[发明专利]一类具有电荷存储能力的芳香胺材料的开发与应用

说明书

本专利主要是设计与合成一类具有电荷存储能力的芳香胺材料：其化学结构为结构中Ar₁为以下芳香单元的一种：，结构中Ar₂为以下芳香单元的一种：，结构中n为1～16烷基直链，X＝Cl，OCH₃或者OC₂H₅。本发明提供该类材料在介电层SiO₂表面形成电荷存储层及该电荷存储层可应用在非易失性有机场效应晶体管存储器，展示出在有机存储器、有机光探测器、有机发光等领域潜在而广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电荷存储芳香胺材料的设计、合成及在非易失性有机场效应晶体管存储器中的应用。

背景技术

存储器件在现代信息存储、数据处理与通信技术中起着非常重要的作用。存储性能是通过对栅电极施加正向或反向电压实现阈值电压的可逆性漂移。存储窗口和开关比是场效应晶体管存储器的两个重要性能衡量参数。存储窗口是指不同存储状态下阈值电压的差值，开关比是用漏电流的比值来衡量不同的存储状态；两个性能参数值越大，存储性能越好。

相对于无机材料的存储器，有机材料存储器具有成本低、重量轻、可大面积制备等优点。有机场效应晶体管存储器是在栅极介电层与有机半导体层之间引入电荷存储层，当在栅极加一外电压，载流子被限制，施加一个反向电压，载流子被释放，从而实现信息存储。自组装是有机材料通过化学键合或物理吸附在衬底成膜的有效办法，制备工艺简单，膜的疏水性、形貌、膜的致密性等可进行调控。具有电荷存储性能的有机界面材料的自组装单分子层用于存储器中已有报道，但存储窗口较小(C.W.Tseng，D.C.Huang and Y.T.Tao，ACSAppl. Mater.Interfaces.，2015，7，9767-9775)。

通过键合基团三甲氧基硅烷基与介电层SiO₂表面上活化羟基进行化学反应，3-氨丙基三甲氧基硅烷可在SiO₂/Si衬底形成自组装膜(A.K.Chauhan，D.K.Aswal，S.P.Koiry，S.K. Gupta，J.V.Yakhmi，C.Sürgers，D.Guerin，S.Lenfant and D.Vuillaume，Appl.Phys.A.，2008， 90，581-589；A.Wang，H.Tang，T.Cao，S.O.Salley，K.Y.Ng，J.ColloidInterf.Sci.2005，291， 438-447.)，其单分子层用于场效应晶体管存储器中，表现出微弱的存储性能(H.M.Lv，H.Q. Wu，C.Huang，Y.D.Wang and H.Qian，Appl.Phys.Express.，2014，7，045101.)，因此在本领域中需要开发基于有机材料的高性能场效应晶体管存储器。

发明内容

1.本发明的特征是设计一类具有电荷存储能力的芳香胺材料，化学结构包括三部分：具有电荷存储功能的带有芳香基及芳香杂环基的胺基、键合基团及烷基链，该材料分子可在SiO₂表面通过自组装及聚集，形成电荷存储层。

2.本发明提供的电荷存储芳香胺材料，化学结构式为

结构中Ar₁为以下芳香单元的一种：

结构中Ar₂为以下芳香单元的一种：

结构中n为1～16烷基直链，X＝Cl，OCH₃或者OC₂H₅。

3.上述的Ar₁为Ar₂为n为3，X为OC₂H₅，材料为PyPN，结构式为

4.本发明提供用于上述材料PyPN的合成方法。