[发明专利]一种三层异质结有机场效应晶体管存储器及制备方法

说明书

本发明公开了一种三层异质结有机场效应晶体管存储器及制备方法，存储器包括衬底，衬底上由上至下依次包括源漏电极、有机半导体异质结、栅绝缘层和栅电极，有机半导体异质结与栅绝缘层之间设有聚合物驻极体层，栅绝缘层覆盖在整个栅电极表面，用于隔离栅电极和聚合物驻极体层之间的接触，有机半导体异质结由上至下依次包括第一空穴传输层、电子传输层和第二空穴传输层三层结构。本发明提供的三层异质结有机场效应晶体管存储器及制备方法，采用旋涂法在栅绝缘层上制备聚合物驻极体层，有利于半导体异质结、金属源漏电极的形貌生长，工艺简单，存储容量、电流开关比和存储速度得到很大提升，降低了器件制备成本，便于推广、应用。

技术领域

本发明属于半导体晶体管行业存储器技术领域，具体涉及一种三层异质结有机场效应晶体管存储器及制备方法。

背景技术

有机场效应晶体管作为电子电路中的基本元器件，因其具有材料来源广泛、轻柔、加工工艺简单的特点，可应用于大面积印刷工艺，非常适合下一代可穿戴电子产业发展方向，同时有机场效应晶体管从其结构上决定了它具有丰富的功能应用，如发光、存储、传感、开关等，因此在信息电子领域具有广阔的应用前景。

异质结有机场效应晶体管电存储器（OHTM）是有机场效应晶体管存储器（OFET）与有机异质结（Organic Heterostructures，OHs）的集成器件，可应用于新型显示元器件或无限与太空通讯。为了获得实用的OHTM器件，大量的新型材料及一些先进的制备工艺、界面修饰工艺得到人们的广泛关注，并一直致力于提高OFET存储器器件的性能，如内存窗口、开关电流比、编程/擦除电压、开关速度、停留时间、耐力能力等。目前，对存储器的三种主要器件结构，即浮栅型OFET(Sci. Rep. 2016, 6, 36291) 、铁电型存储器 (Nat. Mater. 2008,7, 547.)和聚合物驻极体存储器(Adv. Mater. 2006, 18,3179) ，在很大程度上依赖于栅极介电层，因此，研究重点主要集中在发展功能栅介质。作为一种多功能集成器件，比起电荷存储，半导体层容易被忽视，而PN结可以传递电子和空穴，因此提供了一个结构是利用双极器件的p型和n型材料作为晶体管的有源层。它提供了空穴和电子在导电通道和电荷俘获从而促进和捕获过程。

从目前国内外总体的研究进展来看，OHTM仍面临下列挑战：（1）目前的研究依旧主要集中在对OHTM的存储现象及存储行为研究上，异质结有机半导体层仅作为电荷传输层，而电荷俘获性质在有机半导体层的研究很少；（2）操作电压过高（>120 V）、存储速度低（存储时间>1s）、存储密度低（难以实现多阶存储）、电流开关比比较低（< 1000）、数据稳定性差（维持时间<10⁵ s）；（3）无需加光的电存储机理有待进一步阐释和系统探讨。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明在现有材料的基础上不增加工艺、技术难度，提供一种基于异质结作为晶体管的有源层和电荷传输层的三层异质结有机场效应晶体管存储器及制备方法，可应用在OHTM存储器当中，充当存储器的电荷存储层、电荷传输层、空穴传输层，能够同时改善稳定特性和存储特性，并具有高阶存储、高存储速度、高存储密度和高数据稳定性等特点。

发明方案：为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种三层异质结有机场效应晶体管存储器，由上至下依次包括源漏电极、第一空穴传输层、电子传输层、第二空穴传输层、聚合物驻极体层、栅绝缘层、栅电极和衬底，第一空穴传输层、电子传输层、第二空穴传输层三层结构构成有机半导体异质结，聚合物驻极体层设置于有机半导体异质结与栅绝缘层之间，栅绝缘层覆盖在整个栅电极表面，用于隔离栅电极和聚合物驻极体层之间的接触，源漏电极和有机半导体异质结全部或部分为周期性生长，半导体异质结与聚合物驻极体层紧密接触，覆盖在栅绝缘层表面上形成导电沟道，减小载流子隧穿时的接触势垒并促进载流子的隧穿迁移。