一种n-型半导体插层并五苯有机场效应晶体管及应用制造技术

一种利用n

【技术实现步骤摘要】
一种n-型半导体插层并五苯有机场效应晶体管及应用


[0001]本专利技术属于有机半导体存储
，具体涉及一种利用n-型半导体插层提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法及应用。

技术介绍

[0002]过去二十几年来由于在从射频识别标签到柔性及大面积显示等领域的应用前景，基于有机场效应晶体管的非易失性电子器件获得了人们非常多的关注【1，2】。为了促进有机场效应器件的实际应用，人们在研究诸如p-型沟道材料，n-型沟道材料及聚合物等电荷俘获材料方面花费了大量的精力。作为最有潜力的p-型沟道材料之一，具有5个苯环的平面型分子结构的小分子半导体材料并五苯(pantacene)已经被广泛应用于有机半导体场效应器件的研究中。研究表明聚苯乙烯(PS),聚(2-乙烯基萘)(PVN)，聚α-甲基苯乙烯(PαMS)等作为电荷俘获介质的并五苯有机场效应晶体管在较高的工作电压下其转移特性曲线显示了大的存储窗口【3】。在以PαMS为电荷存储介质的并五苯有机场效应晶体管器件中Baeg等人使用200V/1μs的脉冲电压对器件开展了编程操作，并使用-100V/1μs的脉冲对器件开展了擦除操作【1】。在以苯乙烯-聚4-乙烯吡啶嵌段共聚物(PS-b-P4VP)为电荷俘获介质的并五苯有机场效应器件中，Leong等人使用-30V/1s的脉冲电压开展了编程操作，并使用100V/30s的脉冲开展了擦除操作【4】。以具有如此高的脉冲幅值或如此长的脉冲宽度的脉冲电压对并五苯有机场效应器件开展编程/擦除操作并不满足现代电子器件应用的工业标准。因此，至今为止以聚合物薄膜作为电荷俘获介质的并五苯有机场效应晶体管器件还没有得到实际应用。
[0003]针对以聚合物薄膜作为电荷俘获介质的并五苯有机场效应晶体管器件为背景，人们开展了多方面的基础研究。理论和实验研究结果【5，6】都表明，在并五苯/聚合物界面处的并五苯薄膜中靠近界面处存在与外界环境因素(如氢和氧气等)有关的带正电的缺陷，所带正电荷的体密度高达4
╳
10
18
cm-3
【7】。该带正电的缺陷层厚度约1.5nm，由于缺陷的形成该薄层已经不具有半导体特性。该薄层所带正电荷形成的电场方向指向p-型半导体并五苯薄膜，对并五苯薄膜中的空穴(hole)往聚合物薄膜中迁移起阻碍作用，此带正电的缺陷层起正电荷势垒的作用，该正电荷势垒的存在导致了以聚合物薄膜作为电荷俘获介质的并五苯有机场效应存储器件的高工作电压。
[0004]本专利技术小组CN2019113368508一种提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法，在结构为栅电极/绝缘层/聚合物介质薄膜/并五苯/源与漏电极的有机场效应晶体管器件中，聚合物介质和并五苯之间设置一n-型半导体薄膜过渡层；n-型半导体过渡层厚度为1-100nm；n-型半导体薄膜是结晶态薄膜、半晶态薄膜或者非晶态薄膜。通过n-型半导体过渡层中界面处的感生电子降低并五苯与电荷俘获介质界面处的空穴势垒高度，有效降低并五苯有机半导体晶体管的编程/擦除工作电压；通过n-型半导体过渡层中电离施主所形成的带正电的空间电荷区阻碍聚合物介质薄膜中被俘获的正电荷(空穴)逃逸到并五苯薄膜中，提高并五苯有机半导体晶体管器件的编程/擦除可靠性及数据保持能力，提升并五苯有
机场效应晶体管工作性能。
[0005]参考文献：
[0006]1.Baeg,K.,-J,Noh,Y.Y.,Ghim,J.,Kang,S.J.,Lee,H.Kim,D.Y.,Organic Non-volatile Memory Based on Pentancene Field-Effect Transistors Using a Polymeric Gate Electret.,Adv.Mater.18,3179-3183(2006).
[0007]2.Dimitrakopoulos,C.D.&Malenfant,P.R.Adv.Mater.14,99-117(2002).
[0008]3.Baeg,K.,J.,Noh Y.Y.,Ghim J.,Lim B.,Kim D.Y.,Polarity Effects of Polymer Gate Electrets on Non-Volatile Organic Field-Effect Transistor Memory,Adv.Funct.Mater.18,3678-3685(2008).
[0009]4.Leong,W.L.,Mathews,N.,Mhaisalkar,S.,Lam Y.M.,Chen,T.,Lee,S.,Micellar poly(styrene-b-4-vinypyridine)-nanoparticle hybrid system for non-volatile organic transistor memory,J.Mater.Chem.19,7354-7361(2009).
[0010]5.Knipp,D,Street,R.A.,Volkel,A.and Ho,J.,Pentacene thin film transistors on inorganic dielectrics:Morphology,structural properties,and electronic transport,J.Appl.Phys.93,347-355(2003).
[0011]6.Northrup J.E.,Chabinyc M.L.,Gap states in organic semiconductors:Hydrogen-and Oxygen-induced states in pentacene,Phys.Rev.B 68,041202(R):1-4(2003).
[0012]7.Kalb,W.L.,Mattenberger,K.and Batlogg,B.,Oxygen-related traps in pentacene thin films:Energetic position and implications for transistor performance,Phys.Rev.B,78,035334:1-11(2008).

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于，针对上述问题，本专利技术提出一种利用n-型半导体插层提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法，促进其实际应用。在CN201911336850.8的中国专利技术专利提出了一种在并五苯/聚合物界面引入n-型半导体过渡层来提升并五苯有机场效应晶体管存储器件性能的方法。在其基础之上，再提出通过n-型半导体间接插层来提升并五苯有机场效应晶体管存储器件性能的方法。
[0014]本专利技术的技术方案是，一种在聚合物/绝缘层界面引入n-型半导体插层提升并五苯有机场效应晶体管存储器件性能的方法，传统的有机场效应晶体管器件的结构为：栅电极/绝缘层/聚合物介质薄膜/并五苯/源(漏)电极；本专利技术在绝缘层和聚合物介质薄膜之间增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用n-型半导体插层提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法，有机场效应晶体管器件的结构为底栅型：从下到上分别是栅电极/绝缘层/聚合物介质薄膜/并五苯/源(漏)电极；有机场效应晶体管器件的结构或为顶栅型，从下到上分别是源(漏)电极/并五苯/聚合物介质薄膜/绝缘层/栅电极，其特征在于，在绝缘层和聚合物介质薄膜之间增加一n-型半导体薄膜插层；栅电极为电阻率小于0.005Ω
·
㎝
的导体，绝缘层介质为绝缘体，n-型半导体薄膜是n-型无机半导体薄膜或n-型有机半导体薄膜；聚合物介质薄膜为电荷俘获介质，厚度为1-100nm；并五苯厚度为1-100nm；源漏电极厚度为50-200nm。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，n-型半导体薄膜为n-型无机半导体薄膜，包括硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、铟镓锌氧化物(IGZO)，或缺氧的氧化物薄膜，或缺氧的复合氧化物薄膜，如TiO
1-δ
,ZrHfO
2-δ
等；制备方法包括磁控溅射法，热蒸发方法，或电子束蒸发方法，其厚度范围为1-200nm，是结晶态薄膜或非晶态薄膜。3.n-型半导体薄膜是n-型有机半导体薄膜，具体分为n-型小分子薄膜和n-型聚合物薄膜，如N-N
”-
二3-正戊烷基-3,4,9,10-苝二酰亚胺(PTCDI-C13)、N-N
”-
二正十三烷基-3,4,9,10-苝二酰亚胺(EP-PDI)、N-N
”-
二苯基-1,4,5,8-奈二酰亚胺(NDI)等，但不限于上述几种有机薄膜；n-型半导体薄膜是结晶态薄膜、半晶态薄膜或者非晶态薄膜。4.根据权利要求3所述n-型有机半导体薄膜，其特征在于，n-型有机半导体薄膜制备方法包括溶液方法，如甩胶法(spin-coating)、溶胶-凝胶法(sol-gel)、喷涂法(spray)或丝网印刷法(silk-screen printing)，喷墨打印法(ink-je...

【专利技术属性】
技术研发人员：康利民，王一如，殷江，夏奕东，刘治国，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：