本发明专利技术公开了一种基于石墨炔的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栅极、栅极绝缘层、电荷捕获层、半导体层、源电极和漏电极；其中，电荷捕获层由聚合物驻极体层和纳米浮栅层组成，所述纳米浮栅层的材质为石墨炔。本发明专利技术首次将石墨炔材料作为浮栅应用到有机场效应晶体管存储器中，且使用了工艺简易且成熟的旋涂法制备浮栅薄膜，选用一种简易的浮栅型场效应晶体管存储器的制备方法实现了器件的制备。石墨炔浮栅材料作为有机场效应晶体管(OFET)存储器的存储层，增强了器件的存储性能，且该浮栅型器件具有高稳定性，高开关比，低启动电压等特点，对实现有机器件的商业化生产中有着重要意义。
【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器及其制备方法
本专利技术属于有机半导体场效应晶体管存储器领域，尤其涉及以碳材料作为浮栅结构的有机场效应晶体管存储器及其制备方法。
技术介绍
有机存储器件作为当前有机电子学科研究热门，是由于它在未来集成电路，发光晶体管集成技术，以及可穿戴健康监测器件的潜在价值。有机薄膜晶体管作为有机电子电路的一个重要组成部分，有机半导体材料的存储器是有机电子学当中的一个热门的研究方向。在有机集成电路、射频识别标签(RFIDTags)、大面积显示等应用中高性能的有机存储单元是其中必需的组成部分，有机场效应晶体管还具有多阶存储、非易失性存储，有机电路集成等优点。并且，因为有机半导体存储器通常具有成本低、低温环境制备、可溶液法制备、加工工艺简单便捷和有机电子器件能够实现在大面积可弯曲、可拉伸的柔性电子产品中的应用等一系列特点，人们一直在探索不同于传统非易失性存储器的新的应用领域。因此在未来的有机电子器件中，有机晶体管存储器是最具有应用前景的器件之一。当前所研究的有机晶体管存储器件主要分为三大类，分别为驻极体型晶体管存储器、浮栅型晶体管存储器和铁电型晶体管存储器。驻极体型晶体管存储器是由于驻极体材料被运用于晶体管存储器的存储层，驻极体材料在遇到强外电场作用之后产生极化，极化后的电荷将长时间存在在驻极体材料中，从而实现存储的目的。而铁电型场效应晶体管存储器是由于铁电材料具有受到周围环境影响而产生极化的特性，因此利用铁电薄膜的极化状态来调节器件中电流密度的大小，从而调节源极与漏极之间的导通状态，实现两个状态(开关态)的变化，实现存储的目的。浮栅型晶体管存储器是将一些纳米颗粒和本身绝缘的聚合物材料混合，通过浮栅材料吸电子的特性，与聚合物存储电荷的特点实现电荷的控制，从而实现对源极漏极电流的可控调节，将数量级小的电流和数量级大的电流定义为“0”态和“1”态，使得存储器具有人为定义的两个不同状态，实现存储。自1990年来，科学家们一直致力于发展新的方法合成新的碳同素异形体，探索其新的性能，先后发现了富勒烯、碳纳米管和石墨烯等新的碳同素异形体，并成为国际学术研究的前沿和热点，形成了交叉科学的独立研究领域。碳具有sp3、sp2和sp三种杂化态，通过不同杂化态可以形成多种碳的同素异形体，如通过sp3杂化可以形成金刚石，通过sp2杂化则可以形成碳纳米管、富勒烯和石墨烯等。由于sp杂化态形成的碳碳三键具有线性结构、无顺反异构体和高共轭等优点，人们一直渴望能获得有sp杂化态的新的碳同素异形体，并认为该类碳材料具备优异的电学、光学和光电性能而成为下一代新的电子和光电器件的关键材料。石墨炔(GD)是由1，3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构的全碳分子，具有丰富的碳化学键，大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性和半导体性能。通过微区Raman光谱分析发现，在P3HT/石墨炔(GD)的复合薄膜中，石墨炔(GD)的sp2碳的G带峰位置发生了蓝移，而双炔特征峰的位置发生了红移，说明石墨炔(GD)特殊的分子结构和电子结构不仅具有供电子特性，而且也具有吸电子特性。因此选用石墨炔材料作为浮栅材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器及其制备方法，以得到一种高稳定性，高开关比，低启动电压的浮栅型器件。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，包括由下到上依次设置的栅极、栅极绝缘层、电荷捕获层、半导体层、源电极和漏电极；其中，电荷捕获层由聚合物驻极体层和纳米浮栅层组成，所述纳米浮栅层的材质为石墨炔。优选的，所述聚合物驻极体层的材质为聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。优选的，所述源电极和漏电极的材质为金属或者有机导电材料，厚度为50-100nm，源电极和漏电极之间为有机半导体导电沟道。优选的，所述半导体层的材质为并五苯、并四苯、钛青铜、红荧烯、并三苯或3-己基噻吩的一种，半导体层覆盖在电荷捕获层表面，其厚度为40-50nm。优选的，所述栅极的材质为高掺杂硅片、铝、铜、钛、银、金、钽的一种。优选的，所述栅极绝缘层的材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯的一种，所述栅绝缘层的薄膜厚度为50-300nm。优选的，还包括衬底，衬底处于所述有机场效应晶体管存储器的最底部，衬底的材质为高掺杂硅片，玻璃片或者柔性材料。一种基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将驻极体溶液与浮栅材料分散液等体积比混合，摇晃均匀；(2)取衬底，在衬底上制备栅极和栅极绝缘层，得到的产物作为基底，清洗基底，并将其烘干；(3)将步骤(2)得到的基片进行紫外臭氧处理10-20分钟，使得基片的亲水性增加；(4)将步骤(3)处理后的基片置于旋涂机上，将步骤(1)得到的混合溶液旋涂于基片表面；旋涂过程在空气中进行；(5)对步骤(4)旋涂后的基片放置烘箱中于80℃进行退火处理30分钟；(6)将步骤(5)退火完成的基片放置于真空设备中，依次蒸镀半导体层、源电极和漏电极；(7)蒸镀结束后，待真空蒸镀仓内温度冷却至室温，得到所述基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器。优选的，所述步骤(1)中，将聚苯乙烯溶于氯苯，得到驻极体溶液，其中，聚苯乙烯的浓度为6mg/mL；将石墨炔分散于氯苯，得到浮栅材料分散液，其中，石墨炔的浓度为0.3mg/mL。优选的，所述步骤(6)中，真空蒸镀半导体层的蒸镀速率为真空度低于5×10-4pa；真空蒸镀源电极和漏电极的蒸镀速率为掩膜板长宽比为15。有益效果：本专利技术首次将石墨炔材料作为浮栅应用到有机场效应晶体管存储器中，且使用了工艺简易且成熟的旋涂法制备浮栅薄膜，提供了一种低难度的浮栅场效应晶体管存储器的制备方法，石墨炔浮栅材料作为有机场效应晶体管(OFET)存储器的存储层，相比于单一组份驻极体场效应晶体管存储器，在稳定性不受到影响的情况下，增强了存储性能，且该浮栅型器件具有高稳定性，高开关比，低启动电压等特点。与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术所提供的OFET浮栅存储器实现了大窗口存储，且具有良好的存储稳定性，在10000s测试时间内均无明显电荷泄露的情况。2、本专利技术所提供的OFET存储器件不仅具有优异的维持时间、稳定存储功能且具有较高的迁移率(0.38cm2V-1S-1)和开关比(105)。3、本专利技术所提供的器件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。附图说明图1为本专利技术中器件结构示意图与石墨炔分子结构示意图；图2为实施例1中器件半导体层薄膜的原子力显微镜(AFM)图；图3为实施例1中浮栅有机场效应晶体管存储器的转移输出曲线；图4为实施例1中浮栅有机场效应晶体管存储器存储窗口特性曲线；图5为实施例1中浮栅有机场效应晶体管存储器的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：包括由下到上依次设置的栅极、栅极绝缘层、电荷捕获层、半导体层、源电极和漏电极；其中，电荷捕获层由聚合物驻极体层和纳米浮栅层组成，所述纳米浮栅层的材质为石墨炔。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：包括由下到上依次设置的栅极、栅极绝缘层、电荷捕获层、半导体层、源电极和漏电极；其中，电荷捕获层由聚合物驻极体层和纳米浮栅层组成，所述纳米浮栅层的材质为石墨炔。
2.根据权利要求1所述的基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述聚合物驻极体层的材质为聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。
3.根据权利要求1所述的基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述源电极和漏电极的材质为金属或者有机导电材料，厚度为50-100nm，源电极和漏电极之间为有机半导体导电沟道。
4.根据权利要求1所述的基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述半导体层的材质为并五苯、并四苯、钛青铜、红荧烯、并三苯或3-己基噻吩的一种，半导体层覆盖在电荷捕获层表面，其厚度为40-60nm。
5.根据权利要求1所述的基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述栅极的材质为高掺杂硅片、铝、铜、钛、银、金、钽的一种。
6.根据权利要求1所述的基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述栅极绝缘层的材质为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯的一种，所述栅绝缘层的薄膜厚度为50-300nm。
7.根据权利要求1所述的基于石墨炔的浮栅型有机场效应晶体管存储器，其特征在于：还包括衬底，衬底处于所述有机场效应...
【专利技术属性】
技术研发人员：解令海，郭栋，汪莎莎，章昊宇，仪明东，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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