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电荷转移复合物是一种具有特殊光、电、热、磁学性质的有机功能材料,在信息存储领域有广阔的应用前景。本论文研究了两类基于TCNQ的电荷转移复合物材料的合成,以及它们在信息存储技术中的应用。其中,一类是具有较低热分解温度和热导率的导电单晶材料,在其表面实现了以STM场发射(或隧穿)电流的焦耳热效应为信息写入机理的热化学烧孔型存储技术,并研究了材料的存储性能和机理;另一类是具有电学双稳态性质的金属电荷转移复合物材料MTCNQ(M-Cu,Ag),以它们为存储介质,实现了全新的以碳纳米管(CNT)为导线的交叉电路存储技术。主要研究成果如下:
1.制备了烷基取代吡啶-TCNQ系列电荷转移复合物单晶,实验证明它们是合适的STM热化学烧孔存储材料;以碳纳米管为电极,利用电化学方法在其表面分别沉积了沿管连续分布的CuTCNQ和AgTCNQ颗粒,分析了两种材料的电化学沉积机理。
2.研究了材料电导性质对热化学烧孔性能的影响,发现了两种烧孔行为。对于高电导率材料,当抬高针尖一定距离后再施加脉冲时,随着针尖抬高距离的增大,成孔体积逐渐减小;而在低电导材料表面,随着针尖抬高距离的增大,成孔体积呈现先增大后减小的规律。研究表明,这是由于材料电导率影响针尖与样品之间的距离,使得金属针尖导热效应对两类材料的热化学烧孔过程具有不同程度影响所造成的。
3.结合理论和实验进一步研究了热化学烧孔存储机理问题。利用理论模型计算了热化学烧孔需要的最短脉冲时间,并实现了脉冲时间为1μs的热化学烧孔;研究了弱电流脉冲下的成孔特点,结果表明,与强电流条件下的热化学烧孔机制不同,弱电流脉冲下可能通过低能电子激发机制成孔;对比研究了(TMTSF)2PF6和热化学烧孔材料的成孔差别,结合两种材料的理化性质差异,分析了原因。
4.利用碳管定点转移技术成功构建了以MTCNQ为存储介质的碳纳米管交叉结构;对含有单个CNT/AgTCNQ/CNT交叉点的电路进行了电学测量,结果表明,该交叉电路具有优良的电学双稳态性质,开关比接近104,且碳管与AgTCNQ之间具有较小的接触电阻。