[发明专利]一种螺环小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器及其制备方法

说明书

本发明涉及基于小分子的有机非易失性场效应晶体管存储器件领域。公开了一种螺环小分子浮栅型有机场效应晶体管存储器及其制备方法。所述存储器从上至下依次结构包括源漏电极、半导体层、隧穿层、浮栅层、电荷阻挡层，栅绝缘层，其中隧穿层、浮栅层、电荷阻挡层共同组合成了电荷捕获层。本发明所述晶体管存储器采用溶液加工法制备，操作简便，成本低廉，节约能源，有利于大规模批量化生产电荷捕获层为一层平滑的小分子螺环材料和高介电常数聚合物的复合纳米薄膜该存储器实现了高密度、稳定的非易失性存储性能，且保持较高迁移率和开关比(10⁴)，且操作工艺简单，成本较低，便于存储器件的推广、生产。

技术领域

本发明属于有机场效应晶体管存储器件领域，尤其涉及以小分子浮栅型的双极型有机场效应晶体管存储器及其制备方法。

背景技术

高性能的有机存储单元是有机集成电路、射频识别标签(RFID Tags)、大面积显示等应用中必需的组成部分。同时，与传统的无机半导体器件相比,基于有机半导体材料的器件具有成本低、可实现大面积加工、可与柔性基底集成等优点；基于有机场效应晶体管的存储器还具有可用单个晶体管实现、非破坏性读取、易于和有机电路集成等优势,因此被认为是最具有应用前景的一类有机存储器件。

根据工作原理和器件结构的不同，目前国内外研究的有机非易失性存储器可以分为基于有机场效应晶体管结构的浮栅型、驻极体型和铁电型存储器件。OFET(organicfield effecttransistor)存储器一般用晶体管输入输出特性、存储窗口、载流子迁移率、写入擦除速度、记忆保持时间以及读写擦循环等性能参数来表征。如今已有大量的研究工作致力于实现高密度、高速度的非易失高性能存储。其中有机纳米浮栅型晶体管存储器由于能够应用于柔性和可伸缩性存储设备而备受关注，在一定的外加电场作用下，嵌在电荷阻挡层和隧穿层之间的浮栅层纳米粒子通过对电荷载流子的捕获和释放来实现存储的写入和擦除。但这种分散的纳米粒子形貌很难精确控制且密度有限，电荷在浮栅层的迁移率也较低，因此通常较难实现高密度的存储性能。而采取尺寸在1nm以内的小分子浮栅的方法能够很好地解决这一问题。

小分子材料具有性能稳定、分子和电子结构定义明确、且能根据需求进行电子结构和能带的设计等优势，但相比于聚合物在电荷存储中的广泛应用，致力于将小分子材料应用于稳定的非易失性电荷存储还很少，目前应用较多的仅C60、AlQ3等，且通常迁移率较低，较难实现高性能的存储。由此可见，纳米浮栅型存储器一直存在电荷在浮栅层的迁移率低和存储密度有限的问题，较难实现高性能的存储。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明提出一种将具有优异电荷捕获能力的易溶性小分子材料和疏水性高介电常数聚合物PS共混旋涂制作成一种小分子型浮栅存储的方法，有效地解决了一般纳米浮栅型存储器所存在的存储密度较低、工艺较复杂的问题，实现了基于小分子材料的高密度、非易失性存储，并且制备工艺简单能够精确控制，有力地推进了小分子材料应用于存储的研究进展。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于小分子螺环材料的分子浮栅型有机场效应晶体管(OFET)存储器，从上至下依次包括源漏电极、半导体层、隧穿层、浮栅层、电荷阻挡层、栅绝缘层，其中隧穿层、浮栅层、电荷阻挡层共同组合成了电荷捕获层。其特征在于：电荷捕获层在结构上为一层平滑的小分子螺环和高介电常数聚合物的复合纳米薄膜。该浮栅型OFET存储器不仅大大简化了制作工艺，同时采用分子浮栅的方式也较大提升了存储密度。

本发明中所述浮栅层为共混旋涂的一层小分子材料SFDBAO和聚合物PS的复合纳米薄膜，薄膜粗糙度较低，非常平滑，相比于常见的纳米颗粒型浮栅，有效提升了电荷捕获密度和电荷在浮栅层中的迁移率。而且，SFDBAO和PS的复合纳米薄膜能够同时作为空穴和电子捕获层，产生较大正负双向存储窗口，并且保持较长时间的稳定性。如此，就提高了OFET存储器的电荷在浮栅层的迁移率和存储密度。