[发明专利]一种苝酰亚胺薄膜的制备及其作为高密度快速信息存储材料的应用

说明书

技术领域

本发明属于有机信息存储材料技术领域，具体涉及一种苝酰亚胺薄膜的制备及其作为高密度快速信息存储材料的应用。

背景技术

21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。随着信息技术和电子设备的不断发展，传统的半导体材料(如硅、锗)已经逐渐接近应用上的极限。因此，开发新型材料和存储技术以应对信息存储技术的发展成为当前亟待解决的关键问题。

在众多的材料中，具有电双稳态的有机材料成为研究的热门。这是因为有机分子功能多样，可以通过结构裁切来对器件的性能进行有效调节；另一方面有机分子功能单元的尺寸在纳米级，理论上存储点的尺寸可以小到纳米水平；此外，与传统的半导体存储相比，有机存储器件易加工、成本低、可大面积制备，并可以通过叠加的方法制成三维结构的存储器件，从而实现超高密度大容量信息存储。在该领域有机聚合物基的电双稳态材料的制备获得了较大的进展。通过在聚合物链中同时引入电子给体和电子受体单元的做法，目前已经成功地制得了具有闪存型、只读型、动态随机存储型以及静态随机存储型等不同存储行为的聚合物基信息存储材料。然而，虽然目前聚合物基电存储材料的研究取得了较大进展，但是其性能并不十分理想，主要表现为器件成品率较低，性能参数偏差大，且重现性不理想。究其原因主要是由于材料的内部形貌和相态不均匀不可控造成的。因此，制备出结构规则有序、性能稳定可控的有机电信息存储材料具有重大意义。

苝酰亚胺是一类分子结构中含有特殊稠环结构的化合物，具有多种衍生物的结构。苝酰亚胺类化合物一方面具有良好的光热和化学稳定性，可见光区强吸收和荧光量子产率高的特点；另一方面由于其具有很大的共苯环平面和π-π共轭电子体系，从而具有很高的电子亲核势和很强的得电子能力以及由此带来的高电子传输效率。近年来，关于苝酰亚胺的研究大量涉及分子聚集体领域，其大的π-π共轭电子体系和其亚胺氮原子和苝核海湾位置可修饰上各种功能基团的特点使其成为构筑功能性超分子和大分子体系的良好单元。目前，该材料在有机太阳能电池、场效应晶体管以及生物荧光探针等领域的应用取得了很好的结果，特别是制备出了当前有机光电子领域最好的n型材料。但是该类材料在有机电双稳态信息存储材料领域的研究和应用还尚未报道。

为此，本发明提出基于苝酰亚胺超分子聚集体来制备具有优异电双稳态信息存储材料的思路，首先通过在苝湾位置二取代的苝四羧酸二酐与含有咔唑给电子单元的单胺的酰亚胺化反应，制得了含有电子给体-受体结构的可溶性苝酰亚胺衍生物。然后，通过蒸汽扩散自组装法，依靠分子间的π-π堆积作用制得苝酰亚胺自组装膜。然后，将该自组装膜用于信息存储器件的活性层，制备出信息存储器件。

本发明所制得的苝酰亚胺自组装薄膜具有优异的电双稳信息存储性能，存储器件表现出了优异的电双稳态信息存储行为，其开关比在104以上，信号写入电压仅有0.8V，器件性能稳定且读取108次后未表现出任何信号衰减。此外，器件表现出了极快速的响应速度，对电压即时响应，无任何滞后，信号平衡时间达到30纳秒的水平，在高密度快速信息存储领域应用前景广阔。与传统的通过旋涂法制得的聚合物薄膜活性层相比，该苝酰亚胺薄膜由于是通过自组装形成的，因此其结构更加规整有序，性能更加稳定。特别是苝酰亚胺分子的有序堆积为电荷的传输提供了通道，因此以该材料为活性层的存储器件信号响应速度更快。本发明为有机信息存储材料领域提供了新的材料。

发明内容

本发明的目的在于制备出一种苝酰亚胺薄膜并将其用于高密度快速信息存储材料领域。本发明所提供的苝酰亚胺自组装膜可以用于信息存储器件的活性层，制备出的存储器件表现出了优异的电双稳态信息存储行为，开关电压低，响应速度快，无任何滞后，稳定和读写时间长，相对于传统的通过旋涂法制得的聚合物薄膜活性层，其结构更加规整有序、性能更加稳定，在高密度快速信息存储领域具有重要使用价值。

本发明所述的含电子给-受体结构的苝酰亚胺化合物的化学结构如下：

本发明所提供的该薄膜是通过溶液蒸汽扩散自组装法制得，厚度为30～80nm，其制备过程如下：

A：将苝酰亚胺溶解在良溶剂中，配制成一定浓度为1×10^-5～1×10^-3M的溶液，可采用的良溶剂包括氯仿、二氯甲烷、二甲基亚砜等；

B：将步骤A中配制的溶液滴在洁净的基片上，基片可为硅片、云母片、高温定向裂解石墨片和导电玻璃(ITO)；

C：然后将上述载有苝酰亚胺溶液的基片放置在特定溶剂蒸汽氛围中，溶剂蒸汽可为甲醇、四氢呋喃和氯仿等；