一种提升抗疲劳特性的并五苯有机场效应晶体管制造技术

一种提升抗疲劳特性的并五苯有机场效应晶体管，在并五苯有机场效应晶体管结构中设置有n

【技术实现步骤摘要】
一种提升抗疲劳特性的并五苯有机场效应晶体管


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种提升抗疲劳特性的并五苯有机场效应晶体管。

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(pentacene)已经被广泛应用于有机半导体场效应器件的结构研究中。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存储器件上应用在很高的工作电压下其转移特性曲线显示了很大的存储窗口【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
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聚4
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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
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30V/1s的脉冲开展了编程操作，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【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的并五苯晶界处存在与外界环境(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
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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]本专利技术小组中国专利技术专利申请，CN201911336850.8，一种提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法及美国专利技术专利申请，20255CJH，A METHOD FOR ENHANCINGTHE PERFORMANCE OF PENTACENE ORGANIC FIELD
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EFFECT TRANSISTOR AND THESTRUCTURE OF PENTACENCE ORGANIC FIELD
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EFFECT TRANSISTOR，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
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型半导体薄膜过渡层；n
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型半导体过渡层厚度为1
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100nm； n
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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
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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
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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]本专利技术小组中国专利技术专利申请，CN202011153410.1一种n
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型半导体插层并五苯有机场效应晶体管及应用，及美国专利技术专利申请，20256CJH，APENTACENEORGANICFIELD
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EFFECTTRANSISTORWITHN
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TYPESEMICONDUCTORINTERLAYERANDITSAPPLICATION，提升并五苯有机场效应晶体管存储器件性能的方法，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/源与漏电极；有机场效应晶体管器件的结构或为顶栅型，从下到上分别是源与漏电极/并五苯/聚合物介质薄膜/绝缘层/栅电极，在聚合物介质薄膜和并五苯之间增加一层n
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型半导体薄膜为过渡层；n
‑
型半导体薄膜是n
‑
型无机半导体薄膜，n
‑
型有机半导体薄膜，厚度为1
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100nm。并五苯厚度为1
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100nm；源漏电极厚度为50
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200nm。n
‑
型半导体薄膜是n
‑
型半导体薄膜，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)；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；
[0006]通过n
‑
型半导体插层中界面处的感生电子降低并五苯与聚合物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；通过调节n
‑
型半导体插层中n
‑
型载流子数量调节并五苯与聚合物介质界面处的空穴势垒高度至合理的范围，使并五苯有机场效应晶体管器件具有较低的工作电压，较快的编程/擦除速度，良好的编程/擦除可靠性及数据保持能力，从而提升并五苯有机场效应晶体管的工作性能。
[0007]在以聚合物驻极体作为电荷俘获介质的并五苯OFET存储器件中，编程操作过程中空穴在负栅压所产生电场驱动下越过界面势垒从并五苯进入聚合物驻极体中，并被其中的浅能级及深能级陷阱捕获，被束缚在聚合物中，此时器件的转移特性曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升抗疲劳特性的并五苯有机场效应晶体管，其特征是，在并五苯有机场效应晶体管结构中设置有n
‑
型半导体层及具有浅能级陷阱的电荷俘获层；器件具有底栅型结构：从下到上分别是栅电极/栅绝缘层/n
‑
型半导体薄膜/具有浅能级陷阱的电荷俘获介质层/隧穿层/并五苯/源(漏)电极；栅电极为导体，电阻率在0.1
‑
0.001Ω
·
㎝
之间；栅绝缘层介质薄膜为绝缘体，厚度范围为5
‑
150nm；n
‑
型半导体薄膜层的厚度为1
‑
200nm；具有浅能级空穴陷阱的电荷俘获介质层，厚度为1
‑
100nm；隧穿层为绝缘体，厚度范围为1
‑
20nm；并五苯厚度范围为1
‑
100nm；源漏电极为导体，电阻率在0.1
‑
0.001Ω
·
㎝
之间，厚度范围为50
‑
200nm；栅电极为导体，电阻率在0.1
‑
0.001Ω
·
㎝
之间；栅绝缘层介质薄膜为绝缘体，厚度范围为5
‑
150nm；n
‑
型半导体薄膜的厚度为1
‑
200nm；具有浅能级空穴陷阱的电荷俘获介质，厚度为1
‑
100nm；隧穿层为绝缘体，厚度范围为1
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20nm；并五苯厚度范围为1
‑
100nm；源漏电极为导体，电阻率在0.1
‑
0.001Ω
·
㎝
之间，厚度范围为50
‑
200nm；或器件具有顶栅型结构，从下到上分别是源(漏)电极/并五苯/隧穿层/具有浅能级空穴陷阱电荷俘获介质/n
‑
型半导体薄膜/栅绝缘层/栅电极；栅电极是金属、导电氮化物或导电氧化物材料；底栅型场效应晶体管的栅电极是n
‑
型重掺高导硅或者p
‑
型重掺高导硅等半导体材料；底栅型场效应晶体管的栅电极还可以是柔性的带导电涂层的基板；栅绝缘层介质薄膜是二氧化硅、氧化铝等绝缘体，阻挡被n
‑
型半导体薄膜俘获的电荷逃逸到栅电极；栅绝缘层介质薄膜是聚合物绝缘体，包括PMMA、P(VDF
‑
TrFE)。2.根据权利要求1所述的晶体管，其特征是，n
‑
型半导体薄膜提供可以移动的n
‑
型载流子(电子)；基于静电感应效应，通过n
‑
型半导体中靠近绝缘层界面处的感生电子降低并五苯与绝缘层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；n
‑
型半导体薄膜为n
‑
型无机半导体薄膜，包括硒化锌(ZnSe1‑
x
)、或硫化锌(ZnS1‑
x
)、或氧化锌(ZnO1‑
x
)，x在0.001
‑
0.5之间，或是铟镓锌氧化物(IGZO)，或缺氧的氧化物薄膜，或是缺氧的复合氧化物薄膜、包括ZrHfO2‑
δ
，或金属氮氧化物、包括TiO
x
N
y
；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；n
‑
型半导体薄膜或是n
‑
型有机小分子半导体薄膜，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
‑
型半导体薄膜是结晶态薄膜、半晶态薄膜或者非晶态薄膜；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)，或喷涂法(spray)，或丝网印刷法(silk
‑
screen printing)，喷墨打印法(ink
‑
jetting)等，或热蒸发方法；其厚度范围为1
‑
100nm。3.根据权利要求1所述的晶体管，其特征是，所述n
‑
型半导体薄膜还可以为两种n
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型半导体复合结构薄膜；是在n
‑
型有机半导体薄膜表面再制备一层n
‑
型无机半导体薄膜，或在n
‑
型有机半导体薄膜表面再制备一层n
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型无机半导体薄膜；复合结构薄膜中n
‑
型有机半导体薄膜的厚度范围为0.5
‑
60nm，n
‑
型无机半导体薄膜的厚度范围为0.5
‑
60nm，但是复合结构薄膜的厚度范围为1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于天鹏，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：