器件表現(xiàn)出穩(wěn)定的二進(jìn)制WORM型存儲(chǔ)行為,而基于PFTCH的器件則表現(xiàn)出穩(wěn)定的二進(jìn)制DRAM型存儲(chǔ)行為,通過(guò)變換薄膜厚度、使用不同電極和理論計(jì)算系統(tǒng)的研究了電存儲(chǔ)性能的主要機(jī)理。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子酸形成的電荷轉(zhuǎn)移(charge transfer,CT)復(fù)合物不穩(wěn)定,在關(guān)掉外加電場(chǎng)后,容易解離。而分子末端含有酯基的PFTCE可以形成穩(wěn)定的CT復(fù)合物。這為易失性存儲(chǔ)材料的分子設(shè)計(jì)提供新思路。(2)設(shè)計(jì)D-A結(jié)構(gòu)光刺激響應(yīng)材料并成功應(yīng)用于“電寫(xiě)-光擦”電存儲(chǔ)器件中。選取高摩爾吸光系數(shù)的芘、芴和噻吩等基團(tuán)為光的捕獲劑,強(qiáng)極性基團(tuán)3-(二氰基亞甲基)靛酮作為電子受體,制備了具有大共軛骨架紫外光(λ=365 nm)刺激響應(yīng)有機(jī)小分子PFTCM。PFTCM在DMF溶液中的紫外吸收光譜研究表明,PFTCM紫外吸收最高峰在366 nm,表明PFTCM分子極容易吸收365 nm紫外光能量。進(jìn)一步研究表明,雖然PFTCM在可見(jiàn)光照射和加熱條件下均是穩(wěn)定的,但是在365 nm紫外光照射下會(huì)發(fā)生噻吩烯烴的氧化斷鍵。用紫外-可見(jiàn)吸收光譜,氫譜(1H NMR),高分辨率質(zhì)譜(HRMS)等表征手段均證實(shí)了鍵的斷裂。有趣的是PFTCM作為電存儲(chǔ)器件的電活性層時(shí),365 nm紫外光照下1分鐘就成功地將已寫(xiě)入的信息擦除(即處于高導(dǎo)態(tài)的器件進(jìn)行紫外光照,高導(dǎo)態(tài)可以回復(fù)到低導(dǎo)態(tài)),實(shí)現(xiàn)了新的存儲(chǔ)擦除方式,詳細(xì)探討了這種光響應(yīng)現(xiàn)象的機(jī)理,為這類(lèi)材料的多功能的實(shí)現(xiàn)提供了新思路,不僅要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),可以成為潛在保密信息存儲(chǔ)器。(3)基于D-A-D-A結(jié)構(gòu)對(duì)分子末端電子受體進(jìn)行的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)多進(jìn)制電存儲(chǔ)性能的調(diào)控。設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)基于苯并噻吩(D)喹吖啶酮(A)噻吩(D)丙二腈衍生物(D)結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子BQTCE和BQTCH,考察了末端不同的功能基團(tuán)(氰基乙酸乙酯和氰基乙酸)對(duì)薄膜形貌的影響,以及對(duì)電存儲(chǔ)性能的影響。AFM和XRD的測(cè)試結(jié)果表明末端取代基對(duì)薄膜平整性產(chǎn)生較大影響,羧酸基團(tuán)的引入導(dǎo)致薄膜形貌更規(guī)整,堆積更緊密有序。這是由于引入的羧基通過(guò)分子間氫鍵增加分子間作用力,從而降低了電荷轉(zhuǎn)移的能壘,其中ITO/BQTCE/Al結(jié)構(gòu)器件表現(xiàn)出三進(jìn)制WORM性存儲(chǔ)性能,而ITO/BQTCH/Al結(jié)構(gòu)器件表現(xiàn)出三進(jìn)制Flash型存儲(chǔ)性能。多進(jìn)制的存儲(chǔ)性能主要?dú)w因于它們有兩個(gè)不同能級(jí)的電荷陷阱,AFM和XRD結(jié)果表明了BQTCE以及BQTCH在薄膜狀態(tài)都形成了有序堆積,因此有利于兩個(gè)不同電荷陷阱梯度的呈現(xiàn),表現(xiàn)出多進(jìn)制存儲(chǔ)性能。此外,末端含有羧酸的BQTCH因?yàn)殡姾赊D(zhuǎn)移而形成電荷分離態(tài)不穩(wěn)定,施加反向電壓會(huì)恢復(fù)產(chǎn)生Flash存儲(chǔ)行為,而分子末端含有酯基的BQTCE產(chǎn)生的電荷分離則相對(duì)穩(wěn)定,導(dǎo)致WORM型存儲(chǔ)行為產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)共軛骨架小分子末端的調(diào)控實(shí)現(xiàn)不同的多進(jìn)制存儲(chǔ)性能,同時(shí)該工作豐富了先前提出的“電荷陷阱”理論。(4)通過(guò)質(zhì)子酸摻雜實(shí)現(xiàn)了電存儲(chǔ)器件性能從二進(jìn)制到三進(jìn)制的轉(zhuǎn)變,為高密度電存儲(chǔ)器件的制備提供了新的方法。設(shè)計(jì)合成了含有萘酰亞胺基團(tuán)的偶氮共軛小分子(AZONA),通過(guò)叔胺基團(tuán)與芳香酸絡(luò)合作用得到質(zhì)子酸摻雜的化合物(TCB-AZONA),考察酸摻雜對(duì)電存儲(chǔ)器件性能的影響。研究結(jié)果表明,質(zhì)子酸的摻雜可以有效改善分子的薄膜形貌和提高分子內(nèi)/間的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。溶液旋涂方法制備的三明治器件表現(xiàn)出了完全不同的電存儲(chǔ)性能,ITO/AZONA/Al(Au)器件表現(xiàn)出穩(wěn)定的二進(jìn)制WORM性能,而ITO/TCB-AZONA/Al(Au)器件表現(xiàn)出穩(wěn)定的三進(jìn)制WORM性能。通過(guò)質(zhì)子酸的摻雜實(shí)現(xiàn)器件存儲(chǔ)性能從二進(jìn)制到多進(jìn)制存儲(chǔ)性能的實(shí)現(xiàn),這為以后高密度存儲(chǔ)應(yīng)用提供了新方法。
【圖文】：

章 基于芴、芘和噻吩基團(tuán)有機(jī)小分子的設(shè)計(jì)合成及可溶液加工的電存儲(chǔ)器件制備與性1.2 電存儲(chǔ)器件的基本概念1.2.1 有機(jī)電存儲(chǔ)器件有機(jī)電存儲(chǔ)器件采用“三明治”結(jié)構(gòu) (圖 1-1)，由玻璃基底載體上的底電極，性層和頂電極三個(gè)部分組成。其中可以使用：硅片、普通光學(xué)玻璃、聚對(duì)苯酸乙二醇酯（PEN）、二甲酸乙二醇酯（PET）、等作為基底材料。中間層是層材料，如有機(jī)小分子，聚合物。頂電極和底電極材料可以使用金屬材料 Ag、Pt、Cu、液態(tài)金屬 Hg、金屬氧化物材料（ITO 等）等，金屬頂電極通鍍或磁控濺射的得到，通過(guò)大小形狀不同的掩膜來(lái)控制，得到不同形狀、不金屬電極。

3圖 1-3 易失性存儲(chǔ)和非易失性存儲(chǔ)器的電流-電壓特性：（a）WORM，（b）Flash，（cDRAM，（d）SRAM.一、WORM 型存儲(chǔ)WORM 型存儲(chǔ)器件是一種能夠長(zhǎng)時(shí)間可靠保存信息的永久性存儲(chǔ)，，但不能反復(fù)擦寫(xiě)。其在電場(chǎng)下器件能從低導(dǎo)態(tài)（OFF）轉(zhuǎn)變到高導(dǎo)態(tài)（ON）即寫(xiě)入信息，ON 態(tài)保持穩(wěn)定，在撤掉外加電場(chǎng)很長(zhǎng)時(shí)間，或者施加反向電壓都無(wú)法擦除寫(xiě)入的信息，寫(xiě)入的信息可以多次讀取。例如：常規(guī)光盤(pán)（CD），多功能光盤(pán)（DVD）或可編程讀取是 WORM 型存儲(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP333;O622

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 薛曉東;論生命起源過(guò)程中的偶然性——生命科學(xué)的哲學(xué)斷想之一[J];科學(xué)技術(shù)與辯證法;1989年02期

2 武洋仿;李敏;;簡(jiǎn)介有機(jī)小分子凝膠與碳納米管復(fù)合研究[J];廣東化工;2015年03期

3 黃河清,林慶梅,肖志群,童麗,孔波,張鳳章;豬脾鐵蛋白反應(yīng)器儲(chǔ)存有機(jī)小分子能力的研究[J];生物物理學(xué)報(bào);2000年01期

4 陳禹夫;李祥高;肖殷;王世榮;;溶液法大面積制備有機(jī)小分子場(chǎng)效應(yīng)晶體管[J];化學(xué)進(jìn)展;2017年04期

5 ;北理工在有機(jī)小分子光伏材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展[J];云南電力技術(shù);2016年05期

6 劉紅兵;;新型高效有機(jī)小分子太陽(yáng)電池研究[J];電源技術(shù);2016年09期

7 沈利英;陳肖卓;于海濤;梁剛;;刺激響應(yīng)型有機(jī)小分子凝膠的研究進(jìn)展[J];有機(jī)化學(xué);2009年03期

8 費(fèi)鵬飛;西鵬;程博聞;;有機(jī)小分子/膨脹石墨復(fù)合相變材料的制備及性能[J];天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

9 竇麗芳;蔣玲林;梁波;;聚乙二醇支載有機(jī)小分子合成的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展;2006年09期

10 李楠;劉偉軍;龔流柱;;手性有機(jī)小分子催化最新進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2010年07期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 胡海宇;陳傳峰;;新型有機(jī)小分子凝膠[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)全國(guó)第十三屆大環(huán)化學(xué)暨第五屆超分子化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文選集[C];2006年

2 龔流柱;;有機(jī)小分子催化的不對(duì)稱(chēng)多組分反應(yīng)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)不對(duì)稱(chēng)催化分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

3 吳傳德;;自校準(zhǔn)型金屬-有機(jī)框架傳感器:熒光檢測(cè)各類(lèi)易揮發(fā)有機(jī)小分子[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第六分會(huì)：金屬有機(jī)框架化學(xué)[C];2016年

4 金蓮姬;張珉;蘇忠民;;C_(60)內(nèi)嵌有機(jī)小分子及其性質(zhì)的理論研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)量子化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

5 劉春艷;劉云;李麗;;有機(jī)小分子輔助合成高活性孔結(jié)構(gòu)TiO_2介晶[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

6 譚康慧;夏云生;;各向異性貴金屬納米粒子在有機(jī)小分子檢測(cè)中的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第04分會(huì)：納米生物傳感新方法[C];2014年

7 徐春祥;薛清華;徐洪光;唐潔影;張俊祥;崔一平;;多孔氧化鋁/有機(jī)小分子復(fù)合體系中的發(fā)光現(xiàn)象[A];第九屆全國(guó)發(fā)光學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2001年

8 劉曉娟;逯樂(lè)慧;;表面增強(qiáng)拉曼散射基底的設(shè)計(jì)及其在有機(jī)小分子檢測(cè)中的應(yīng)用[A];第十六屆全國(guó)光散射學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

9 鐘鴻英;;光電子俘獲軟電離及有機(jī)小分子裂解機(jī)理[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第四十三分會(huì)：質(zhì)譜分析[C];2016年

10 徐利文;;復(fù)合型金屬/有機(jī)小分子協(xié)同活化催化若干有機(jī)合成反應(yīng)的研究[A];第十六屆全國(guó)金屬有機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 張潔;曹昌盛：孜孜以求 躬耕不輟[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

2 本報(bào)記者 沈慧 實(shí)習(xí)生 張振宇;把大志向?qū)戇M(jìn)小分子[N];經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王宏亮;基于芴、芘和噻吩基團(tuán)有機(jī)小分子的設(shè)計(jì)合成及可溶液加工的電存儲(chǔ)器件制備與性能研究[D];蘇州大學(xué);2018年

2 楊景翔;有機(jī)小分子的球晶形成機(jī)理及其應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2017年

3 傅玉琴;脯氨酸衍生的新型有機(jī)小分子的合成及其催化不對(duì)稱(chēng)碳—碳鍵形成反應(yīng)研究[D];鄭州大學(xué);2006年

4 張明明;環(huán)境刺激響應(yīng)有機(jī)小分子凝膠自組裝行為及形貌研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

5 鄂洋;生物炭表面有機(jī)小分子及其活性研究[D];沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

6 吳雙紅;基于有機(jī)小分子材料的光探測(cè)器制作及性能研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2011年

7 李芳;單電荷有機(jī)小分子可控組裝與膜功能化研究[D];華僑大學(xué);2013年

8 王幫根;從均相到多相：若干手性有機(jī)小分子不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)研究[D];蘭州大學(xué);2011年

9 湛嘉;動(dòng)物源性食品中多類(lèi)別有機(jī)小分子污染物的快速篩查技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2014年

10 方少杰;3d過(guò)渡金屬摻雜有機(jī)小分子半導(dǎo)體的特性研究[D];山東大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陸秀萍;刺激響應(yīng)型有機(jī)小分子凝膠的構(gòu)筑[D];江南大學(xué);2018年

2 金秋;Eu、Zn基熒光MOFs的合成及對(duì)有機(jī)小分子和硝基芳香族化合物的熒光傳感性能研究[D];河北大學(xué);2018年

3 姜新蕊;應(yīng)用ABEEMσπ/MM方法探究不同類(lèi)型有機(jī)小分子及蘇氨酸二肽分子穩(wěn)定構(gòu)象[D];遼寧師范大學(xué);2018年

4 周玉川;有機(jī)小分子調(diào)控合成無(wú)機(jī)含硒納米顆粒及體外抗腫瘤研究[D];川北醫(yī)學(xué)院;2018年

5 方超;兩種可溶液加工的低聚噻吩線型有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池[D];安徽工業(yè)大學(xué);2018年

6 張彩霞;有機(jī)小分子熒光探針的設(shè)計(jì)、合成及其應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2018年

7 吳迦勒;有機(jī)小分子催化下吲哚衍生物參與的不對(duì)稱(chēng)串聯(lián)反應(yīng)與取代反應(yīng)[D];江蘇師范大學(xué);2018年

8 王露;功能有機(jī)小分子材料在新型薄膜太陽(yáng)電池中的應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

9 石強(qiáng);有機(jī)小分子自聚合構(gòu)建彈性SEI膜及其對(duì)鋰消耗的抑制作用[D];蘇州大學(xué);2017年

10 夏建春;用橢偏儀測(cè)量有機(jī)小分子薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法研究[D];云南大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2618998