一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型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量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，它自下而上依次包括衬底、形成于该衬底之上的栅电极、栅绝缘层、量子点薄膜层、有机半导体层和在有机半导体层上形成的源漏电极；所述量子点薄膜层与栅绝缘层之间设有聚合物修饰层，所述量子点薄膜层与有机半导体层之间设有浮栅层。本发明专利技术基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器从材料和器件结构入手，在此基础上对薄膜形貌进行调控，提升器件的存储性能，所制备的浮栅层和钙钛矿量子点层能够降低器件的操作电压，改善器件的存储性能，并具有低操作电压、高响应速度、高存储密度和高数据稳定性等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器及其制备方法
本专利技术属于半导体行业存储器
，具体涉及一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型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。
技术实现思路
针对现有有机场效应晶体管存储器(OFETmemory)存在上述技术问题，本专利技术在现有材料的基础上不增加工艺、技术难度，提供一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，以提高其存储性、耐受性和稳定性。本专利技术进一步解决问题是提供上述基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，它自下而上依次包括衬底、形成于该衬底之上的栅电极、栅绝缘层、量子点薄膜层、有机半导体层和在有机半导体层上形成的源漏电极；所述量子点薄膜层与栅绝缘层之间设有聚合物修饰层，所述量子点薄膜层与有机半导体层之间设有浮栅层。其中，所述聚合物修饰层和浮栅层的均质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物；聚合物修饰层厚度为30～35nm，浮栅层厚度为15～20nm。所述量子点薄膜层为钙钛矿量子点材料，选自CsPbBr2CQDs、CsPbCl2CQDs或CsPbI2CQDs中的任意一种，优选CsPbBr2CQDs，量子点薄膜层厚度为10～15nm。所述栅绝缘层材质选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯(PS)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的任意一种，栅绝缘层厚度为50～300nm，栅绝缘层覆盖在整个栅电极表面，隔离栅电极和量子点薄膜层之间的接触，其绝缘性良好。所述有机半导体层材质选自并五苯、并四苯、钛青铜、氟化钛青铜、红荧烯、或并三苯中的任意一种，有机半导体层厚度为30～50nm。所述源漏电极材质为金属或有机导体，优选铜或金，源漏电极厚度为60～100nm。所述衬底材质为高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET；所述栅电极材质为高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽。上述基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器的制备方法，包括如下步骤：(1)分别配制量子点材料溶液、浮栅层材料溶液、聚合物修饰层材料溶液；(2)选择合适的衬底材料作为基片，并在衬底上形成栅电极和栅绝缘层，清洗干净基片后烘干；(3)将烘干后的洁净基片使用紫外臭氧处理3～5min；(4)将步骤(1)配制好的聚合物修饰层材料溶液旋涂在步骤(3)处理好的基片上面，将旋涂好的样品在手套箱中于80℃下干燥30min；(5)将步骤(1)配制好的量子点材料溶液旋涂在步骤(4)制得的基片上，将旋涂好的样品在手套箱中于80℃下干燥30min；(6)将步骤(1)配制好的浮栅层材料溶液旋涂在步骤(5)制得的基片上，将旋涂好的样品在手套箱中于80℃下干燥30min；(7)在步骤(6)制备好的样品上面真空蒸镀有机半导体层，并形成源漏电极。其中，步骤(1)量子点材料溶液采用的溶剂为正己烷，浓度优选为1mg/ml；浮栅层材料溶液采用的溶剂为乙酸乙酯，浓度优选为2mg/ml；聚合物修饰层材料溶液采用的溶剂为乙酸乙酯，浓度优选为5mg/ml。步骤(4)～(6)在空气中旋涂，空气湿度控制在40～50％；干燥过程中，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(7)中，所述真空蒸镀的蒸镀速率为真空度控制在6×10-5pa～6×10-4pa，采用晶振控制厚度在30～50nm，覆盖在栅绝缘层表面上形成导电沟道，使其与聚合物薄膜层紧密接触以减小载流子隧穿时的接触势垒，促进载流子的隧穿迁移。所述源漏电极生长在导电沟道两侧，其采用的材料为金属或有机导体材料，其制备方法为磁控溅射法或喷墨打印法、真空蒸镀法；优选采用真空蒸镀法制备，材料为铜或金，蒸镀速率为控制厚度在60～100nm。本专利技术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钙钛矿量子点(CsPbBr2CQDs)薄膜，作为电荷传输层；在钙钛矿量子点薄膜接触的下层制备高绝缘性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物层作为绝缘修饰层，在钙钛矿量子点薄膜接触的上层制备高绝缘性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物层作为浮栅层(即隧穿层)，并将其应用在OFET存储器当中，提高存储性、耐受性和稳定性。本专利技术利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)这种绝缘性良好的聚合物，既作为器件的绝缘修饰层来提高器件衬底的绝缘性以及减小上层量子点薄膜的表面粗糙度，又作为浮栅层，有效的阻碍下层量子点薄膜隧穿电荷的流失。本专利技术还利用钙钛矿量子点这种材料具有纳米级别的粒子尺寸，可以良好的俘获电荷点并且大大提高器件的存储密度。有益效果：1、本专利技术基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器通过修饰层既可以提高栅电极的绝缘性能，又可以减小量子点薄膜为电荷传输层的表面粗糙度；浮栅层具有高绝缘性，有效的阻塞电荷的流失，有效提高器件捕获电荷的效率，可以提高器件的稳定性和耐受性；钙钛矿量子点自身具有良好的电子能级最高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，它自下而上依次包括衬底、形成于该衬底之上的栅电极、栅绝缘层、量子点薄膜层、有机半导体层和在有机半导体层上形成的源漏电极；所述量子点薄膜层与栅绝缘层之间设有聚合物修饰层，所述量子点薄膜层与有机半导体层之间设有浮栅层。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，它自下而上依次包括衬底、形成于该衬底之上的栅电极、栅绝缘层、量子点薄膜层、有机半导体层和在有机半导体层上形成的源漏电极；所述量子点薄膜层与栅绝缘层之间设有聚合物修饰层，所述量子点薄膜层与有机半导体层之间设有浮栅层。2.根据权利要求1所述的基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，所述聚合物修饰层和浮栅层的均质为聚甲基丙烯酸甲酯聚合物；聚合物修饰层厚度为30～35nm，浮栅层厚度为15～20nm。3.根据权利要求1所述的基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，所述量子点薄膜层为钙钛矿量子点材料，选自CsPbBr2CQDs、CsPbCl2CQDs或CsPbI2CQDs中的任意一种，量子点薄膜层厚度为10～15nm。4.根据权利要求1所述的基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，所述栅绝缘层材质选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种，栅绝缘层厚度为50～300nm。5.根据权利要求1所述的基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，所述有机半导体层材质选自并五苯、并四苯、钛青铜、氟化钛青铜、红荧烯、或并三苯中的任意一种，有机半导体层厚度为30～50nm。6.根据权利要求1所述的基于量子点的有机场效应晶体管浮栅型存储器，其特征在于，所述源漏电极材质为金属或有机导体，源漏电极厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕群，王睿，魏贤虎，周楠，
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