[发明专利]包含金刚石形结构的分子整流器

说明书

背景技术

电子整流器限制电流在某些方向上的流动，是电子设备中的重要组成部分。当电子在一个方向上比另一个方向上更有利地移动时，发生整流作用。这可以在多种物理结构中发生，例如p-n结、电荷移动复合物或Schottky二极管。整流对于电子存储器和纵横结构限制杂散电流是重要地。随着对更小电子设备的努力，纳米尺度整流器已经变得更加重要。极限是分子整流器，其通过可以夹在两个电极之间的单独分子或分子层形成。对整流器的要求包括高的开关比，热稳定性以及点稳定性，和一致的启动电压。这些电子性质已经产生了包括以下的应用：二极管，存储器元件，基础晶体管，发光二极管，太阳能电池和光电探测器。

在目前的电子工业中，随着纳米技术变得更加受重视，在分子水平上形成电子设备变得更加重要。例如，在分子水平上形成整流器或p-n结的能力将在工业上具有广泛的吸引力，并且进一步能够当前在全世界范围内应用纳米技术。因此，工业上总是寻求在更小的尺度上、并且希望是在纳米尺度上产生电子设备的方法。

发明内容

提供一种分子整流器，其由金刚石形结构分子以及附着于金刚石形结构分子的电子受体组成。电子受体通常是接受电子的芳族物种，所述芳族物种共价附着于金刚石形结构。根据特定的金刚石形结构，这些分子可以用作整流器，电阻器，p-n结，或它们的组合。

在其它因素中，已经发现通过利用金刚石形结构，技术人员可以实现在分子水平上的整流。金刚石形结构分子发挥了电子供体的作用，通过使金刚石形结构分子与电子受体、最特别是芳族电子受体组合，可以实现在分子水平上的整流。制备分子的化学过程是灵活的，允许调整特定的性能。使用金刚石形结构允许实现在分子水平上的实用整流结，以及它在二极管、基础晶体管、发光二极管和其它电子设备中的应用。

附图说明

附图图示了对于由金刚石形结构分子组成的p-n结观测到的隧道电流。

具体实施方式

整流结尺寸减少的极限将是单个分子，所述分子具有一个提供电子的部分和另一个接受电子的部分。金刚石形结构是具有优良电子性质的电子供体分子材料的一个实例。金刚石本身是具有最高的测量空穴迁移率中的一种。金刚石形结构也被认为是具有优异的性质。金刚石形结构已经证明是有效的电子发射器，因为它们显示出负电子亲合力。通过将金刚石形结构与电子受体材料组合，可以形成分子整流器或p-n结。本文所指的“N型”材料是当与金刚石形结构接触时可以用作电子受体(或收回电子的基团)的任何物质，这些材料包括但不限于：C₆₀，碳纳米管，或导电聚合物；它也包括金刚石形结构本身上的分子官能团，例如：-NO₂，-CN，卤素(F，Cl，Br，I)，烯烃，等。由此，申请人称电子供体例如金刚石形结构为“P型”，虽然这些命名可能不具有半导体材料领域中相同的物理含义。因此，分子整流器可以描述为p-n结，虽然这不表示结的物理性质与典型的半导体p-n结当在实际分子材料中的物理性质一样。电子受体与金刚石形结构的组合产生整流设备例如有机二极管。已经显示作为整流器的一些C₆₀-金刚石形结构分子结。

术语“金刚石形结构”指金刚烷系列的取代和未取代笼形化合物，所述金刚烷(adamantine)系列包括金刚烷，二金刚烷(diamantine)，三金刚烷(triamantane)，四金刚烷(tetramantane)，五金刚烷(pentamantane)，六金刚烷(hexamantane)，七金刚烷(heptamantane)，八金刚烷(octamantane)，九金刚烷(nonamantane)，十金刚烷(decamantane)，十一金刚烷(undecamantane)等，包括它们所有的异构体和立体异构体。化合物具有“金刚石形结构”布局的含义是它们的碳原子排列在FCC金刚石晶格的片段上可重叠。取代金刚石形结构通常包含1-10、更优选1-4个独立选择的烷基取代基。金刚石形结构包括“较低金刚石形结构”和“较高金刚石形结构”(这些术语在本文中进行了定义)，以及较高和较低金刚石形结构的任意组合的混合物。

术语“较低金刚石形结构”指金刚烷、二金刚烷和三金刚烷以及金刚烷、二金刚烷和三金刚烷的任意和/或所有的未取代和取代衍生物。这些较低金刚石形结构组成部分显示出没有异构体或手性并且容易合成，与“较高金刚石形结构”不同。