[发明专利]一种基于聚合物掺杂半导体纳米粒子的有机场效应晶体管存储器

说明书

技术领域

本发明属于半导体行业存储器技术领域和生物薄膜技术领域，具体涉及一种基于生物薄膜的有机场效应晶体管存储器及其制备方法。

背景技术

有机场效应晶体管作为电路中的基本元器件，因其广泛的材料来源，温和的加工方式，易于大面积大批量制备的优良特点，与未来可穿戴电子产业的发展方向相契合。同时有机场效应晶体管的结构决定了它具有非常丰富的功能应用，如发光产品、存储设备、传感器、开关等，因此在未来的信息电子领域具有非常广泛的应用前景。

作为一种多功能器件，有机场效应晶体管存储器(Organic Field-effect Transistor Memory，OFETM)可用于新型显示元件、存储元件或者RFID射频标签。为了制备各项性能优秀且实用的OFETM，大量新材料、新工艺和新器件结构得到大家的广泛关注。目前，根据文献中的报道，用于提升OFETM性能的方案主要为：(1)设计合成具有高迁移率、高开关比的有机半导体材料，以增强器件的晶体管特性(Adv.Mater.2015,27,6885；Sci.Rep.,2015,5,16457)；(2)设计、合成具有非平面结构、疏水性强、介电常数小的高分子材料(Adv.Funct.Mater.2008,18,3678)，以增强对电荷的捕获和存储；(3)采用物理掺杂、多层异质结等器件结构(Adv.Mater.2015,27,228；J.Mater.Chem.C,2015,3,3173)，增强光生激子分离效率，提升电荷存储密度和数据存储时间。

从目前国内外总体的研究进展来看，OFETM仍面临下列挑战：(1)目前的研究依旧主要集中在对OFETM的存储现象及存储行为研究上，对光响应和存储特性的共同增强效应缺乏研究；(2)操作电压过高(>100V)、光响应速度过慢(入射光照>1s)、存储密度低(难以实现多阶存储)、明暗电流比较低(<100)，数据稳定性差(维持时间<10⁵s)；(3)电存储机理有待进一步阐释和系统探讨。

鉴于上述情况，本发明提供一种基于聚合物掺杂半导体纳米粒子有机场效应晶体管存储器及其制备方法，所述掺杂存储器能够改善其稳定性和耐受性，并且具有低操作电压、高响应速度、高存储密度等。

发明内容

针对现有OFETM存在的上述技术问题，本发明提出一种基于聚合物掺杂半导体纳米粒子的有机场效应晶体管存储器及其制备方法，在现有优秀材料的基础上不增加技术难度，设计了新的存储层制备技术，并将其应用在OFETM中，充当存储器的电荷存储层，以提高存储器的稳定性和耐受性。

本发明提出的技术方案如下所述：

本发明提供一种基于聚合物掺杂半导体纳米粒子有机场效应晶体管存储器，所述有机场效应晶体管存储器从上至下依次包括源漏电极、有机半导体层、栅绝缘层、栅电极，其特征在于：所述有机场效应晶体管存储器的有机半导体层和栅绝缘层之间设有聚合物掺杂半导体纳米粒子薄膜层，该层作为电荷存储层用于捕获电荷。

也就是说，所述晶体管存储器的结构为覆盖于栅极之上的栅绝缘层，形成于该栅绝缘层之上的掺杂有半导体纳米粒子的聚合物构成的薄膜层，形成于该薄膜层之上的有机半导体层，以及形成于该有机半导体层表面沟道区域两侧的源漏电极。

进一步的，本发明所述晶体管存储器还包括衬底及形成于衬底之上的栅电极。

所述聚合物掺杂半导体纳米粒子薄膜层中的聚合物选自低介电常数聚合物材料，所述低介电常数聚合物材料可选自聚乙烯基咔唑，聚苯乙烯或聚甲基苯烯酸甲酯中的一种或多种的混合物。所述薄膜层的薄膜厚度为15～20nm。

所述聚合物掺杂半导体纳米粒子薄膜层中的半导体纳米粒子选用C₆₀。

使用低介电常数的聚合物掺杂半导体纳米粒子，使得低介电常数的聚合物与半导体纳米粒子对电荷的捕获能力得到补充和提升，提高了存储容量、稳定性和耐受性。本发明通过在聚合物内掺杂半导体纳米粒子优化改进器件的存储性能，使其存储容量、开关速度和存储稳定性得到很大提升。

所述衬底采用的材料为高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET。

所述栅电极采用的材料为高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽。

所述栅绝缘层覆盖在整个栅电极表面，隔离栅电极和多孔聚合物薄膜层之间的接触，其绝缘性良好；所述栅绝缘层采用的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯PS或聚乙烯吡咯烷酮PVP，所述栅绝缘层的薄膜厚度为50～300nm。