一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，它从下往上依次包括衬底、栅绝缘层、量子点掺杂薄膜层、光敏半导体层以及在光敏半导体层上形成的源漏电极；所述量子点掺杂薄膜层为掺杂有半导体纳米晶的聚合物薄膜。本发明专利技术通过简单的工艺手段改进器件的存储性能及光敏性能，使其存储容量、开关速度和光响应能力得到很大提升，实现多阶存储；并且降低了器件制备成本，便于推广、应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器及其制备方法
本专利技术属于半导体行业存储器技术和光探测
，具体涉及一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器及其制备方法。
技术介绍
在如今火热的大数据时代背景下，信息技术的高速发展对数据存储器提出了更高的要求，例如在存储速度、存储密度、元件尺寸、机械柔性、制备工艺以及价格成本等方面。而具有高性能的有机场效应晶体管存储器的发展趋势满足上述要求。有大量的研究者从有机场效应晶体管存储器的器件结构、器件各功能层的材料和薄膜形貌等方面入手，调控有机场效应晶体管存储器的性能。近些年来，虽然有机场效应晶体管存储器因为作为未来电子产品设备的核心元件从而备受人们青睐，并且也取得了相当多的研究成果，但是它依旧存在着操作电压比较高、存储容量比较小、元件的数据保持能力不够好等急需解决的问题。因此，怎样才能让有机场效应晶体管具有更大的存储容量和更好的稳定性成为急需解决的重要问题。非易失性有机场效应晶体管存储器是通过对器件的栅电极施加负向或者正向电压使得阈值电压产生可逆性偏移从而实现信息存储。我们将电压的写入或者擦除操作后稳定下来的阈值电压所处的状态定义为信号“1”/“0”，由此来实现信息非易失性存储的效果。有机场效应晶体管存储器的存储窗口和电流开关比是它的两个重要的性能衡量参数，从很大程度上决定了存储器的性能优劣。存储窗口主要是指器件在不同状态下存储的阈值电压的差，具体描述了不同信息存储的状态，可以有一个更直观的体现。因此，存储器所表现出来存储窗口大小是区分器件是否存在明显存储性能的关键性条件之一，在一定条件下存储窗口越大，那么它的存储性能可能就越好，这个参数也是衡量器件存储性能的基础条件之一。电流开关比是通过测量漏电流最高态和最低态的比值判断器件的存储性能。一般来说，存储器件的电流开关比越大，它能准确判断数据状态的可能性越高。所以在思考如何制备有机场效应晶体管存储器时，需要考虑怎样才能使器件具有更大的电流开关比和存储窗口。由于有机半导体存在载流子的迁移率较低，从而令器件沟道注入载流子的效率较低，那么所对应的器件电流开关比和存储窗口也不会太高，为了解决这一问题，我们通常通过增大操作电压使得沟道载流子的浓度变大产生更大的漏电流以及阈值电压的偏移。但是这种方法需要更大的操作电压，浪费资源，也存在安全隐患，这也限制了它在这方面的应用。另一种方法则是添加另一种操作手段使得器件具有更大的电流开关比和存储窗口。光，作为大自然给与我们的可再生能源，可以激发沟道内的激子从而实现上述条件。光调控的方法能够同时改善其光响应和存储特性，并具有低操作电压、高光响应速度、高存储密度和高数据稳定性等特点。
技术实现思路
针对现有的有机光敏场效应晶体管电存储器(OPTM)存在上述技术问题，本专利技术提出一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器及其制备方法，其在现有材料的基础上不增加工艺、技术难度，提供一种简单的工艺手段制备基于量子点掺杂聚合物的混合薄膜层，并将其作为电荷传输层应用在OPTM存储器当中，充当存储器的电荷存储层、光敏增强层，以同时提高存储性能和光敏性能。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，它从下往上依次包括衬底、栅绝缘层、量子点掺杂薄膜层、光敏半导体层以及在光敏半导体层上形成的源漏电极；所述量子点掺杂薄膜层为掺杂有半导体纳米晶的聚合物薄膜。其中，所述半导体纳米晶包括硫化铅量子点、硒化铅量子点或钙钛矿量子点(钙钛矿量子点例如：CsPbCl3、CsPbBr3或CsPbI3)，优选硫化铅量子点(PbS)；所述聚合物薄膜材质为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯，优选聚苯乙烯(PS)；半导体纳米晶的掺杂质量为5～15％，优选10％。所述量子点掺杂薄膜层的厚度为15～25nm，优选20nm，其覆盖在有机光敏半导体层上。所述衬底为高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET，并在表面形成栅电极，栅电极材质选自高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽。所述栅绝缘层材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯PS或聚乙烯吡咯烷酮PVP，栅绝缘层的薄膜厚度为50～300nm。所述光敏半导体层材质为并五苯、并四苯、钛青铜、氟化钛青铜、红荧烯、或并三苯，光敏半导体层的薄膜厚度为30～50nm，采用热真空蒸镀成膜法成膜。所述源漏电极材质为金属或有机导体材料，优选铜或金；源漏电极的薄膜厚度为60～100nm，采用磁控溅射法、喷墨打印法或真空蒸镀法，生长在光敏半导体层表面导电沟道两侧。本专利技术还提供上述基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：步骤一：分别配制半导体纳米晶溶液和聚合物溶液，按照掺杂量将二者混合后静置10～15min得到量子点聚合物混合溶液；步骤二：在衬底材料上形成栅电极，并覆盖一栅绝缘层，清洗烘干，然后使用紫外臭氧处理3～5min得到基片A；步骤三：将步骤一制备的量子点聚合物混合溶液旋涂于步骤二中的基片A上，并进行干燥处理得到基片B；步骤四：在步骤三得到的基片B上真空蒸镀光敏半导体层，然后在光敏半导体层上形成源漏电极即得。步骤一中，所述半导体纳米晶溶液和聚合物溶液的溶剂为甲苯，半导体纳米晶溶液的浓度为1～2mg/ml，聚合物溶液的浓度为3～4mg/ml。步骤三中，旋涂在空气中进行，空气湿度控制在40～50％干燥处理在手套箱中进行，温度为80～90℃，以除掉残留溶剂和薄膜中的水相，得到具有多孔结构的薄膜。优选地，步骤四中，真空蒸镀光敏半导体材料为并五苯，蒸镀速率为真空度控制在6×10-5～6×10-4pa，采用晶振控制厚度在30～50nm；源漏电极材质优选为金或铜，同样采用真空蒸镀的方法，蒸镀速率本专利技术将掺杂有半导体纳米晶掺杂的聚合物薄膜应用于基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器当中，充当器件的电荷存储的源漏电极和光敏的半导体层的薄膜层。这种量子点结构，一方面利用其粒子尺径达到纳米级别，能够较为理想的俘获电荷点并且大大提高存储密度，另一方面利用其吸收光谱广，增强光敏半导体层的对入射光的收集效率，提高光生激子分离效率，调节薄膜隧穿势垒，改善器件存储性能。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的这种有机场效应晶体管存储器结构，能够在不增加工艺复杂度并且在简单的设备制备的前提下，有效的提高器件对入射光的收集效率，增强光电转换效率，降低接触电阻和电荷隧穿势垒，从而降低对操作电压的依赖，减少能源损耗，为有机光敏存储器的商业化推广提供一种可行的思路；2、该存储器结构设计能够同时改进光敏存储器的存储性能和光敏性能；3、该存储器结构可采用金属铜作为器件源漏电极，降低了器件制备成本，便于推广、应用；4、本专利技术提供的有机场效应晶体管存储器的制备方法工艺简单，便于操作，能够显著降低人力成本。附图说明下面结合附图对本专利技术的作进一步说明。图1为该基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器的结构示图；图2为实施例1制备的多阶晶体管存储器的负向存储转移特性曲线图；图3为实施例1制备的多阶晶体管存储器的负向写入，正向加波长420nm光加电擦除的存储转移特性曲线图；图4为实施例1制备的多阶晶体管存储器的负向写入，正向加波长550nm光加电擦除的存储转移特性曲线图；图5为实施例1制备的多阶晶体管存储器的负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其特征在于，它从下往上依次包括衬底(1)、栅绝缘层(2)、量子点掺杂薄膜层(3)、光敏半导体层(4)以及在光敏半导体层(4)上形成的源漏电极(5)；所述量子点掺杂薄膜层(3)为掺杂有半导体纳米晶的聚合物薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其特征在于，它从下往上依次包括衬底(1)、栅绝缘层(2)、量子点掺杂薄膜层(3)、光敏半导体层(4)以及在光敏半导体层(4)上形成的源漏电极(5)；所述量子点掺杂薄膜层(3)为掺杂有半导体纳米晶的聚合物薄膜。2.根据权利要求1所述的一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其特征在于，所述半导体纳米晶为硫化铅量子点、硒化铅量子点或钙钛矿量子点；所述聚合物薄膜材质为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯；半导体纳米晶的掺杂质量为5～15％。3.根据权利要求1所述的一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其特征在于，所述量子点掺杂薄膜层(4)的厚度为15～25nm。4.根据权利要求1所述的一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其特征在于，所述衬底(1)为高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET，且表面形成栅电极；所述栅电极的材质选自高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽。5.根据权利要求1所述的一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其特征在于，所述栅绝缘层(3)材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮，栅绝缘层的薄膜厚度为50～300nm。6.根据权利要求1所述的一种基于光调控的有机场效应多阶晶体管存储器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕群，周楠，魏贤虎，王睿，
申请(专利权)人：中通服咨询设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32