基于电双稳特性的单层聚合物电存储器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电双稳特性的单层聚合物电存储器及其制造方法。该电存储器包括玻璃衬底或PET衬底或PI衬底、ITO底电极、PEDOT:PSS空穴注入层、MEH‑PPV或PFO或P‑PPV光电聚合物活性功能层以及金属顶电极，各层通过溶液旋涂或蒸镀而成。本发明专利技术提供的电存储器件结构简单，具有优良的电双稳态特性、存储响应速度以及稳定性，其读写过程无论在高导态还是低导态都有较低的误读率，即便开关百万次以上电流也没有明显变化。

【技术实现步骤摘要】
基于电双稳特性的单层聚合物电存储器及其制造方法
本专利技术涉及电存储材料
，具体涉及一种基于MEH-PPV、PFO、P-PPV的电双稳特性单层聚合物存储器及其制备方法。
技术介绍
现代信息社会所产生的数据飞速增长，要求存储器应具有更大的存储容量。目前广泛应用的硅存储器虽然具有快速存储的特点，但昂贵的制造设备、复杂的光刻工艺和周边晶体管驱动电路增加了制造成本，并且硅片有限的面积和二维(2D)工艺限制了存储容量，已经不能满足信息时代大容量信息存储和便携式的要求。人们通常采用增加存储单元的集成密度等物理手段来提高存储器的存储容量，但是目前使用的硅CMOS工艺将在5nm阶段达到物理尺寸的极限，并且采用14nm之后的制备工艺将大幅增加存储器制造过程的复杂性和生产成本，很难进行批量生产。另外，未来电子产品的发展要求存储器还应具有柔性化、轻薄和便携性等特征。近年来，随着有机电致发光二极管、有机薄膜晶体管、有机太阳能电池、有机固体激光等有机光电子材料与器件的飞速发展，有机电双稳态器件也引起了人们越来越多的关注，并取得了显著的进展。电双稳特性的主要现象为器件在一个扫描循环中，在相同的外加电压下会出现两种不同的导电状态。具体来说，当在器件功能层两边施加电压时，随着电压的变化器件的导电特性也会发生变化；当撤除外加电压后，导电状态可以保持一段时间，并且当施加反向电压时，器件的导电状态又可以还原，这分别对应于存储器件的写、读和擦过程。基于电双稳特性的存储器是半导体电子学领域中的重要电子器件。由于有机电双稳态器件的成本低、加工简单、膜层薄、柔软性好、功耗低，因此在数据存储方面显示出了无比优越性。另外因为有机存储器的膜层薄，因此可以层层堆积，每个堆积层可以独立地从周边电路或底电路寻址，提供了真正的三维(3D)存储技术，并大大提高了存储容量。此外，有机存储器不需要晶体管驱动，可以把周边电路做在存储器列阵的外边或下面，简化了存储器的设计与实施工艺，降低了成本。另外，永久性的存储能力和简单的驱动电路决定了有机存储器具有很低的功率损耗。目前使用到的有机/聚合物存储器的结构主要有二极管结构和场效应晶体管结构，其中二极管结构存储器相对具有结构简单，容易制备，而备受青睐。光电活性层使用到的材料主要有有机小分子，聚合物大分子，金属纳米粒子以及它们之间的共混体系等等。其中小分子材料由于需要使用到制造成本较高的热蒸镀工艺，材料浪费比较多，也难以实现大面积柔性存储，此外薄膜生长过程中往往会产生有毒的气氛，对于环境的影响不利。相对来说，聚合物体系可以使用低成本的溶液加工方法制备器件，甚至可以采用更为环保的醇或水溶液，避免了有毒溶剂的引入，有望实现大面积的柔性存储器件，在未来的便携式存储、大数据库、柔性显示、可穿戴电子等领域具有潜在的应用前景，具有很好的科学研究和产业开发价值。本专利技术所用到的光电活性材料主要是一些典型的光电聚合物，来自于商用或者实验室合成，通常应用于聚合物发光二极管和太阳能电池等器件之中。通过合适的器件结构设计，这些材料表现出很好的电双稳特性，在开关存储方面具有潜在的应用。器件的存储性能一方面依赖于光电活性聚合物的结构，另一方面也依赖于电极材料的选择，因此可以通过材料分子结构设计与合成以及器件结构设计，进一步改善器件的存储性能。与其它有机/聚合物光电器件相比，基于二极管结构的有机/聚合物存储器，器件结构更为简单，不需要更多的功能层，从而可以减小多层之间潜在的材料互溶问题，降低生产成本，也能减小材料和溶剂对于环境的影响；此外，单层器件也更容易在未来实现大面积印刷加工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其结构包括自下而上的衬底、底电极、空穴注入层、光电聚合物活性功能层以及顶电极，其中光电聚合物活性功能层选自MEH-PPV、PFO、P-PPV中的一种。进一步的，所述衬底选自玻璃、聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)中的一种，所述底电极为ITO，所述空穴注入层为PEDOT:PSS，所述顶电极选自Au、Ba、Al中的一种或其混合物。进一步的，所述底电极的厚度为50-300nm，空穴注入层的厚度为20-120nm，光电聚合物活性功能层的厚度为50-200nm，顶电极的厚度为50-300nm。优选的，所述顶电极包括位于最上层的厚度为40-250的Al及Al下面厚度为10-50nm的Ba。进一步的，所述底电极与顶电极交叉排列。上述单层聚合物电存储器的制备方法，包括以下步骤：(a)在衬底上制备ITO薄膜，接着光刻形成底电极，然后清洗干净；(b)在ITO电极上旋涂PEDOT:PSS溶液，干燥形成PEDOT:PSS薄膜；(c)在PEDOT:PSS薄膜上旋涂MEH-PPV溶液或PFO溶液或P-PPV溶液，干燥后形成光电子聚合物薄膜；(d)在光电子聚合物薄膜上制备与底电极交叉的顶电极。进一步的，步骤(a)中所述衬底为玻璃衬底或PET衬底或PI衬底，通过磁控溅射法或沉积法在衬底上形成ITO薄膜，接着将ITO薄膜光刻成设计尺寸的底电极，最后洗涤吹干并用臭氧等离子体处理。进一步的，步骤(b)中干燥温度为50-150℃，干燥时间0.5-3h；步骤(c)中干燥温度为50-200℃，干燥时间10-40min。进一步的，步骤(d)中采用蒸镀法在光电聚合物薄膜上制备金属顶电极，所述顶电极选自Au、Ba、Al中的一种或其混合物，蒸镀时的真空度为(1-5)×10-4Pa，金属的蒸发速率控制在0.2-2纳米/秒。进一步的，所述底电极的厚度为50-300nm，所述PEDOT:PSS薄膜的厚度为20-120nm，所述光电聚合物薄膜的厚度为50-200nm，所述顶电极的厚度为50-300nm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)采用MEH-PPV、PFO、P-PPV等光电聚合物薄膜作为光电活性功能层，并充分利用了溶液旋涂成膜工艺，整个制备过程工艺简单，节省了有机材料，降低了成本；(2)单层聚合物存储器可以很好的应用于未来的印刷加工工艺，实现大面积柔性存储；(3)所制备的电存储器件结构简单，具有优良的电双稳态特性、存储响应速度以及稳定性，其读写过程无论在高导态还是低导态都有较低的误读率；(4)所制备器件可以应用于各种便携式电子产品，在未来的便携式存储、大数据库、柔性显示、可穿戴电子等领域具有潜在的应用前景。附图说明图1为本专利技术聚合物电存储器的结构示意图。图2为本专利技术实施例1制备的聚合物电存储器的电流-电压扫描特性曲线图。图3为本专利技术实施例1制备的聚合物电存储器的数据读写过程的描述图。图4为本专利技术实施例2制备的聚合物电存储器的电流-电压扫描特性曲线图。图5为本专利技术实施例2制备的聚合物电存储器的数据读写过程的描述图。图6为本专利技术实施例3制备的聚合物电存储器的电流-电压扫描特性曲线图。图7为本专利技术实施例3制备的聚合物电存储器电流突变前后的电流电压关系描述图。图8为本专利技术实施例3制备的聚合物电存储器的“写入-读取-擦除-读取”循环次数的变化曲线图。图9为本专利技术实施例5制备的聚合物电存储器的电流-电压扫描特性曲线图。图10为本专利技术实施例8制备的聚合物电存储器8的电流-电压扫描特性曲线图。其中，1-玻璃衬底或者柔性衬底，2-ITO底电极，3-空穴注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其特征在于，该单层聚合物电存储器的结构包括自下而上的衬底、底电极、空穴注入层、光电聚合物活性功能层以及顶电极，其中光电聚合物活性功能层选自MEH‑PPV、PFO、P‑PPV中的一种。

【技术特征摘要】
1.基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其特征在于，该单层聚合物电存储器的结构包括自下而上的衬底、底电极、空穴注入层、光电聚合物活性功能层以及顶电极，其中光电聚合物活性功能层选自MEH-PPV、PFO、P-PPV中的一种。2.根据权利要求1所述的基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其特征在于：所述衬底选自玻璃、聚酯、聚酰亚胺中的一种，所述底电极为ITO，所述空穴注入层为PEDOT:PSS，所述顶电极选自Au、Ba、Al中的一种或其混合物。3.根据权利要求1所述的基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其特征在于：所述底电极的厚度为50-300nm，空穴注入层的厚度为20-120nm，光电聚合物活性功能层的厚度为50-200nm，顶电极的厚度为50-300nm。4.根据权利要求1所述的基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其特征在于：所述顶电极包括位于最上层的厚度为40-250nm的Al及Al下面厚度为10-50nm的Ba。5.根据权利要求1所述的基于电双稳特性的单层聚合物电存储器，其特征在于：所述底电极与顶电极交叉排列。6.基于电双稳特性的单层聚合物电存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)在衬底上制备ITO薄膜，接着光刻形成底电极，然后清洗干净；(b)...

【专利技术属性】
技术研发人员：石胜伟，李文婷，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42