雙鏈分子器件電荷輸運性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，隨著納米技術(shù)和分子合成技術(shù)的發(fā)展，分子電子學(xué)逐漸成為人們十分感興趣的一個研究領(lǐng)域，也成為納米電子學(xué)的重要研究方向。相比于無機材料，有機材料有一些非常突出的優(yōu)勢。例如：密度小、質(zhì)量輕、不易氧化、易于加工成型等等。有機半導(dǎo)體還有豐富的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性，并且已經(jīng)在有機發(fā)光器件OLED(Organic Light Emitting Diodes)、顯示器等方面取得了很大的應(yīng)用。進入20世紀(jì)80年代，相關(guān)實驗技術(shù)，如Langmuir-

2、Blodgett(LB)膜、分子自組織生長(SAM)的化學(xué)合成技術(shù)、有機分子束外延生長(OMBE)和掃描隧道電子顯微鏡(STM)等測量技術(shù)的共同應(yīng)用使得人們測量通過單個分子或分子簇的電流成為可能。同時，實驗中發(fā)現(xiàn)的分子器件中負(fù)微分電阻、導(dǎo)電開關(guān)、整流現(xiàn)象等一系列非線性電壓電流特性也引起了實驗和理論工作者的濃厚興趣，并預(yù)示了分子器件在未來實際應(yīng)用中的誘人前景。因此，如何認(rèn)識并利用分子的電學(xué)特性來制備分子器件成為分子電子學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一

3、。 通過對具體實驗裝置的分析我們可以看出，實際情況中測量的體系的I-V曲線并不只是在單一分子的環(huán)境下得到的，此時連接于兩電極之間的并不能認(rèn)為只是單一的分予鏈，鏈與鏈之間不可避免的存在相互作用，鏈間耦合在電荷傳輸過程中究竟會扮演什么樣的角色目前還不是很清楚。為此，深入全面探討鏈間耦合的存在形式以及其對于有機分子器件輸運特性的影響，這對于進一步理解有機分子器件的物理性質(zhì)以及為以后的實驗提供一些理論參考具有重要的科學(xué)意義。 本

4、文基于目前本課題組對于有機分了器件的理論研究基礎(chǔ)，進一步考慮雙鏈系統(tǒng)中計入鏈間相互作用，對鏈間耦合在有機分子器件輸運中產(chǎn)生的影響做了一些理論探討。我們針對電極-有機分子-電極的三明治器件結(jié)構(gòu)，采用緊束縛的SSH(Su-Schrieffer-Heeger)模型加格林函數(shù)(Green’s Function)的方法，在以前對于單鏈有機分子器件輸運性質(zhì)的理論研究基礎(chǔ)上，考慮到有機分子和電極四種不同的連接方式，建立起雙鏈分子器件輸運模型。我們計算

5、了這種雙鏈有機分子器件的電荷輸運性質(zhì)，并討論了有關(guān)因素對其的影響，借此進一步理解鏈間耦合的存在對于器件輸運性質(zhì)的影響。 本文第一部分工作主要研究了分子均勻二聚化結(jié)構(gòu)情況下的輸運性質(zhì)。我們分別考察了和電極連接方式、耦合區(qū)域、鏈間耦合強度以及有機分子和電極的界面效應(yīng)對器件輸運性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，對于四種不同的連接方式，有機分子層與電極連接越好，系統(tǒng)的開啟電流也相應(yīng)的越大。耦合區(qū)域的變大會降低器件的起始偏壓。鏈間耦合的存在會導(dǎo)致I-

6、V曲線中出現(xiàn)新的臺階，并且降低系統(tǒng)的開啟電壓，鏈間耦合越大系統(tǒng)的開啟電壓越低并且在第一個臺階上停留的范圍越大。良好的分子電極界面接觸有利于電荷的輸運。在對于均勻分子結(jié)構(gòu)輸運性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，第二部分工作是對中間聚合物分子鏈在帶電態(tài)下的輸運性質(zhì)的探討。我們分別研究了有機分子層處于單/雙電予帶電態(tài)下的輸運行為，并進一步考察了帶電態(tài)時的鏈長效應(yīng)。研究表明，相比中性態(tài)時均勻分子結(jié)構(gòu)，帶電態(tài)將會破壞分子中格點的均勻二聚化結(jié)構(gòu)，并且減小體系中透射率