[发明专利]基于氟化聚苯乙烯的有机双极性晶体管存储器及其制备方法

说明书

本发明基于氟化聚苯乙烯的有机双极性晶体管存储器及其制备方法，该存储器从上至下依次包括源漏电极、聚合物驻极体材料氟化聚苯乙烯与半导体共混层、栅极绝缘层、衬底及形成于该衬底之上的栅电极。本发明首次将氟化聚苯乙烯材料作为驻极体介电材料应用到双极性有机场效应晶体管存储器中。利用氟化聚苯乙烯材料强驻留电荷能力这一特点，采用氟化聚苯乙烯作为有机双极性晶体管存储器的电荷存储材料，相比于现有的驻极体双极性晶体管存储器，增强了存储性能。同时，氟化聚苯乙烯材料形成的驻极体产生非均匀补偿电位修饰半导体层电荷传输特性，在单一器件上实现状态可逆切换的n型和p型电荷传输性能的同时，提升了器件的迁移率和开关比。

技术领域

本发明属于有机电子器件领域，尤其涉及一种基于氟化聚苯乙烯的有机双极性晶体管存储器及其制备方法。

背景技术

部分绝缘电介质材料具有将电荷捕获在材料内部并长期保留的特性，这些捕获电荷后能长期甚至永久带电的绝缘介电材料被称为驻极体。驻极体材料因其具有偶极取向并长期处于极化状态的特点被广泛应用于电子设备、过滤织物、静电印刷和生物医疗灭菌等领域。然而在使用的过程中，驻极体材料内部的电荷群会因为环境因素影响、空气中的离子被驻极体电荷吸至驻极体中和驻极体的电荷、驻极体内的传导电流的载流子与驻极体电荷的中和等原因迅速衰减。目前，学术界正在寻找具有更高电荷捕获密度和更长的保持时间的驻极体材料。

有机场效应晶体管(OFET)作为新一代电子产品的重要组成部分因具有轻量化、环境友好、可大面积加工等优点被广泛研究与应用。OFET的基础性能指标有迁移率、开关比、阈值电压和稳定性，为实现真正的现实应用，要求OFET具有高迁移率、大开关比、低阈值电压、优异的稳定性这些特点。双极性场效应晶体管是采用内部既允许空穴也允许电子输运的双极性材料，如碳纳米管、石墨烯、过渡金属二硫化物和共轭聚合物制备的晶体管。因其既允许空穴也允许电子输运的特性，双极性场效应晶体管可以在不同的状态下(p型和n型)工作，同时双极性晶体管拥有着比常规场效应器件更高的运行速度，这些优点使得双极性晶体管在未来的电路设计中有着重要的地位。然而在双极性器件的运行过程中因为源漏电极电压不对称，栅电极很难同时耗尽整个沟道中传输的电子和空穴，这种情况通常会导致双极性晶体管具有较小的开关比，从而影响器件在未来应用中的发展。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，通过沿通道引入非均匀分布的补偿电位来同步调节传输通道中不同位置的电荷传输，聚合物双极性晶体管的关断能力可以显著提高。这种非均匀补偿电位可以由从源极和漏极预先注入到驻极体材料中产生的非均匀分布的驻极体电荷提供，另外，在含有驻极体的双极性非易失性存储中，也可以由栅极电压操纵得到足够大的转移特性位移(储存器内存窗口)。驻极体对电荷的驻留能力也因此成为了影响上述器件性能的关键，更强的电荷驻留能力通过改善驻极体内部捕获电荷密度可以使双极性晶体管得到更大的非均匀补偿电位和储存器内存窗口，从而得到更加优异的性能。本发明提供了基于氟化聚苯乙烯的有机双极性晶体管存储器及其制备方法，目的在于使用氟化聚苯乙烯强的电荷驻留特性这一特点，以得到一种高开关比，高迁移率，在驻极体非均匀补偿电位作用下达到在同一器件上获得状态可逆切换的n型和p型性能、迁移率和开关比均增强的双极性晶体管器件。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于氟化聚苯乙烯的有机双极性晶体管存储器，该存储器包括由下到上设置的衬底、栅极、栅极绝缘层、聚合物驻极体与有机半导体共混层、源电极和漏电极。

本发明进一步的改进在于，所述聚合物驻极体与有机半导体共混层中聚合物驻极体的材质为氟化聚苯乙烯，半导体的材质为聚吡咯并吡咯二酮-二(噻吩-2-基)双(3，4-二氟噻吩-2-基)亚乙基、聚N-(2,2-二氟乙基)丙烯酰胺、聚吡咯并吡咯二酮-四噻吩或红荧烯中的一种，聚合物驻极体与有机半导体共混层的厚度为40-100nm。

本发明进一步的改进在于，衬底处于所述有机双极性晶体管存储器的最底部起支撑作用，衬底的材质为高掺杂硅片、石英玻璃或者柔性材料。