半导体型驻极体材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种半导体型驻极体材料、制备方法及应用。由于绝缘驻极体与半导体能级不匹配，基于电荷捕获的存储器往往在高电压、加热的条件下通过较长时间才能将电子由半导体注入到绝缘驻极体。本方法使用臭氧联合氧等离子体的方式处理n型半导体材料，令n型半导体材料被氧化形成羰基，得到电学性能退化且具有电荷存储能力的半导体型驻极体材料。通过该方法获得的半导体型驻极体材料，能级仍属于半导体，因而与绝缘驻极体/半导体界面相比，半导体型驻极体/半导体界面能级更加匹配，注入电荷更加容易；相较于半导体，半导体型驻极体电导率低得多，表面电位衰减变缓，介电常数增高，介电损耗降低，具有强大的电荷存储能力。具有强大的电荷存储能力。具有强大的电荷存储能力。

【技术实现步骤摘要】
半导体型驻极体材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种半导体型驻极体材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]驻极体，指具有准永久局域态（陷阱）的电介质绝缘材料，被广泛用于晶体管、能量采集器、纳米发电机、麦克风和过滤器。然而，由于绝缘驻极体材料的带隙很宽，因而与半导体之间的界面能级不匹配。这种巨大的能量偏移不利于电荷存储和电荷转移，限制了绝缘驻极体在存储器方面的应用。因此，需要通过有效的办法获得半导体型驻极体材料，令其能与半导体材料能级匹配，将其应用于存储器等领域。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种半导体型驻极体材料、制备方法及应用，利用n型半导体获得n型驻极体，解决现有技术中绝缘驻极体与半导体能级不匹配的问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：提供一种半导体型驻极体材料制备方法，所述方法包括：使用臭氧方式或臭氧联合氧等离子体方式处理n型半导体材料，令n型半导体材料被氧化形成羰基，得到电学性能退化且具有电荷存储能力的半导体型驻极体材料。
[0005]进一步地，所述n型半导体材料包括C8‑
PTCDI、Br
‑
NDI、PC
71
BM。
[0006]进一步地，所述n型半导体材料包括薄膜、粉末、压片。
[0007]一种情况下，所述n型半导体材料为薄膜时，使用臭氧方式处理，连续处理时间不超过2h。
[0008]另一种情况下，所述n型半导体材料为粉末时，使用臭氧方式处理，连续处理时间不超过2h。
[0009]另一种情况下，所述n型半导体材料为压片时，使用臭氧联合氧等离子体方式，具体为：先对材料颗粒或粉末用臭氧方式处理不超过24 h；压片后，用30 Pa的氧等离子体方式分别对压片的正面、反面各处理不超过1 h。
[0010]另一方面，提供如所述的方法制备的半导体型驻极体材料。
[0011]另一方面，提供如所述的半导体型驻极体材料的应用，所述半导体型驻极体材料用于制造光响应存储器。
[0012]另一方面，提供如所述的半导体型驻极体材料的应用，所述半导体型驻极体材料用于制造人工突触。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供了一种利用n型半导体获得n型驻极体的方法，通过该方法获得的半导体型驻极体材料，能级仍属于半导体，因而与绝缘驻极体/半导体界面相比，半导体型驻极
体/半导体界面能级更加匹配；相较于半导体，半导体型驻极体电导率低得多（电子迁移率低），表面电位衰减变缓，介电常数增高，介电损耗降低，具有强大的电荷存储能力。与其他存储器（如阻变式存储器、闪存等）相比，基于该半导体型驻极体材料的存储器，其电荷密度高达7.47
×
10
12 cm
‑2，存储窗口宽（109 V），存储开关比为106，器件具有良好的稳定性。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
[0015]图1为本专利技术方法图（包括器件结构、材料分子结构、产生机理、应用图）。
[0016]图2为晶体管存储器窗口电压。（包括：（a）C8‑
BTBT/C8‑
PTCDI；（b）C8‑
BTBT/C8‑
PTCDI（D）；（c）C8‑
BTBT/PC
71
BM；（d）C8‑
BTBT/PC
71
BM（D）；（e）C8‑
BTBT/Br
‑
NDI；（f）C8‑
BTBT/Br
‑
NDI（D）。）图3为C8‑
PTCDI和C8‑
PTCDI（D）紫外光电子能谱图。（C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图4为C8‑
PTCDI和C8‑
PTCDI（D）紫外
‑
可见吸收光谱图。（C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图5为迁移率统计图。（本专利技术用C8‑
PTCDI（D）掺杂C8‑
BTBT晶体管，迁移率变大。C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图6为半导体C8‑
PTCDI、 n型驻极体C8‑
PTCDI（D）、以及传统绝缘驻极体PαMS表面电位衰减的实验和模拟结果。（C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图7为半导体C8‑
PTCDI、 n型驻极体C8‑
PTCDI（D）、以及传统绝缘驻极体PαMS室温下的介电频谱。（a 为ε
′
(ε
′
为复介电常数实部，ε
′
与材料存储电荷能力有关)，b为ε
″
(ε
″
为复介电常数虚部，与材料的损耗有关) 。）图8为n型驻极体C8‑
PTCDI（D）静电吸附图。C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。
[0017]图9为C8‑
BTBT和C8‑
BTBT/C8‑
PTCDI（D）薄膜在波长365nm处激发的荧光光谱。（C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图10为施加V
gs
和光照1秒后，C8‑
BTBT/C8‑
PTCDI（D）薄膜的表面电位图。（C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图11为 C8‑
PTCDI晶体管和C8‑
PTCDI（D）晶体管的转移曲线。（C8‑
PTCDI（D）由C8‑
PTCDI氧化而来，包括：空气氧化，空气退火氧化、臭氧、氧等离子体。）图12为C8‑
PTCDI晶体管和C8‑
PTCDI（D）晶体管温度依赖曲线。（目的是计算两种材料的活化能。C8‑
PTCDI（D）表示氧化C8‑
PTCDI。）图13 为用臭氧处理0
‑
10小时（间隔2小时）的半导体C8‑
PTCDI薄膜的红外吸收光谱。（臭氧处理半导体C8‑
PTCDI后变成C8‑
PTCDI（D）。）图14为从表面电位衰减测量中提取的关于半导体C8‑
PTCDI、n型驻极体C8‑
PTCDI（D）、以及传统绝缘驻极体PαMS的缺陷能级
‑
被缺陷捕获的电荷密度分布图。
[0018]图15为n型驻极体相比于半导体和传统绝缘驻极体材料的优势示意图。（（a）充电：
由于半导体和传统绝缘驻极体能级不匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.半导体型驻极体材料制备方法，其特征在于：所述方法包括：使用臭氧方式或臭氧联合氧等离子体方式处理n型半导体材料，令n型半导体材料被氧化形成羰基，得到电学性能退化且具有电荷存储能力的半导体型驻极体材料。2.根据权利要求1所述的半导体型驻极体材料制备方法，其特征在于：所述n型半导体材料包括C8‑
PTCDI、Br
‑
NDI、PC
71
BM。3.根据权利要求2所述的半导体型驻极体材料制备方法，其特征在于：所述n型半导体材料包括薄膜、粉末、压片。4.根据权利要求3所述的半导体型驻极体材料制备方法，其特征在于：所述n型半导体材料为薄膜时，使用臭氧方式处理，连续处理时间不超过2h。5.根据权利要求3所述的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁广昊，李东藩，卜腊菊，
申请(专利权)人：陕西谱光微视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：