一种纳米隧道与银纳米粒子共存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了一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器及其制备方法，该存储器的结构自上而下依次包括源漏电极、有机半导体层、电荷存储层、栅绝缘层、衬底及形成在衬底之上的栅电极；其中，所述电荷存储层为两层，第一层为具有纳米隧道结构的聚合物层，第二层为均匀分布在聚合物层之上的银纳米粒子层。电荷存储层采用二次旋涂溶液加工法制备，制备工艺简单，具有可大面积制备的特点。可通过简单的调节旋涂转速一次旋涂便可调控纳米孔的薄膜形貌，再通过二次旋涂将银纳米粒子均匀的分布于纳米孔形貌之上。实现了其存储容量，高迁移率和开关比，稳定性也得到了很大的提升，价格低廉且节约成本，便于推广及集成商业化应用。业化应用。业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体存储器
，具体涉及一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在大数据、人工智能时代，大量的信息存储及高速传输迫切需要得以解决。有机场效应晶体管(OFET)存储器件以其无损读取、易于集成、与现有CMOS兼容等优点成为研究的热点进程。用于OFET存储设备、存储窗口、读写擦循环、电流开关比和维持时间是区分内存级别的关键参数，决定了系统的可靠性记忆。电荷俘获材料通常通过电场力注入和释放电荷，迄今为止，随着研究的快速发展，大量的研究表明光可以独立操作也可作为完全或部分地替代电操作。光操作存储器在节能、有效消除可重写特性的数据以及作为光传感器的扩展应用方面具有显著的优势。在现有技术中已经开发了分离和有序电荷捕获阵列，如热蒸发、单分子自组装、电子印刷等。然而，这些方法在实际应用中也面临着成本高、效率低、制造过程复杂等问题。因此，用一种廉价、简单的方法制备有序分离电荷俘获阵列仍然是一个很大的挑战。固溶法具有成本低、批量生产、与大面积柔性基板兼容等优点，是最有前途的商业化制造方法。简单的固溶处理方法，旋涂是一种普遍存在的科学技术工程。
[0003]根据存储介质种类的不同，有机场效应晶体管存储器可分为如下三种：铁电存储器、驻极体存储器和浮栅存储器。有机场效应晶体管存储器的主要表征参数是转移曲线、输出曲线、载流子迁移率、存储窗口、读写擦循环、维持时间等，如今大量工作致力于提高存储器的存储密度、高传输速度、多阶存储、光电协同调控，并且已有文献表明电荷存储层的表面形貌能够显著影响存储器的性能。但现有电荷存储层依然存在表面形貌调控复杂及存储密度低、光电调控不灵敏等问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器及其制备方法，是一种经过溶液加工法获得纳米隧道和银纳米粒子同时存在的驻极体型存储方法，相比较常见的纳米阵列和平滑薄膜分别存在的存储器件，有效提升电荷的存储密度和载流子迁移率。而且该纳米薄膜能够同时作为空穴和电子存储层，具有双极型存储能力并具有较大的正负向存储窗口，提升了单个存储器件的存储密度并具有良好的维持能力。有利于推进有机场效应晶体管非易失存储器研究进程。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器，所述存储器的结构自上而下依次包括源漏电极、有机半导体层、电荷存储层、栅绝缘层、衬底及形成在衬底之上的栅电极；其中，所述电荷存储层为两层，第一层为具有纳米隧道结构的聚合物层，第二层为均匀分布在聚合物层之上的银纳米粒子层。
[0007]优选地，所述聚合物层是将纳米隧道薄膜溶液通过调控旋涂转速在栅绝缘层上制备的，所述纳米隧道薄膜溶液为聚乙烯基咔唑溶于氯仿形成；所述银纳米粒子层是将银纳米粒子水溶液旋涂在具有纳米隧道结构的聚合物层上制备的。
[0008]优选地，所述源漏电极的材料为金属Cu；所述有机半导体层的材料为并五苯；所述栅绝缘层的材料为二氧化硅；所述衬底为高掺杂硅片；所述栅电极为高掺杂硅。
[0009]优选地，所述源漏电极的厚度为100nm；所述有机半导体层的厚度为50nm；所述电荷存储层的厚度为10～30nm；所述栅绝缘层的厚度为50～300nm。
[0010]一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1)配制电荷存储层材料溶液：将聚乙烯基咔唑溶于氯仿溶剂中配制聚乙烯基咔唑溶液，其浓度为3mg/mL，静置24h；将银纳米粒子溶于水中配制银纳米粒子水溶液，其浓度为0.02mg/mL；
[0012]步骤2)以衬底材料作为基底，在其上形成栅电极和栅绝缘层，并依次经过丙酮、乙醇、去离子水清洗，烘干处理；
[0013]步骤3)将经步骤2)处理后洁净的基底放置紫外臭氧处理5min；
[0014]步骤4)用移液枪吸取步骤1)配制好的聚乙烯基咔唑溶液并在经步骤3)处理的基底上旋涂制膜，得到聚合物层；冷却至室温后再用移液枪吸取步骤1)配制好的银纳米粒子水溶液并在聚合物层上旋涂制膜；将旋涂好的样品放置在80℃的烘箱内30min，去除多余溶剂，得到电荷存储层；
[0015]步骤5)在步骤4)制得的电荷存储层上面依次真空蒸镀有机半导体层和源漏电极，即得。
[0016]优选地，步骤1)所述银纳米粒子的直径为10nm。
[0017]优选地，步骤4)所述旋涂的工艺为：调控转速1000～3000rpm匀速旋转30s，在空气中旋涂，空气湿度控制在40％～60％之间。
[0018]优选地，步骤5)所述真空蒸镀的工艺为：蒸镀速率真空度控制在4
×
10
‑4Pa～5
×
10
‑4Pa。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020](1)本专利技术的有机场效应晶体管存储器电荷存储层采用溶液旋涂法制备，具有可调的纳米隧道结构的纳米薄膜形貌，具有电子和空穴双重俘获能力，具有较大的存储窗口和优异的光电协同效应。
[0021](2)本专利技术的有机场效应晶体管存储器在较低的操作电压条件之下即可出现较高的电流开关比，具有很好的晶体管性能。
[0022](3)本专利技术的有机场效应晶体管存储器具有二阶存储，一百次读写擦循环测试稳定，一万秒维持时间测试无明显的电荷泄漏情况。较低的阈值电压(
‑
0.28V)，相对平滑薄膜较高的载流子迁移率(0.08cm
2 V
‑1s
‑1)和高开关比(大于104)。
[0023](4)本专利技术的有机场效应晶体管存储器能够光电共同调控存储状态。
[0024](5)本专利技术的有机场效应晶体管存储器制备工艺简单，价格低廉且节约成本，可大面积制备调控薄膜相貌，便于推广及集成商业化应用。
附图说明
[0025]图1为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的结构示意图；
[0026]图1中：1、源漏电极；2、有机半导体层；3、栅绝缘层；4、栅电极；5、聚合物层；6、银纳米粒子层；
[0027]图2为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的电荷存储层的AFM表面形貌；
[0028]图3为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的有机半导体层的AFM表面形貌；
[0029]图4为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的转移特性曲线；
[0030]图5为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的输出特性曲线；
[0031]图6为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器的存储窗口特性曲线；
[0032]图7为实施例1中纳米隧道与银纳米粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述存储器的结构自上而下依次包括源漏电极、有机半导体层、电荷存储层、栅绝缘层、衬底及形成在衬底之上的栅电极；其中，所述电荷存储层为两层，第一层为具有纳米隧道结构的聚合物层，第二层为均匀分布在聚合物层之上的银纳米粒子层。2.根据权利要求1所述的一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述聚合物层是将纳米隧道薄膜溶液通过调控旋涂转速在栅绝缘层上制备的，所述纳米隧道薄膜溶液为聚乙烯基咔唑溶于氯仿形成；所述银纳米粒子层是将银纳米粒子水溶液旋涂在具有纳米隧道结构的聚合物层上制备的。3.根据权利要求1所述的一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述源漏电极的材料为金属Cu；所述有机半导体层的材料为并五苯；所述栅绝缘层的材料为二氧化硅；所述衬底为高掺杂硅片；所述栅电极为高掺杂硅。4.根据权利要求1所述的一种纳米隧道与银纳米粒子共存的有机场效应晶体管存储器，其特征在于，所述源漏电极的厚度为100nm；所述有机半导体层的厚度为50nm；所述电荷存储层的厚度为10～30nm；所述栅绝缘层的厚度为50～300nm。5.权利要求1
‑
4任一项所述的一种纳米隧道与银纳米粒子共存的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：步骤1)配制电荷存储层材料溶液：将聚乙烯基咔唑溶于氯仿溶剂中配制聚乙烯基咔唑溶液，其浓度为3mg/mL，静置2...

【专利技术属性】
技术研发人员：仪明东，蒋惠，李雯，陈叶，俞松城，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：