[发明专利]一种基于芴酮类聚合物驻极体的有机场效应晶体管存储器

说明书

本发明揭示了一种基于芴酮类聚合物驻极体的有机场效应晶体管存储器，该存储器从下至上依次包括衬底及基于该衬底之上的栅电极、栅绝缘层、柱极体层、有机半导体层及源漏电极，所述驻极体层为芴酮类聚合物，芴酮类聚合物的厚度为10～30nm。通过旋涂溶液法将不同组分的芴酮类聚合物驻极体制备成电荷俘获层薄膜，基于此电荷俘获层的OFET存储器不仅可以在光电的调控下实现双向的电荷存储，还可以实现ms级别的快速响应及良好的双向耐受性，并且整个操作工艺简单、成本低廉，该方法是一种改善聚合物存储行为的有效且通用的方法，制备的非易失性OFET存储器可应用在柔性及穿戴电子设备中，有利于未来存储器件的进一步发展推广与生产。

技术领域

本发明涉及一种基于芴酮类聚合物驻极体的有机场效应晶体管存储器，可用于有机半导体新型存储器和信息技术领域。

背景技术

自1990年代以来，电子设备已成为我们生活的一部分，其中，内存是各种电子信息产品(计算机，移动电话，游戏机，可穿戴设备等)必不可少的组成部分，未来将会从数据中提取巨大的价值，因此除了需要强大的计算能力外，海量数据存储对于挖掘数据的价值也至关重要。因此，随着物联网，5G，大数据和人工智能(AI)时代的到来，存储半导体市场已经开始了新一轮的爆炸性增长。

然而，随着摩尔定律的进一步放缓失效，基于无机半导体的平面存储器其微缩制程已达到物理极限。为应对这一挑战，人们一方面将目光转向3-D NVM的利用，另一方面则将重心转移至新型存储器的开发，但从长远角度来看，3-D NVM设备的利用也只是权宜之计，终将再次陷入尺寸困境，因此，发展新兴的存储技术成为长久之计。新兴的存储技术主要包括相变PCM，铁电RAM，磁性RAM，忆阻器，和闪存，与无机存储材料相比，有机材料具有成本低，可溶液加工，可大面积制备目与柔性基底兼容等诸多优点。而基于小分子和聚合物的OFET存储器作为新型有机存储器的一种，不仅能够实现精确的电荷调制，同时还具有无损读出，多位存储的功能，此外，还为多功能集成电路打开了可能性，是未来存储器的重要发展方向之一。

但相比较于其他新型存储器，基于聚合物和小分子的OFET Memory还存在着众多挑战，如操作电压大、读写速度低、可擦写速度慢、维持时间短等，为了应对这些挑战，一方面科学家们从器件层面入手，不断优化器件结构来改善界面势垒和载流子陷阱，另一方面则着重于对材料的开发和设计，包括有机半导体层和电荷俘获层材料。其中有机场效应晶体管存储器的电荷俘获层根据俘获特性的不同可以分为三种类型：铁电型、浮栅型、驻极体型，三种俘获层材料有各自的优缺点。

铁电型的材料有PZT、MXD6或P(VDF/TrFE)等，其场效应晶体管存储器不会受外界条件影响，能长久的保存数据，但存在较大的漏电流、耐受性较差、极化的保持力较差等问题。浮栅型的材料主要为金属粒子如Au、Ag、Cu，有机材料等的纳米粒子、二维材料等，基于铁电型材料的OFET存储器存储密度高、可大面积在柔性衬底上加工，但存在擦写电压高、存储稳定性、复杂的加工工艺和器件结构等问题。有机驻极体OFET存储器在无外电场作用下，能半永久保持电极化状态的电介质，捕获并稳定存储电荷，具有存储特性和绝缘性等，但存在操作电压过高、读写速度慢、耐受性差、存储机制与分子结构之间关系不明确等问题。但值得注意的是，相比于浮栅型OFET存储器，不需要独立的电荷俘获层和隧穿层，仅仅一层有机驻极体层就同时实现电荷隧穿和电荷存储。

驻极体型场效应晶体管存储器的驻极体材料可有效俘获电荷并稳定电荷，且有机驻极体分子结构具有可设计性，可通过先进的有机合成手段定制，实现低成本的低温溶液加工，器件结构简单易制备，与柔性衬底相兼容、与目前CMOS电路兼容度高等诸多优点，已成为目前场效应晶体管器件研究的主流。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于芴酮类聚合物驻极体的有机场效应晶体管存储器。