一种基于芴酮衍生物小分子浮栅型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基于芴酮衍生物小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器及其制备方法，该存储器包括由下到上依次设置的衬底、栅电极、栅电极绝缘层、电荷捕获层、半导体层和源漏电极，其中电子捕获层是由芴酮衍生物小分子作为的浮栅层和高介电常数聚合物作为隧穿层和电荷阻挡层组成，本发明专利技术所述的场效应晶体管存储器利用结构简单的小分子材料作为浮栅层，实现了双极性存储性能，器件性能稳定，耐受性高，存储密度大，采用的加工工艺简单，可大面积制备，适用于柔性器件的制备，同时降低器件的生产成本，有利于有机场效应晶体管存储器的推广和应用。和应用。和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于芴酮衍生物小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机场效应晶体管存储器件领域，具体为一种基于芴酮衍生物小分子浮栅型双极性有机场效应晶体管存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于其低成本、易加工、大面积、高密度信息存储、单只晶体管驱动、非破坏性读取、易与电路集成等诸多优点，有机场效应晶体管非易失性存储器(OFETNVMs)被视为下一代存储器，并具有广阔应用前景。对于OFETNVMs来说，电荷捕获层材料电荷俘获和释放的能力是产生存储现象和提高读写擦循环次数以及维持时间的关键因素。根据其电荷捕获层材料的不同，OFETNVMs可分为：浮栅型、铁电型和聚合物介电型三类。在这些存储器中，浮栅型存储器可通过调控电荷俘获位点和隧穿层来调控操作电压和存储特性，成为一类广泛研究的存储器。
[0003]浮栅型OFETNVMs中，基于小分子作为浮栅层，相对于传统的聚合物、无机碳材料以及金属纳米粒子作为浮栅层具有明显的优势。小分子结构明确，性质稳定，并可根据需求来调整小分子的能带结构。基于小分子浮栅型OFETNVMs相对于传统连续浮栅型OFETNVMs相比，利用分子级别不连续浮栅层作为电荷存储层，增加存储密度和抑制漏电流，改善存储器的存储特性、维持时间和稳定性，同时减小绝缘层厚度，降低器件操作电压等参数。因此小分子浮栅型OFETNVMs具有显著的存储优势，获得了科学家和产业界的高度关注，具有良好的产业开发价值。但目前应用到小分子浮栅型场效应晶体管存储器的小分子材料较少，而且集中在单极性存储器中，很难通过一种小分子材料实现双极性高性能的存储。

技术实现思路

[0004]鉴于现有小分子浮栅型有机场效应晶体管中存在的上述问题，本专利技术提出一种基于具有优异的空穴和电子捕获能力的小分子材料的小分子浮栅型双极性有机场效应晶体管存储器，有效的解决了一种分子实现双极性存储和简化了器件制备工艺的问题，制备了双极性、高密度、高速度以及高稳定性和耐受性的存储器件，在存储领域显示出巨大的潜在价值。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案为：
[0006]本专利技术提供了一种基于芴酮衍生物小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器，该存储器包括由下到上依次设置的衬底、栅电极、栅电极绝缘层(即栅绝缘层)、电荷捕获层、半导体层和源漏电极，电子捕获层是由芴酮衍生物小分子和高介电常数聚合物组成的复合薄膜。两个源漏电极分别设置于半导体层上表面的两侧。
[0007]所述的芴酮衍生物小分子作为浮栅材料，具有存储电荷作用；高介电常数聚合物作为隧穿材料和电荷阻挡材料，具有隧穿和电荷阻挡作用。
[0008]进一步的，所述的一种芴酮衍生物小分子(TFO)，结构通式是：
[0009][0010]R1和R2分别为氢或具有1至15个碳原子的直链、支链或者环状烷基链；
[0011]所述高介电常数聚合物为聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮的一种或两种。
[0012]进一步的，以上所述的芴酮衍生物小分子TFO和高介电常数的聚合物分别配置5
‑
10mg/mL溶液，通过按照1：(1
‑
10)或2:1的体积比掺杂，在空气中通过旋涂的方式得到复合薄膜。
[0013]进一步的，所述的源漏电极材料为金属或有机半导体材料的一种，其厚度为50
‑
100nm；
[0014]所述的半导体层由P型有机半导体层材料或n型半导体材料制成；所述的P型有机半导体层材料为并五苯、并四苯、红荧烯、3
‑
己基噻吩、钛青铜或氟化钛青铜中的一种，所述n型半导体材料为C60，其厚度为35
‑
50nm；
[0015]所述的栅电极绝缘层材料为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮的一种，其厚度为50
‑
300nm；
[0016]所述的栅电极材料为高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽的一种；
[0017]所述的衬底材料为高掺杂硅片、玻璃或塑料PET的一种。
[0018]本专利技术还提供了上述有机场效应晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)选取一种芴酮衍生物(TFO)和高介电常数聚合物，利用加热或者超声使其充分溶解于甲苯中。24小时后，将TFO分别与高介电常数聚合物溶液按体积比掺杂得到混合溶液；
[0020](2)以重掺杂硅片作为衬底和栅电极，在重掺杂硅片上通过热生长制备栅绝缘层，衬底、栅电极和栅绝缘层组成了基片，清洗干净后烘干；
[0021](3)将步骤(2)中的干净基片照紫外线10分钟，再放置在旋涂仪的平台上，将转速调至2500
‑
3000rpm，滴上140微升的步骤(1)混合溶液，空气中旋涂25
‑
30s。将旋涂完的样品放置在80℃的真空干燥箱中退火处理30分钟，制得电荷捕获层，厚度为10
‑
30nm；
[0022](4)在烘干的电荷捕获层上真空蒸镀半导体层和源漏电极，即制得小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器。
[0023]进一步的，所述的真空蒸镀半导体层时的蒸镀速率为真空度在5*10
‑4‑
4*10
‑5；所述的源漏电极在蒸镀时，选取沟道长度L＝150微米、宽度W＝1500微米的电极掩模片，蒸发速率在真空度在5*10
‑4‑
4*10
‑5。
[0024]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术将小分子芴酮衍生物作为浮栅层应用到有机场效应晶体管存储中，提供了一张双极性、高密度、高速度以及高稳定性和耐受性的存储器件。与现有技术相比，具有以下优点：
[0025]1、本专利技术提供的一种简单的有机小分子，跟高介电常数聚合物共混，通过旋涂得到平整的复合薄膜，作为电荷捕获层，该方法工艺简单，成本低。
[0026]2、本专利技术提供的有机场效应晶体管存储器，不仅利用实现了双极性存储(87.1V)，且具有较高的迁移率(0.24cm
2 V
‑1S
‑1)和开关比(104)。
[0027]3、本专利技术提供的有机场效应晶体管存储器，实现了大的存储窗口，具有良好的存储稳定性和耐受性，在10000s测试后，均无明显的电荷泄露情况。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例的基于芴酮三聚芴的有机场效应晶体管存储器的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例1的基于芴酮三聚芴和高介电常数PS(TFO/PS)的复合薄膜的AFM照片；
[0030]图3为本专利技术实施例1的有机场效应晶体管存储器测试的转移特征曲线；
[0031]图4为本专利技术实施例2的有机场效应晶体管存储器测试的转移特征曲线；
[0032]图5为本专利技术实施例2的有机场效应晶体管存储器测试的正向存储窗口特征曲线；
[0033]图6为本专利技术实施例2的有机场效应晶体管存储器测试的负向存储窗口特征曲线；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于芴酮衍生物小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器，该存储器包括由下到上依次设置的衬底、栅电极、栅电极绝缘层、电荷捕获层、半导体层和源漏电极，其特征在于：电子捕获层是由芴酮衍生物小分子和高介电常数聚合物组成的复合薄膜。2.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述的芴酮衍生物小分子作为浮栅材料，高介电常数聚合物作为隧穿材料和电荷阻挡材料。3.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述的芴酮衍生物小分子，结构通式是：R1和R2分别为氢或具有1至15个碳原子的直链、支链或者环状烷基链；所述高介电常数聚合物为聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或两种。4.根据权利要求2所述的有机场效应晶体管存储器，其特征在于：以所述的芴酮衍生物小分子和高介电常数聚合物分别配置5
‑
10mg/mL溶液，芴酮衍生物小分子溶液与高介电常数聚合物溶液按照1：(1
‑
10)或2:1的体积比掺杂，在空气中通过旋涂的方式得到复合薄膜。5.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述的源漏电极的材料为金属或有机半导体材料的一种，其厚度为50
‑
100nm；所述的半导体层由P型有机半导体层材料或n型半导体材料制成；所述的P型有机半导体层材料为并五苯、并四苯、红荧烯、3
‑
己基噻吩、钛青铜或氟化钛青铜中的一种，所述n型半导体材料为C
60
；半导体层厚度为35
‑
50nm；所述的栅电极绝缘层的材料为二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉玉，刘一任，金展翔，许卫锋，凌海峰，周璐，解令海，
申请(专利权)人：南京工业职业技术大学，
类型：发明
国别省市：