纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器及制法制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器及其制备方法，存储器由上至下依次包括源漏电极、有机半导体层、栅绝缘层和衬底，有机半导体层和栅绝缘层之间设有电荷存储层，电荷存储层为具有高介电常数的聚合物溶液通过旋涂调控而得到的纳米薄膜，纳米薄膜表面为纳米阵列与隧道结构共存的的结构，电荷存储层的厚度为10~30nm；制备方法采用旋涂溶液加工法制备。本发明专利技术通过简单的调节旋涂转速便可调控纳米整列与隧道结构的薄膜形貌，实现了大存储容量，高迁移率和开关比，存储器件具有电子和空穴双重俘获能力并具有较大的存储窗口和优异的光电协同效应，价格低廉且节约成本，便于推广及集成商业化应用。便于推广及集成商业化应用。便于推广及集成商业化应用。

【技术实现步骤摘要】
纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器及制法


[0001]本专利技术涉及有机场效应晶体管存储器，尤其涉及一种纳米阵列与隧道结构共存的有机场效应晶体管存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在大数据人工智能时代，大量的信息存储及高速传输迫切需要解决。有机场效应晶体管(OFET)存储器件以其无损读取、易于集成、与现有CMOS兼容等优点成为研究的热点进程。用于OFET存储设备，存储窗口，读写擦循环，电流开关比和维持时间是区分内存级别的关键参数，决定了系统的可靠性记忆。电荷俘获材料通常通过电场力注入和释放电荷，迄今为止，随着研究的快速发展，大量的研究表明光可以独立操作也可作为完全或部分地替代电操作。轻-操作存储器在节能、有效消除可重写特性的数据以及作为光传感器的扩展应用方面具有显著的优势。在以往的研究中，已经开发了分离和有序电荷捕获阵列，如热蒸发、单分子自组装、电子印刷等。然而，这些方法在实际应用中也面临着成本高、效率低、制造过程复杂等问题。
[0003]目前基于有机场效应晶体管的结构分为浮栅型，驻极体和铁电型。其中，电荷存储层的表面形貌能够显著影响存储器的性能，现有的形貌主要以单一的纳米阵列或纳米孔结构为主，造成了如存储密度，高传输速度，多阶存储，光电协同调控等多项性能提高不显著的问题，特别是不能实现电子和空穴的双重俘获，且现有的电荷存储层表面形貌调控复杂，不利于推进有机场效应晶体管非易失存储器的研究进程。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种采用溶液加工法获得纳米阵列和隧道结构同时存在的有机场效应晶体管存储器；本专利技术的第二目的在于提供一种上述有机场效应晶体管存储器的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术的纳米阵列与隧道结构共存的有机场效应晶体管存储器，由上至下依次包括源漏电极、有机半导体层、栅绝缘层和衬底，所述有机半导体层和栅绝缘层之间设有电荷存储层，所述的电荷存储层为具有高介电常数的聚合物溶液通过旋涂调控而得到的纳米薄膜，纳米薄膜表面为纳米阵列与隧道结构共存的结构，所述电荷存储层的厚度为10～30nm。
[0006]其中，纳米阵列与隧道结构共存的形貌的形成主要由溶剂以及旋涂的旋转速度共同决定；它的尺寸和分布密度与溶剂的挥发速度、湿空气的速度、温度和温度等密切相关，受空气湿度、温度等因素的影响，因此选择只改变溶剂的挥发速度来控制孔径的形貌；对于溶液旋涂工艺，旋转速度是决定多孔膜孔径和纳米阵列尺寸的关键，旋涂仪转速越高，基体转速越快，溶剂在基体上的挥发速度越快，孔径和纳米柱尺寸越小；优选的具有高介电常数的聚合物溶液为聚(4-乙基苯酚)溶于乙酸乙酯中形成，聚合物溶液的浓度为3～5mg/mL，转速越高，基片上乙酸乙酯溶液挥发越快，基片表面急剧冷却，聚(4-乙烯基苯酚)薄膜表面冷
凝的水滴不能稳定地保持大尺寸的形状，所以剩余的微孔越小，由于低沸点溶剂快速蒸发时，液体表面温度降低，潮湿空气在溶液表面冷却，形成单分散水滴，然后沉入聚合物中，当溶剂和水被去除时，水滴留下的印记是中空的，形成聚合物多孔阵列。对于纳米柱，由于转速的影响，在离心力的作用下，由于大部分溶液被甩出基质，剩下的是吸附在基体上的一层，因为聚(4-乙烯基苯酚)易溶于乙酸乙酯，而且由于乙酸乙酯的挥发性，溶剂迅速挥发，溶解在乙酸乙酯中的聚(4-乙烯基苯酚)溶质迅速沉淀并聚集在基体表面，形成均匀的纳米阵列，结果表明，薄膜厚度与转速密切相关，总体呈负相关，这也表明，随着转速的增加，纳米柱的堆积越来越少，纳米柱的尺寸也越来越小。
[0007]进一步地，纳米柱排列形成纳米阵列，纳米孔形成隧道结构，纳米柱之间的间距为335～345nm，纳米孔的孔半径为44～45nm，纳米孔的深度为3.5～4nm，比常见的纳米阵列和纳米孔结构分别存在的存储器件，具有纳米阵列与隧道结构共存形貌的器件可以有效提升电荷的存储密度和载流子迁移率，而且形成的纳米薄膜能够同时作为空穴和电子存储层，具有双极型存储能力并具有较大的正负向存储窗口。
[0008]进一步地，所述源漏电极选自金属或有机导体材料，源漏电极的厚度为90～110nm。
[0009]进一步地，所述的有机半导体层的材料选自并五苯、并四苯、并三苯、酞菁铜、氟化酞菁铜以及红荧烯的任一种，有机半导体层的厚度为30～50nm。
[0010]进一步地，栅绝缘层采用的材料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯和聚乙烯吡咯烷酮中的任一种，栅绝缘层的厚度为50～300nm。
[0011]进一步地，所述的衬底采用高掺杂硅片、玻璃片或PET膜。
[0012]进一步地，所述衬底上还设有栅电极，所述栅电极的材料为高掺杂硅、铜、金、铝、银、钛以及钽中的任一种。
[0013]本专利技术还保护一种纳米阵列与隧道结构共存的有机场效应晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：
[0014]第一步：将聚(4-乙基苯酚)溶于乙酸乙酯中，控制浓度为3～5mg/mL，加热使其完全溶解并静置，配制得到电荷存储层材料溶液；
[0015]第二步：已衬底材料作为基底，并在其上形成栅电极和栅绝缘层，并依次经过丙酮、乙醇、去离子水清洗并烘干；
[0016]第三步：将烘干处理后洁净的基底放置紫外臭氧处理3～5min；
[0017]第四步：在第三步处理后的基片上旋涂第一步配制的电荷存储层材料溶液，调控转速1000～3000r/min，匀速旋转25～35s，将旋涂好的样品放置在70～90℃的烘箱内20～40min，去除多余溶剂；
[0018]第五步：在第四步制备好样品的电荷存储层上真空蒸镀有机半导体层和源漏电极。
[0019]进一步地，所述第五步中，真空蒸镀的有机半导体层和源漏电极的蒸镀速率为真空度控制在4
×
10-4
～5
×
10-4
pa，
[0020]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著优点：1、本专利技术的电荷存储层具有可调的纳米阵列和隧道结构共存的纳米薄膜形貌，使得存储器件具有电子和空穴双重俘获能力并具有较大的存储窗口和优异的光电协同效应，高密度的纳米阵列和隧道结构共存
实现了清晰的电流分辨能力，实现了四阶存储提升了单个存储器件的存储密度并具有良好的维持能力；2、本专利技术在较低的操作电压条件之下即可出现较高的电流开关比，具有很好的晶体管性能；3、本专利技术所提供的有机场效应晶体管存储器具有四阶存储，一百次读写擦循环测试稳定，一万秒维持时间测试无明显的电荷泄漏情况，还具有较低的阈值电压(-1.7V)，较高的载流子迁移率(0.7cm2V-1
s-1
)和高开关比(大于104)；4、本专利技术所提供的有机场效应晶体管存储器能够光电共同调控存储状态，实现红绿蓝三通道光加密；5、本专利技术所提供的有机场效应晶体管存储器制备工艺简单，价格低廉，可大面积制备调控薄膜相貌。
附图说明
[0021]图1为本发有机场效应晶体管存储器的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器，由上至下依次包括源漏电极(1)、有机半导体层(2)、栅绝缘层(4)和衬底(5)，其特征在于：所述有机半导体层(2)和栅绝缘层(4)之间设有电荷存储层(3)，所述的电荷存储层(3)为具有高介电常数的聚合物溶液通过旋涂调控而得到的纳米薄膜，纳米薄膜表面为纳米阵列与隧道结构共存的结构，所述电荷存储层(3)的厚度为10～30nm。2.根据权利要求1所述的纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述的具有高介电常数的聚合物溶液为聚(4-乙基苯酚)溶于乙酸乙酯中形成，聚合物溶液的浓度为3～5mg/mL。3.根据权利要求1所述的纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述纳米阵列由纳米柱排列形成，所述隧道结构由纳米孔形成，纳米柱之间的间距为335～345nm，纳米孔的孔半径为44～45nm，纳米孔的深度为3.5～4nm。4.根据权利要求1所述的纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述源漏电极(1)选自金属或有机导体材料，源漏电极的厚度为90～110nm。5.根据权利要求1所述的纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述的有机半导体层(2)的材料选自并五苯、并四苯、并三苯、酞菁铜、氟化酞菁铜以及红荧烯的任一种，有机半导体层的厚度为30～50nm。6.根据权利要求1所述的纳米阵列与隧道结构共存有机场效应晶体管存储器，其特征在于：栅绝缘层(4)采用的材料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯和聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：仪明东，曹克阳，李佳钰，陈叶，钱扬周，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：