苯乙炔分子器件整流特性研究.pdf

1、近年來(lái)，微電子加工技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，電子器件的尺寸也隨之縮小至納米尺度，這就迫使研究者們拋開(kāi)傳統(tǒng)的經(jīng)典理論，轉(zhuǎn)而運(yùn)用量子層次上的理論去尋找具有各種不同功能的納米量級(jí)的分子器件。作為電路系統(tǒng)中最重要的基本單元之一，分子二極管或者說(shuō)是分子整流器一直備受理論和實(shí)驗(yàn)工作者的關(guān)注。一般來(lái)說(shuō)，分子結(jié)的整流性質(zhì)可以歸結(jié)于分子本身的非對(duì)稱(chēng)性或者分子電極接觸的非對(duì)稱(chēng)性。
　　最近，一系列苯乙炔分子在實(shí)驗(yàn)上合成并被研究。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)苯乙炔分子具有優(yōu)良的

2、導(dǎo)電性能，進(jìn)一步的研究表明苯乙炔分子的導(dǎo)電性能會(huì)隨著其分子長(zhǎng)度以及分子共軛類(lèi)型的改變而改變，另外實(shí)驗(yàn)者們也發(fā)現(xiàn)基于自組裝單分子膜技術(shù)合成的此類(lèi)分子表現(xiàn)出較明顯的整流現(xiàn)象。截止目前，實(shí)驗(yàn)與理論工作者對(duì)此類(lèi)分子已經(jīng)進(jìn)行了一系列研究，但是也存在一些尚待解決的問(wèn)題，比如在理論上如何討論其整流機(jī)制，如何調(diào)控此類(lèi)分子的整流性能等等。
　　本文利用基于密度泛函理論的非平衡格林函數(shù)方法，研究了鍵橋共軛類(lèi)型對(duì)于苯乙炔分子整流性質(zhì)的影響，討論了引入非

3、對(duì)稱(chēng)的側(cè)基以及末端基團(tuán)這兩種方式對(duì)苯乙炔分子整流的調(diào)控，并且在理論上對(duì)整流機(jī)制進(jìn)行了分析以及解釋。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.D-bridge-A分子鍵橋共軛性質(zhì)對(duì)非對(duì)稱(chēng)側(cè)基取代的苯乙炔分子整流性質(zhì)的影響
　　在第一性原理的基礎(chǔ)上，研究了非對(duì)稱(chēng)側(cè)基取代后的三種苯乙炔分子，即線(xiàn)性共軛的蒽分子(sAC)、交叉共軛的9,10-蒽醌分子(sAQ)、共軛被破壞的二氫化蒽分子(sAH)，具體研究了分子鍵橋的共軛性質(zhì)對(duì)三種分子整流性

4、質(zhì)的影響，并且從理論上進(jìn)行了進(jìn)一步分析和解釋。理論研究結(jié)果表明，苯乙炔分子的整流性質(zhì)與中間鍵橋的共軛性質(zhì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相比于sAC以及sAQ分子，共軛被破壞的 sAH分子具有更顯著的整流性質(zhì)。進(jìn)一步分析透射譜、MPSH以及前線(xiàn)分子軌道分布表明，sAH分子整流性質(zhì)的提升是由共軛破壞引起的前線(xiàn)分子軌道的局域化以及分子軌道在正負(fù)偏壓下的演化的非對(duì)稱(chēng)性所導(dǎo)致的。
　　2.D-bridge-A分子鍵橋共軛性質(zhì)對(duì)非對(duì)稱(chēng)末端基團(tuán)的苯乙炔分子整流

5、性質(zhì)的影響
　　利用基于密度泛函理論的非平衡格林函數(shù)方法，研究了硫基-氰基作為末端基團(tuán)的三種苯乙炔分子AC、AQ、AH分子，具體研究了分子鍵橋共軛性質(zhì)對(duì)三種分子整流性質(zhì)的影響以及非對(duì)稱(chēng)的硫基-氰基末端基團(tuán)對(duì)苯乙炔分子整流性質(zhì)的調(diào)控。研究結(jié)果表明，當(dāng)把交叉共軛的AQ分子改為線(xiàn)性共軛的AC分子時(shí)，分子的整流性能得到提高，并且其整流方向發(fā)生反轉(zhuǎn)。而對(duì)于共軛被破壞的AH分子來(lái)說(shuō)，其整流性能得到進(jìn)一步提高。通過(guò)分析分子能級(jí)以及透射譜得到，整

6、流方向的反轉(zhuǎn)主要是由正負(fù)偏壓下前線(xiàn)分子軌道的非對(duì)稱(chēng)移動(dòng)導(dǎo)致的。AH出現(xiàn)顯著整流是由共軛破壞所導(dǎo)致的局域前線(xiàn)分子軌道在正負(fù)偏壓下的非對(duì)稱(chēng)演化所導(dǎo)致的。
　　論文主要分為五章，第一章為前言部分，主要介紹了分子二極管的整流類(lèi)型以及最近關(guān)于整流的實(shí)驗(yàn)以及理論研究進(jìn)展，最后介紹了一下苯乙炔分子器件最新進(jìn)展。第二章為理論部分，首先給出了絕熱近似以及哈特里-?？朔椒ǎ℉artree-Fock），隨后主要介紹了密度泛函理論（DFT）以及非平衡格林