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Au/联苯共轭小分子薄膜/ITO器件的阻变效应

Au/联苯共轭小分子薄膜/ITO器件的阻变效应

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作者：李政界河南大学

学位级别：硕士

忆阻效应不但可以应用于存储器,还可用于类脑神经形态计算和逻辑运算。近年来,柔性电子器件由于具有可贴附、可穿戴、重量轻、便携可折叠等新特性和优势,其中,有机忆阻材料成为新一代信息存储应用的重要候选材料。分子电子器件因为具有... 详细信息

忆阻效应不但可以应用于存储器,还可用于类脑神经形态计算和逻辑运算。近年来,柔性电子器件由于具有可贴附、可穿戴、重量轻、便携可折叠等新特性和优势,其中,有机忆阻材料成为新一代信息存储应用的重要候选材料。分子电子器件因为具有纳米级的器件尺寸,有望应用于超小、超密集集成电路,成为替代固态微电子技术的候选者之一。联苯共轭有机小分子单体作为单分子器件中的活性层,有望应用于多种分子电子器件中,例如分子晶体管、分子整流器、分子开关和分子存储器件,它们表现出很多有趣的现象,例如:负微分电阻效应（NDR）、分子整流、场效应特性、忆阻效应和高度非线性电流电压等。相对于聚合物和大分子来说,小分子简单的分子结构使其更容易通过分子设计合成策略调节分子的光电性能,此外,联苯共轭小分子的苯基有两个明显的旋转自由度,这都使其具有更丰富的电学性质。本论文选用联苯体系中的有机小分子IDPDA（双咪唑基二苯基丁二炔）、DPDA（二苯基丁二炔）、DPA（二苯基乙炔）和BPB（二苯乙炔基苯）作为阻变活性层,制备了Au/DPDA/ITO、Au/IDPDA/ITO、Au/DPA/ITO和Au/BPB/ITO有机小分子器件,发现均具有忆阻效应,其中Au/DPA/ITO和Au/BPB/ITO器件具有对称负微分电阻效应。Au/DPDA/ITO和Au/IDPDA/ITO两种器件都表现出稳定的非挥发性电阻转变效应,在正向扫描电压区域出现稳定的NDR效应,而负向扫描极大电压对应的电流值随扫描次数呈现出先减小后增大的逐渐变化趋势。我们用密度泛函理论（DFT）方法研究了气体DPDA分子,特别是对苯基沿着-C≡C-C≡C-旋转进行了刚性势能面扫描,在同一水平上对沿能量剖面的驻点进行优化,从理论上解释了在持续的扫描电压激励下DPDA分子苯环间旋转角的增大会使分子能隙变化,从而导致分子DPDA的电输运性能的改变。Au/DPA/ITO和Au/BPB/ITO两种器件开始时表现出挥发性阻变效应,经过连续的直流扫描后表现出非挥发性电阻转变效应。在挥发性电阻转变状态,两种器件在对称电压的扫描下出现稳定的对称NDR效应,并且我们发现两种器件在较小（1 V和2 V）的扫描电压下表现出类欧姆接触性质,只有使用较大（5 V和6 V）的扫描电压器件才能表现出电阻转变和对称NDR效应。此外,扫描电压的大小和极性可以调控器件的电阻转变和NDR效应,只用单极性电压（正向或负向）对器件进行电压扫描,器件没有表现出阻变和NDR效应,如果用对称电压对器件进行扫描,器件则表现出阻变和NDR效应。在非挥发性电阻转变状态,Au/DPA/ITO器件表现出和DPDA、IDPDA基器件类似的现象,即器件在正向扫描电压区域出现稳定的NDR效应,而负向扫描极大电压对应的电流值随扫描次数的增加呈现出逐渐变化趋势。我们同样用密度泛函理论（DFT）方法研究了气体DPA分子,对苯基沿着-C≡C-旋转进行了刚性势能面扫描,通过理论计算并结合实验结果我们认为DPA分子中两个苯环间旋转角的增大导致了电流随电压扫描逐渐变化。对于Au/BPB/ITO器件,其在非挥发性电阻转变状态,对器件进行连续的电压扫描,发现器件在正向和负向扫描极大电压对应的电流值并不随电压扫描次数增大出现变化。我们认为可能是BPB分子具有更大的旋转势垒,中间苯环和末端苯环之间不容易发生相对转动。

关键词：联苯共轭小分子阻变效应负微分电阻效应分子构型

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