有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控

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1、学校代码：１０２８５学号；２０１３４２０９１９９１々火襄１考ＳＯＯＣＨＯＷＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ有机共辆小分子电存储器件性能的界面调控ＴｈｅＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆＩｎｌ：ｅｒｆａｃｅｉｎＭｅｍｏｒｙＤｅｖｉｃｅｓＢａｓｅｄＯｎＯ巧ａｎｉｃＣｏｎｊｕｇａｔｅｄＭｏｌｅｃｕｌｅｓ研究生姓名周乾豪指导教师姓名路建美教授专业名称化学工程与技术研究方向有机光电功能材料所在院部材料与化学化工学部论文提交日期２０１６年５月ｍ有机共轭小分子电存

2、储器件性能的界面调控中文摘要有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控中文摘要随着信息技术在人们生活中的广泛应用，数据的高效存储成为了制约信息技术发展的重要瓶颈。传统的无机半导体材料由于其自身尺寸的限制，逐渐已经无法满足人们的日常需求。有机电存储材料由于其工艺简单、结构可设计、生产成本低等优点有望成为信息存储技术的主要载体。然而，目前的电存储器件研究中，通过单一的分子设计手段对器件性能改善程度有限，无法达到实际应用的要求，需要多种手段综合运用提高器件性能。另一方面，在有机光电领域，界面调控在增强器件性能方面效果显著，得到了广泛研究。遗憾的是，

3、该技术尚未在有机电存储领域得到应用。本文率先从界面调控的角度入手，通过对有机电存储器件中底电极/功能层界面、功能层内晶畴/晶畴界面、功能层/顶电极界面的调控，初步探究界面调控对有机电存储器件性能的影响。研究内容主要从以下三个方面展开：（1）ITO基底与有机分子层界面对有机电存储器件性能的影响：设计合成了具有双电荷陷阱的有机共轭小分子PTZ-PTZO-CN，基于该分子进行器件制备。通过在ITO基底表面引入膦酸衍生物进行修饰，利用膦酸衍生物具备的功能基团改变基底/功能层界面。界面调控有效降低了器件的开启电压，使得器件在有效电压内三进制稳定性得

4、到了极大的提高。通过XRD和GISRAX的表征，发现这样的改变是由于在ITO基底引入膦酸衍生物后，由于膦酸衍生物所具有的功能基团，改变了基底/功能层界面，对功能层有机共轭小分子的堆积产生诱导作用，改善了有机共轭小分子在薄膜内部的堆积，提高了载流子迁移率，最终降低了开启电压。通过研究，证实了随着基底/功能层界面的调控，能够影响电存储器件中功能层的堆积，对有机电存储器件的重现性产生较大的影响，为今后设计低能耗、更可靠的多进制存储器件提供参考。（2）功能层中晶畴/晶畴界面对器件性能的影响：通过对苯环取代基位置的调节，设计合成了一组位置异构分子α

5、-PBT和β-PBT，改变功能层中分子晶粒尺寸，调节功能层中有机共轭小分子的晶畴/晶畴界面。将这两个化合物分别制成三明治结构的薄膜器件进行电存储性能测试，发现两个分子器件均表现出二进制非易失性I中文摘要有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控（WORM）性能，但是他们的开启电压存在较大的差异。通过测试发现，随着分子中苯环取代基位置的改变，两个分子的空间构型发生了变化，使得分子薄膜内的结晶方式发生了改变，最终对两个分子薄膜中的晶粒尺寸产生了影响。β-PBT分子的晶粒明显比α-PBT分子的晶粒大，在相同距离下，晶粒大的分子其晶界数量更少，使得载

6、流子传输更易，器件开启电压降低。这说明在有机电存储器件中，有机共轭小分子的晶畴/晶畴界面势能极大地影响着器件性能。调控功能层有机共轭小分子晶畴/晶畴界面，对降低器件能耗具有重要作用，为后续设计低能耗高性能的存储器件提供参考。（3）功能层/顶电极界面对有机电存储器件性能的影响：设计合成了两个以吩噻嗪和三苯胺为骨架的donor-accepter-donor（D-A-D）结构的有机共轭小分子，通过对吩噻嗪基团中的硫原子进行不同程度的氧化，来比较功能层薄膜表面形貌及电存储性能的差异。实验结果表明吩噻嗪基团中的砜基相比于亚砜基团的吸电子能力明显增强

7、，同样表现出二进制SRAM型存储类型的器件，吸电子能力更强的分子TPA-PTD对应的器件具有更长的回复时间，而具有更加粗糙表面形貌的TPA-PTO分子则拥有更高的开启电压。功能层/顶电极界面的粗糙程度，将影响顶电极到功能层的界面注入能垒，影响器件的能耗。这种通过调节功能层/顶电极界面接触，来改善器件的存储性能的思路为器件能耗的降低指明了新的道路。关键词：有机小分子、电存储、界面调控、电极修饰作者：周乾豪指导教师：路建美教授有机共轭小分子电存储器件性能的界面调控英文摘要AdjustmentofInterfaceinMemoryDevices

8、BasedOnOrganicConjugatedMoleculesAbstractWiththerapiddevelopmentofinformationstoragetechnology,i