论文部分内容阅读
依据摩尔定律,基于无机半导体材料存储器的存储容量已达到物理极限和理论极限,急需突破。而有机聚合物电阻式电存储材料具有低开启电压、高存储量、丰富的可设计结构、好的成膜加工性能、较好的灵活性、较高的机械强度和良好的可伸缩性等优势,因此,有机聚合物在未来高密度存储方面具有更广阔的应用前景。现阶段报道的聚合物电存储材料大多是通过缩聚或侧基修饰获得的。与其它缩聚聚合方法相比,SO2F酯交换聚合法反应条件温和、反应速率快、反应程度高、聚合分子量高且分子量易于控制等。通过SO2F酯交换聚合法得到的聚硫酸酯具有许多特性:优越的热稳定性、较好的耐水解能力、较强的耐氧化还原能力、耐腐蚀性、丰富的结构设计以及易于加工成膜。另外,硫酸酯键的电子云密度较高,适合作为电学输运材料,因此聚硫酸酯可成为潜在电存储材料。本论文主要通过SO2F酯交换聚合法设计合成了含电荷转移的主链均聚物、主链共聚物以及具有不同平面性的主链共聚物。通过聚合以及加入具有供、吸电子的基团共聚以及不同的空间平面性来调节并优化存储材料的存储性能。（1）以6-（3,5-bis（4-hydroxyphenyl）-4,5-dihydro-1H-pyrazol-1-yl）-2-butyl-1H-benzo[de]isoquinoline-1,3（2H）-dione（MTPP-NI）作为前驱体,利用SO2F酯交换聚合法合成了主链上含有大共轭体系的萘酰亚胺-吡唑啉基团的均聚物PolyTPP-NI。说明具有大共轭体系的结构可以应用到聚硫酸酯中。在基本单元相同的情况下,硫酸酯键的引入导致MTPP-NI和PolyTPP-NI的存储器件具有不同的存储性能。小分子MTPP-NI存储器件表现出DRAM性能,而聚合物PolyTPP-NI存储器件表现出FLASH性能。本工作利用萘酰亚胺-吡唑啉基团间的电荷转移作用以及前驱体和聚合物不同的平面性来研究解释了存储器件的存储性能。（2）分别将含有吸电子基团和供电子基团的单体与含有大共轭体系的萘酰亚胺-吡唑啉基团的单体利用SO2F酯交换聚合法共聚形成具有A-D-b-A结构和A-D-b-D结构的共聚物CoTPP-NIS和CoTPP-NIN。存储器件都表现出FLASH性能,具有A-D-b-D结构材料的存储器件开启电压更小,利用A-D-b-A结构和A-D-b-D结构间的电荷转移来解释了存储器件的存储性能。（3）具有不同分子平面性含吸电子基团的单体与具有供电子基团的单体利用SO2F酯交换聚合法共聚得到两种具有不同分子平面的硫酸酯共聚物PBPN和PFPN,并将其制备成无色透明的存储器器件,研究其性能。通过改变分子的平面性,影响电荷转移传输,从而影响存储器件的电学存储性能。同时采取两步缩聚方法合成得到具有不同共轭程度的聚酰亚胺PPh和PNa,同样从分子平面性分析研究对聚合物的存储性能的影响,通过改变分子共轭程度,从而改变存储器件性能。利用通过不同合成方法得到的聚合物,制备成器件,研究其性能变化,为科研工作者提供了新的合成聚合物方法和新的优化思路。ITO/PBPN/Al器件和ITO/PFPN/Al器件均表现为稳定的非易失性WORM电存储行为。由于分子的平面性,PFPN器件的开启电压更低。ITO/PPh/Al器件表现为稳定的非易失性WORM电存储行为。ITO/PNa/Al器件表现为稳定的非易失性FLASH电存储行为。通过上述研究可知,相较于前驱体,基于SO2F酯交换聚合法合成的含硫酸酯键的聚合物,以及共聚、分子平面性等的改变都会影响存储性能,为存储材料的设计提供新思路。