基于芴基小分子的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一种基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器及其制备方法，属于信息存储技术领域。该存储器的电荷捕获层是由芴基小分子材料3Ph

【技术实现步骤摘要】
基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及信息存储
，具体涉及一种基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]人类社会的进步与发展，离不开对先进材料与技术的不断探索与应用。目前，我们正处在信息爆炸式增长的大数据时代，并将逐步进入人工智能时代。有机电子材料已经成为现代工业和高新技术发展所需的重要基石，亦是高新产业以及国家安全不可或缺的重要保证。自1986年日本科学家Tsumura报道了第一个有机场效应晶体管(OFET)以来，关于有机电子产业的研究在国际上备受关注。OFET非易失性存储器是在半导体沟道和栅极之间增加一个电荷捕获层来控制电荷的俘获和释放、从而实现数据的写入和读出的器件。相比于传统的无机场效应晶体管存储器而言，OFET非易失性存储器具有性能优越、生产成本低廉、投资规模小、绿色环保等特点，是下一代信息技术的理想存储器之一。
[0003]电荷捕获层材料俘获和释放电荷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。聚合物材料，如共轭聚合物、聚合物复合物等已被广泛作用电荷俘获层材料并成功应用于OFET非易失性存储器中，但是聚合物分子量聚合度低、结构不明确等特点极易导致器件的制备难度增加，容易造成薄膜介质缺陷，并且聚合物链在薄膜中的堆积形态复杂，导致薄膜内部的电荷传导机理无法明确。相对而言，以小分子材料作为介电材料则更有利于存储机理的解释，且能够通过分子设计，在有效抑制电荷泄漏的同时提升电荷存储密度。此外，有机小分子材料还具备易于合成、电子结构明确、带隙可调等优点，因而近年来在该领域备受关注。但是，现有的应用到场效应晶体管存储器中的小分子材料比较少，且多集中在单极性存储中，很难实现双极性高性能存储。
[0004]为了解决上述问题，本领域技术人员尝试基于结构稳定的芴基小分子材料制备出了一类高性能的场效应晶体管器件，如中国专利CN 115249767 A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，其利用芴酮衍生物小分子(TFO)解决了一种分子实现双极性存储和简化器件制备工艺的问题，但是其存在的不足之处在于，该小分子材料的刚性较低，空间位阻低，将其应用到场效应晶体管存储器中后，其空穴捕获能力和电子捕获能力还有待进一步提升。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于芴基小分子材料3Ph
‑
TrH的有机场效应晶体管存储器及其制备方法，该小分子材料为H型结构，两侧双螺环结构的引入有效增加了空间位阻，将其作为存储器的电荷捕获层应用到OFET存储器件中后，可抑制电荷泄漏，具有优异的空穴捕获能力和电子捕获能力，该存储器不仅实现了双极性存储，且具有较高的迁移率和超过105的开关比，维持性能较高。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种基于芴基小
分子的有机场效应晶体管存储器，包括由下至上依次设置的衬底、栅电极、栅电极绝缘层、电荷捕获层、半导体层和源漏电极，电荷捕获层是由芴基小分子材料3Ph
‑
TrH通过溶液加工的方式制成的单一薄膜构成，3Ph
‑
TrH的结构式如下：
[0007][0008]进一步地，该存储器实现了双极性存储，迁移率达到0.35cm2V
‑1s
‑1，开关比超过105。
[0009]上述基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器的制备方法如下：
[0010]1)将芴基小分子3Ph
‑
TrH溶于有机溶剂中，加热或超声，静置一夜；
[0011]2)衬底、栅电极和栅绝缘层构成基片，预处理基片并将其置于紫外臭氧机中处理；
[0012]3)将步骤1)中制得的3Ph
‑
TrH溶液旋涂在经步骤2)处理过的基片上，退火处理后获得电荷俘获层；
[0013]4)在电荷俘获层上依次真空蒸镀出半导体层和源漏电极。
[0014]进一步地，步骤4)中，真空蒸镀有机半导体层的蒸镀速率为真空度控制在6*10
‑5pa
‑
6*10
‑4pa；真空蒸镀源漏电极的速率真空度控制在6*10
‑5pa
‑
6*10
‑4pa。
[0015]进一步地，步骤1)中所述有机溶剂为甲苯，3Ph
‑
TrH溶于有机溶剂中制成的溶液浓度为3
‑
5mg/mL。
[0016]进一步地，栅电极的材质为高掺杂硅片、铝、铜、金、银的一种；栅绝缘层的材质为二氧化硅、氧化铝、聚苯乙烯的一种，栅绝缘层的厚度为50
‑
300nm。
[0017]进一步地，步骤3)制得的电荷俘获层的厚度为10
‑
30nm。
[0018]进一步地，有机半导体层的材质为并五苯、并四苯、酞菁铜、氟化酞菁铜、红荧烯、并三苯、3
‑
己基噻吩中的一种，有机半导体层薄膜蒸镀在电荷捕获层表面，有机半导体层的厚度为30
‑
50nm。
[0019]进一步地，源电极和漏电极的材质为金属或有机半导体材料，源电极和漏电极的厚度为50
‑
100nm，源电极和漏电极之间为有机半导体导电沟道。
[0020]本专利技术的有益效果为：
[0021]1、本申请合成一种新的芴基小分子材料3Ph
‑
TrH，其内的螺环刚性结构赋予了材料较高的稳定性并能有效增加空间位阻，为提高器件性能提供了可能，后续通过热重分析也证实了该类分子具有良好的热稳定性和电化学稳定性；
[0022]2、将本申请公开的芴基小分子材料3Ph
‑
TrH作为电荷捕获层应用到有机场效应晶体管存储器件中后，由于材料内的螺环结构的作用，可有效抑制电荷泄漏，使得电荷俘获层具备优异的空穴捕获能力和电子捕获能力，本申请制得的存储器件表现出了双极性存储、高开关比、高稳定性、良好耐受性等优异性能；
[0023]3、本申请制得的单分子薄膜器件不仅实现了双极性存储(42.8V)、且具有较高的迁移率(0.35cm2V
‑1s
‑1)、开关比超过105，维持性能较高；
[0024]4、本申请公开的有机场效应晶体管存储器的器件结构较为简单，综合采用退火、旋涂成膜、蒸镀等常规工艺制备完成，其中的电荷俘获层采用溶液加工的方法制成，不仅能有效简化制备工艺且能降低生产成本，更有利于此类有机存储器件在未来进行商业化推广。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备得到的芴基小分子3Ph
‑
TrH的氢谱图；
[0026]图2为实施例1制备得到的芴基小分子3Ph
‑
TrH的碳谱图；
[0027]图3为实施例1制备得到的芴基小分子3Ph
‑
TrH的热失重曲线；
[0028]图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器，包括由下至上依次设置的衬底、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，电荷捕获层是由芴基小分子材料3Ph
‑
TrH通过溶液加工的方式制成的单一薄膜构成，3Ph
‑
TrH的结构式如下：2.如权利要求1所述的基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器，其特征在于，该存储器实现了双极性存储，迁移率达到0.35cm2V
‑1s
‑1，开关比超过105。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将芴基小分子3Ph
‑
TrH溶于有机溶剂中，加热或超声，静置一夜；2)衬底、栅电极和栅绝缘层构成基片，预处理基片并将其置于紫外臭氧机中处理；3)将步骤1)中制得的3Ph
‑
TrH溶液旋涂在经步骤2)处理过的基片上，退火后获得电荷俘获层；4)在电荷俘获层上依次真空蒸镀出半导体层和源漏电极。4.如权利要求3所述的基于芴基小分子的有机场效应晶体管存储器的制备方法，其特征在于，步骤4)中，真空蒸镀有机半导体层的蒸镀速率为真空度控制在6*10
‑5pa
‑
6*10
‑4pa；真空蒸镀源漏电极的速率真空度控制在6*10
‑5...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌海峰，陈捷锋，刘玉玉，李玥，邵振，金展翔，解令海，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：