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PEDOT：PSS基有机自旋电子材料与器件制备及结构性能研究

2020-12-14阅读(154)

PEDOT：PSS基有机自旋电子材料与器件制备及结构性能研究

论文摘要

PEDOT:PSS材料在有机太阳能电池、有机电致显示、超级电容器等电子器件中有广泛的应用。作为一种聚合物材料,PEDOT:PSS材料相对于无机固体材料有许多独特优点,例如：自旋—轨道相互作用较弱因而具有长的自旋扩散长度、自身具有调节性因而晶格匹配问题较小,具有较强的电子—晶格相互作用形成一些带电自陷态,因此在新兴的有机自旋电子学领域具有极大的潜力。此外,它还具有制备工艺简单、适用于大面积应用、电学性质可调节、可弯曲、重量轻等优点。这些特点吸引了越来越多科研工作者的研究兴趣。因此,制备PEDOT:PSS基有机自旋电子材料与器件,进而探究其结构、性能以及自旋极化载流子的运动规律,对于早日实现实用化商业化的新型自旋电子器件具有重要的理论和实践意义。本论文主要研究内容和结论如下：首先,利用旋涂法制备了PEDOT:PSS薄膜,研究了材料的形貌、结构、光学特性及其随生长速度（转速）和旋涂时间的关系,并研究了退火对薄膜结构的影响。发现,制备的所有样品都是非晶态。在2500 r/min-3000 r/min范围内,转速对薄膜表面形貌影响不大,随着旋涂时间增大,样品的表面粗糙度降低。转速为2500r/min,旋涂时间分别为30 s的薄膜的均方根粗糙度为1.017 nm,显示薄膜非常平整,卢瑟福背散射测得厚度为97.6 nm；120℃退火XRD分析PEDOT:PSS薄膜为非晶态,各向异性,透过率高,能带宽度随退火时间有一定变化。其次,制备了两种PEDOT:PSS基有机磁电阻器件：ITO/PEDOT: PSS/Alq3/LiF/Al与ITO/PEDOT:PSS/Alq3/Co/Al,并研究了其器件特性。首先对ITO薄膜以及Alq3的性质进行了研究,接着在两种器件进行了电流—电压特性和电阻—温度的研究,进而在ITO/PEDOT:PSS/Alq3/Co/Al器件上,ITO与Al两个电极之间加10μA的电流,低温8 K时,得出了器件的磁电阻率1.2%,并且对结果进行了分析。最后,制备了两种PEDOT:PSS基自旋阀器件：LSMO/PEDOT:PSS/Co/Al和Co/PEDOT:PSS/Co/Al.首先对溅射制备的LSMO薄膜的性质进行了研究。我们在LSMO/PEDOT:PSS/Co/Al的器件中,在8 K低温下观察到了约91%的正常巨磁电阻效应,利用Mott二流体模型对其成因进行了简单解释。而在Co/PEDOT: PSS/Co/Al三明治结构的自旋阀中,由于两层Co电极的矫顽力较大,我们的测试仪器磁场没法满足,故没有测出我们原来所设想形状的磁电阻曲线。

论文目录

  • 目录
  • CONTENTS
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 自旋电子学简介
  • 1.2.1 自旋电子学简介
  • 1.2.2 磁电阻效应
  • 1.3 有机自旋电子学简介
  • 1.3.1 有机自旋电子学简介
  • 1.3.2 有机自旋阀
  • 1.3.3 有机磁阻效应（OMAR）
  • 1.4 本论文主要研究目的和内容
  • 第二章 样品的制备与测试
  • 2.1 实验材料的准备
  • 2.1.1 聚合物半导体
  • 2.1.2 其它材料
  • 2.2 样品的制备
  • 2.2.1 磁控溅射设备
  • 2.2.2 旋涂仪
  • 2.2.3 真空蒸发设备
  • 2.2.4 样品制备过程
  • 2.3 样品的测试
  • 2.3.1 膜厚的测试
  • 2.3.2 薄膜表面形貌的测试
  • 2.3.3 薄膜组分的测试
  • 2.3.4 光学性质的测量
  • 2.3.5 低温磁电阻的测试
  • 第三章 PEDOT:PSS材料研究
  • 3.1 表面形貌研究
  • 3.2 结构研究
  • 3.3 光学性质研究
  • 3.4 卢瑟福背散射分析
  • 第四章 PEDOT:PSS基有机磁阻器件
  • 4.1 ITO电极及其它实验材料
  • 4.1.1 ITO材料
  • 3材料'>4.1.2 Alq3材料
  • 3/LiF/Al器件'>4.2 ITO/PEDOT:PSS/Alq3/LiF/Al器件
  • 3/Co/Al器件'>4.3 ITO/PEDOT:PSS/Alq3/Co/Al器件
  • 第五章 PEDOT:PSS基有机自旋阀
  • 5.1 LSMO电极
  • 5.2 LSMO/PEDOT:PSS/Co/Al器件
  • 5.3 Co/PEDOT:PSS/Co/Al器件
  • 第六章 结论与展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文目录
  • 发表论文
  • 参加的研究项目
  • 参加的会议
  • 致谢
  • 学位论文评阅及答辩情况表

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