电场诱导分子定向沉积制备高性能多进制器件研究

Multi-ary data storage technology will make the data storage density increased enormously, however, there are still some shortcomings such as large open-voltage drifting, instability and low reproducibility, owing to the intermolecular stacking style being not suitable to the sandwiched device structure. Herein, Cation or anion groups are designed in the conjugated molecular backbone, and these molecules contained cations or anions will be induced to move controllable under electric field and deposit directionally to the prepared electrode. We hope the obtained semiconductor film through electric field inducing deposition method has a desired intermolecular stacking style which is helpful to increase the memory device performance. During the study period, the relationship lying in molecular structure, film deposition technology and the desired intermolecular stacking style will be set up to be as a guidance for fabrication of high performance multi-ary memory devices. We envision that our research work in this project could accelerate the application of multi-ary data storage in the world.

多进制信息存储可使信息存储密度呈亿倍增加，有望使原本700公斤拷贝的3D IMAX数字电影《阿凡达》变成一张碟片，但现有多进制存储材料所制备的器件仍存在开启电压漂移大、稳定性差和有效率低等问题，离应用差距较大，其原因是器件的有机薄膜介质中分子堆积和排列方向与器件结构不相匹配。本项目提出在有机分子共轭骨架中引入阳离子或阴离子基团的新思路，创建"带电"分子在电场诱导下定向移动并在电极基底可控堆积、形成与多进制三明治器件结构相匹配的分子间堆积方式的新技术和新机制，构建分子结构、薄膜制备工艺和所想要的分子堆积方式三者之间的有机联系规律，从而为构筑高稳定性多进制有机薄膜和器件、加快我们率先自主提出的具有突破性影响的多进制存储器件在超高密度信息存储领域的应用步伐奠定必要的理论依据和技术基础。

本项目针对现有多进制存储材料所制备的器件仍存在开启电压漂移大、稳定性差和有效率低而造成离应用差距较大的问题，提出了通过分子结构设计以及成膜方法联合调控实现器件中有机薄膜介质中分子堆积和排列方向与器件结构相匹配的新思路，先后设计合成了十余个系列的材料结构，探究有机分子共轭骨架中引入阳离子或阴离子基团对其成膜性能和器件电学性能的影响，建立了"带电"分子在电场诱导下定向移动并在电极基底可控堆积、形成与多进制三明治器件结构相匹配的分子间堆积方式的新技术和新机制，研究并建立了有机分子结构、薄膜制备工艺和所想要的分子堆积方式三者之间的有机联系规律，从而为构筑高稳定性多进制有机薄膜和器件、加快我们率先自主提出的具有突破性影响的多进制存储器件在超高密度信息存储领域的应用步伐奠定必要的理论依据和技术基础。此外，项目组把所获得的相关具有光电响应的有机半导体分子用于光催化降解有机物的应用研究，取得了较好的研究结果，相关研究结果在Angew Chem Int Ed等期刊上发表。项目执行期间，共计在Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI论文28篇，申请发明专利2件，共计培养毕业博士研究生2名、毕业硕士研究生6名。