一种纳米柱结构有机场效应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纳米柱结构有机场效应晶体管存储器及其制备方法，涉及半导体行业存储器技术和生物薄膜技术领域。所述纳米柱结构有机场效应晶体管存储器包括源漏电极、有机半导体层、第二类栅绝缘层、第一类栅绝缘层、栅电极以及衬底，所述有机半导体层与第二类栅绝缘层之间设有纳米柱薄膜层。本发明专利技术的有益效果是，通过简单的旋涂工艺制备形貌可控的纳米柱薄膜且改进了器件的存储性能，使其存储容量、存储速度、存储稳定性及其反复擦写可靠性能得到很大提升，并且降低了器件制备成本，具有很大的商业应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机半导体行业存储器技术和生物薄膜
，具体涉及一种纳米柱结构有机场效应晶体管存储器及其制备方法。
技术介绍
有机电子器件诸如有机场效应晶体管(OFET)、有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OPV)、传感器等，一方面因其材料来源广泛、成本低廉、质量轻、机械柔性等特点，另一方面因其可扩展的制造工艺和小尺度结构，因此引起了学术界和商业界广泛的关注和研究。存储器作为电子器件用于数据收集、处理、存储和交流的一个重要的部分，而基于有机场效应晶体管的存储器由于具有高存储密度，容易大规模集成，无破坏性读出，电介体材料的溶解性和与互补氧化物半导体具有很好的兼容性等引起了国内外科学工作者广泛的关注。到目前为止，有机场效应晶体管存储器得到了迅速的发展，但是由于其写入和擦除速度慢、存储容量低、稳定性差等限制了其商业化和大规模的应用。因此为了实现高容量存储、较快的写入和擦除速度和高稳定性的存储器件，许多课题组进行了大量的研究。很多课题组通过分子设计，例如引入新的官能团(OrganicElectronics,2015,27,18-23)、改变共轭的长度(JOURNAL OF MATERIALSCHEMISTRY,2012,22,2120-2128)、星状化合物(Adv.Electron.Mater.2016,2,1500300)等来提高存储密度和稳定性，但是这些新材料开发成本高、周期长和工艺流程复杂、设备造价比较高等缺点。其次很多课题组为了简化制备工艺和降低成本，通过物理方法包括厚度效应、温度效应、亲水效应等方法来提高存储密度，虽然上述措施在某些程度上均能提升器件的存储性能，但是器件的稳定性会下降。申请公布号为CN104916647A的专利文件中公开了一种场效应晶体管存储器，其包括源漏电极和衬底，但是未包含纳米柱薄膜层作为电荷捕获层，因此器件的存储密度和稳定性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，在现有材料的基础上采用物理方法制备形貌可控的纳米柱，并将其应用在有机场效应晶体管存储器中，以实现高密度、高速度、高稳定性和忍耐力良好的存储器件。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，包括源漏电极、有机半导体层、第二类栅绝缘层、第一类栅绝缘层、栅电极以及衬底，所述有机半导体层与第二类栅绝缘层之间还设有纳米柱薄膜层。进一步地，所述纳米柱薄膜层中的材料为溶解度高且疏水性强的大分子。进一步地，所述溶解度高且疏水性强的大分子为风车格子(WG3)。进一步地，所述第二类栅绝缘层为亲水性的聚合物。进一步地，所述亲水性的聚合物为三羟甲基丙烷。进一步地，所述纳米柱薄膜层的厚度为15～25nm；所述第一类栅绝缘层的材料为二氧化硅，厚度为300nm；所述有机半导体层的材料为并五苯；所述源漏电极的材料为金属金。进一步地，所述有机半导体层并五苯采用热真空蒸镀成膜法成膜，蒸镀速率为真空度控制在6×10-4pa～6×10-5pa，采用晶振控制厚度在40～50nm；所述源漏电极金的制备方法为热真空蒸镀法，蒸镀速率为真空度控制在6×10-4pa-10-5pa，采用晶振控制厚度在60-80nm。进一步地，所述衬底为高掺杂硅片，所述栅电极为高掺杂硅。本专利技术还提供了上述纳米柱结构有机场效应晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：(1)配置亲水性的聚合物溶液和疏水性的大分子溶液，溶于低沸点溶剂，浓度均为3mg/ml，将二者按照体积比5:1的比例混合，进行超声处理。(2)选择衬底材料作为基片，并在衬底上形成栅电极和第一类栅绝缘层，第一类栅绝缘层薄膜的厚度为50～300nm，清洗干净基片后烘干。(3)将烘干后的洁净基片紫外臭氧处理3～5min。(4)将步骤(3)中制备的基片上面旋涂步骤(1)配置好的混合溶液，厚度为15-25nm，将旋涂好的样品于干燥箱中(80℃)干燥。(5)在步骤(4)中干燥后的样品上面真空蒸镀半导体层和源漏电极。进一步地，所述步骤(1)中的低沸点溶剂为甲苯，且需除水处理；所述步骤(4)中的旋涂过程在空气中进行，湿度控制在70％以下。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术将纳米柱薄膜及其制备方法应用在有机场效应晶体管存储器当中，提供了一种高密度、高速度、高稳定性的存储器件。纳米柱薄膜将诱导有机半导体层周期性生长，增加了有机半导体和存储层之间的接触面积。这种较大的接触面积，一方面增加了写入速度、写入窗口；另一方面，增强了光生激子的分离效率，加快了擦除速度。另外，纳米柱之间相互分离的结构，会抑制存储电荷的横向扩散，实现高稳定性的存储。上述纳米柱的制备方法中，利用两种物质的溶解度和亲疏水性的差异，在旋涂过程中首先发生纵向相分离产生双层结构，再利用马拉高尼效应原理，产生横向相分离，由于严格控制混合的比例，会抑制完整的横向相分离，因此得到均匀的纳米柱。该方法不需要模板，仅通过旋涂制备，工艺简单，便于操作。附图说明图1为本专利技术纳米柱结构有机场效应晶体管存储器的结构示意图；图2为本专利技术中风车格子WG3纳米柱结构二维和三维的AFM照片；图3为本专利技术中有机半导体层的AFM照片；图4为本专利技术纳米柱结构有机场效应晶体管存储器测试的转移特性曲线；图5为本专利技术纳米柱结构有机场效应晶体管存储器测试的输出特性曲线；图6为本专利技术纳米柱结构有机场效应晶体管存储器测试的存储窗口曲线；图7为本专利技术纳米柱结构有机场效应晶体管存储器测试的写入-读取-擦除-读取特性曲线；图8为本专利技术纳米柱结构有机场效应晶体管存储器测试的存储性能维持时间特性曲线。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明。但应当说明的是，这些实施方式并非是对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均包括在本专利技术的保护范围之内。实施例1图1为本实施方式所提供的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器的结构示意图，由图1可以看出，该纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，从上至下依次包括源漏电极、有机半导体层、纳米柱薄膜层、第二类栅绝缘层、第一类栅绝缘层、表面有一定厚度的二氧化硅的衬底。需要说明的是，纳米柱薄膜层的厚度为15～25nm，纳米柱薄膜层中的材料为溶解度高且疏水性强的大分子，优选地，该溶解度高且疏水性强的大分子为风车格子(WG3)。第二类栅绝缘层为亲水性的聚合物，优选地，上述亲水性的聚合物材料为三羟甲基丙烷。第一类栅绝缘层的材料为二氧化硅，厚度为300nm，有机半导体层的材料为并五苯，源漏电极的材料为金属金。有机半导体层并五苯采用热真空蒸镀成膜法成膜，蒸镀速率为真空度控制在6×10-4pa～6×10-5pa，采用晶振控制厚度在40～50nm；源漏电极金的制备方法为热真空蒸镀法，蒸镀速率为真空度控制在6×10-4pa-10-5pa，采用晶振控制厚度在60-80nm。衬底为高掺杂硅片，栅电极为高掺杂硅。本实施方式还提供了上述纳米柱结构有机场效应晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：(1)配置风车格子(WG3)和三羟甲基丙烷(TMP)溶液，溶剂为甲苯(Toluene)溶液浓度均为3mg/ml，静置24h，使其分散均匀；将三羟甲基丙烷溶液和风车格子溶液按照体积比为5:1混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，包括源漏电极、有机半导体层、第二类栅绝缘层、第一类栅绝缘层、栅电极以及衬底，其特征在于，所述有机半导体层与第二类栅绝缘层之间还设有纳米柱薄膜层。

【技术特征摘要】
1.一种纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，包括源漏电极、有机半导体层、第二类栅绝缘层、第一类栅绝缘层、栅电极以及衬底，其特征在于，所述有机半导体层与第二类栅绝缘层之间还设有纳米柱薄膜层。2.根据权利要求1所述的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述纳米柱薄膜层的材料为溶解度高且疏水性强的大分子。3.根据权利要求2所述的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述溶解度高且疏水性强的大分子为风车格子(WG3)。4.根据权利要求1所述的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述第二类栅绝缘层为亲水性的聚合物。5.根据权利要求4所述的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述亲水性的聚合物为三羟甲基丙烷。6.根据权利要求1所述的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述纳米柱薄膜层的厚度为15～25nm；所述第一类栅绝缘层的材料为二氧化硅，厚度为300nm；所述有机半导体层的材料为并五苯；所述源漏电极的材料为金。7.根据权利要求6所述的纳米柱结构有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述有机半导体层并五苯采用热真空蒸镀成膜法成膜，蒸镀速率为真空度控制在6×10-4pa-6×10-5pa，采用晶振控制厚度在40～...

【专利技术属性】
技术研发人员：仪明东，郭丰宁，解令海，李雯，凌海峰，徐姣姣，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32