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聚合物/納米粒子界面對(duì)其復(fù)合薄膜電歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)特性
向有機(jī)薄膜中引入納米粒子(NPs)可在一定程度上改善其電OMAL開(kāi)關(guān)特性。目前,基于有機(jī)分子包埋NPs薄膜的存儲(chǔ)器件雖取得了一些研究成果,但仍有很多問(wèn)題亟待解決。首先,多次寫(xiě)入擦除過(guò)程中,復(fù)合薄膜抗老化性存在很大缺陷。其次,薄膜微納結(jié)構(gòu)尤其是聚合物/NPs界面對(duì)其電OMAL開(kāi)關(guān)特性的影響依然沒(méi)有有效的觀測(cè)和分析手段,認(rèn)知較淺。zui后,目前雖然提出了電荷的捕獲與釋放、電荷轉(zhuǎn)移、分子構(gòu)象改變等OMAL開(kāi)關(guān)機(jī)理,但并沒(méi)有直接的物理證據(jù)。

聚合物/納米粒子界面對(duì)其復(fù)合薄膜電歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)特性
為探究薄膜微納結(jié)構(gòu)對(duì)其電OMAL開(kāi)關(guān)特性的影響,本文通過(guò)改變聚合物、NPs及分別引入給／受體分子調(diào)控聚合物/NPs界面,探究了聚合物分子、NPs性質(zhì)及給／受體分子對(duì)復(fù)合薄膜電學(xué)性質(zhì)的影響。薄膜測(cè)試及分析步驟如下：首先,測(cè)試薄膜表面形貌、伏安特性曲線,并統(tǒng)計(jì)其OMAL開(kāi)關(guān)比、閾值電壓等。然后,根據(jù)理論輸運(yùn)模型,即歐姆傳導(dǎo)、空間電荷限制電流效應(yīng)及Schottky發(fā)射效應(yīng)等對(duì)電流-電壓曲線進(jìn)行擬合分析。zui后,引入*性原理計(jì)算及能級(jí)圖分析復(fù)合器件OMAL開(kāi)關(guān)機(jī)理。具體內(nèi)容如下：首先,通過(guò)三種不同性質(zhì)聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯咔唑(PVK)、9,9-二正辛基芴-苯并噻二唑共聚物(PFBT)分別包埋石墨烯碎片,進(jìn)而研究聚合物分子對(duì)聚合物/NPs界面及其電OMAL開(kāi)關(guān)特性的影響。結(jié)果表明薄膜電OMAL開(kāi)關(guān)特性很大程度取決于聚合物導(dǎo)電性。絕緣性較好的PMMA引入石墨烯后,石墨烯碎片激發(fā)的載流子或形成的載流子通道對(duì)關(guān)狀態(tài)電流的促進(jìn)作用大于其形成的缺陷對(duì)載流子的捕獲作用,導(dǎo)致關(guān)電流增加,OMAL開(kāi)關(guān)比降低。對(duì)于導(dǎo)電性較好的PVK、PFBT,石墨烯碎片對(duì)載流子的捕獲作用則較大,器件電OMAL開(kāi)關(guān)性能提高。此外,由于PFBT分子共軛結(jié)構(gòu)主鏈與飽和烷烴側(cè)鏈部分會(huì)形成較大電勢(shì)差。載流子進(jìn)入主鏈后會(huì)被捕獲,烷烴鏈可阻擋載流子的逃逸,因此可提高器件性能。其次,通過(guò)向PVK、PFBT中分別引入本征P型NiO、N型ZrO2 NPs或摻雜氧化物NPs從而改變聚合物/NPs界面,研究NPs性質(zhì)對(duì)其復(fù)合薄膜電OMAL開(kāi)關(guān)特性的影響。結(jié)果表明不同NPs對(duì)薄膜的影響與聚合物性質(zhì)有關(guān)。PVK包埋質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的ZrO2、NiONPs時(shí),會(huì)提高器件OMAL開(kāi)關(guān)比,且ZrO2 NPs效果更顯著；而對(duì)于PFBT,由于其支狀側(cè)鏈在薄膜中形成較大間隙,NPs尺寸較小,基本不改變薄膜性質(zhì)。復(fù)合薄膜OMAL開(kāi)關(guān)機(jī)制是電荷的捕獲與釋放,且陷阱捕獲作用與復(fù)合薄膜OMAL開(kāi)關(guān)比、閾值電壓、電流-電壓雙對(duì)數(shù)變化線性部分斜率及轉(zhuǎn)換電壓成正比。另外,PVK包埋La摻雜ZrO2 NPs時(shí),由于La元素降低了PVK的zui高占據(jù)軌道與ZrO2 NPs問(wèn)能極差,即陷阱深度降低,減弱了對(duì)載流子的捕獲作用,La激發(fā)出的載流子也會(huì)增加關(guān)狀態(tài)電流,因此器件OMAL開(kāi)關(guān)比減小。zui后,通過(guò)分別引入給/受體分子調(diào)控聚合物/NPs界面,即向PVK包埋Au NPs復(fù)合薄膜中分別引入給體、受體分子咔唑、吩嗪,探索界面對(duì)復(fù)合薄膜電學(xué)特性影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)*次電壓掃描時(shí),復(fù)合薄膜關(guān)電流較小,OMAL開(kāi)關(guān)比較大；而后續(xù)電描中,其關(guān)電流則增加較大,OMAL開(kāi)關(guān)比較*次減小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這可能是引入咔唑或吩嗪后,復(fù)合薄膜會(huì)產(chǎn)生較多陷阱,對(duì)應(yīng)的OMAL開(kāi)關(guān)比較大,但*次掃描器件由開(kāi)到關(guān)的過(guò)程中,捕獲的載流子僅有部分釋放。

聚合物/納米粒子界面對(duì)其復(fù)合薄膜電歐瑪爾OMAL開(kāi)關(guān)特性
因此后續(xù)掃描中,僅部分陷阱有捕獲作用,即對(duì)載流子捕獲作用減弱,從而降低了器件OMAL開(kāi)關(guān)比。對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩種小分子均極大程度上降低了復(fù)合薄膜電OMAL開(kāi)關(guān)特性,且這種影響與小分子濃度無(wú)關(guān)。這可能是由于咔唑、吩嗪分子導(dǎo)電性較PVK好,激發(fā)出的大量載流子填充了薄膜中的部