[发明专利]一种多孔结构隧穿层有机场效应晶体管存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔结构隧穿层有机场效应晶体管存储器及其制备方法，属于半导体行业存储器技术和生物薄膜技术领域。

背景技术

随着现代信息技术的不断发展，电子产品已经成为人们生活中不可或缺的一个成分。人们对于电子产品的要求也越来越高，低成本、柔性、轻质、便携带成为未来电子产品的发展方向。传统的基于无机半导体材料制备的产品很难满足这些要求；而有机聚合物、小分子等半导体材料具有原料来源广、价格低廉、柔性、可大面积制备、低温制备等优点，因此有机场效应晶体管存储器在信息电子领域具有广泛的应用前景。

为了获得实用的有机场效应晶体管(OFET)存储器件，大量的新型材料及一些先进的制备工艺、界面修饰工艺得到大家广泛关注。目前，文献中报道的用于提高OFET存储器性能的方法主要有：(1)利用溶剂效应改变薄膜结晶度，选择适当的溶剂可以有效的提高薄膜的结晶度，还能够使晶粒定向排列，这些都有助于载流子注入，提高器件存储窗口和开关比；(2)控制有机层退火过程，恰当的活性层退火能够提高薄膜结晶度以及表面粗糙度，而低的表面粗糙度有利于减小接触势垒，提高载流子注入能力；(3)对于浮栅存储器，可以控制纳米浮栅粒子的密度、大小等，纳米浮栅场效应存储器利用金属纳米晶作为电荷捕捉元件，可以通过控制纳米晶的种类、大小和密度等精确地控制缺陷能级和缺陷点，使存储器件具有良好的非易失性；(4)引入双浮栅提高存储器性能，非易失性是通过氧化石墨烯纳米粒子和金纳米粒子混合浮栅实现的，该混合浮栅可以增加电荷捕获位点，彼此相互独立，因而抑制所存储的电荷泄漏，在光照时，光子产生的载流子促进电子捕获，而对空穴几乎没有影响；(5)组装包裹纳米浮栅粒子表面提高器件性能，将纳米浮栅表面组装一层有机高介电常数聚合物，能够提高隧穿层的隧穿势垒，使电荷不容易泄漏，提高器件数据可靠性；(6)通过对器件隧穿层聚合物薄膜进行掺杂，改变隧穿层能量势阱结构，使编程态时有利于电荷捕获，而当施加反向电压时又有利于电荷释放，提高存储器性能。

虽然上述措施在某些程度上均能提升器件性能。但是也存在新材料开发成本高、周期长和工艺流程复杂、设备造价比较高等缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种多孔结构隧穿层有机场效应晶体管存储器及其制备方法，针对现有OFET存储器所面临的问题，本发明在现有材料的基础上不增加工艺、技术难度，提供一种简单的工艺手段制备具有多孔结构的聚合物薄膜，并将其应用在OFET存储器当中，充当存储器的隧穿层，以提高存储器存储性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种多孔结构隧穿层有机场效应晶体管存储器，包括源漏电极、半导体、第二类栅绝缘层、浮栅层、第一类栅绝缘层，所述第一类栅绝缘层为二氧化硅/硅基片，其特征在于：所述半导体与第一类栅绝缘层之间从上到下依次有具有多孔结构聚合物薄膜层和纳米结构浮栅层。

优选的，所述多孔结构聚合物薄膜层中聚合物选自高介电常数聚合物材料，所述高介电常数聚合物材为聚苯乙烯或聚甲基苯烯酸甲酯。

优选的，所述纳米结构浮栅层中纳米浮栅粒子选自金纳米粒子或氧化石墨烯GO纳米粒子。

优选的，包括衬底，形成于该衬底之上的栅电极，覆盖于该栅电极之上的第一类栅绝缘层，形成于第一类栅绝缘层之上的纳米浮栅层，形成于该第一类栅绝缘层之上的具有多孔结构的第二类栅绝缘层，所述第二类栅绝缘层为隧穿层，形成于多孔结构的第二类栅绝缘层之上的有机活性层，以及形成于活性层表面沟道区域两侧的源漏电极。

优选的，所述衬底为高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET；

所述栅电极采用的材料包括高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽；

所述第一类栅绝缘层采用的材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯PS或聚乙烯吡咯烷酮PVP，所述第一类栅绝缘层的薄膜厚度为100～300nm；

所述第二类栅绝缘层的薄膜厚度为50～150nm；

所述有机活性层采用的材料为并五苯、并四苯、钛青铜、红荧烯、并三苯或3-己基噻吩；所述有机活性层采用热真空蒸镀成膜法成膜，覆盖在第二类栅绝缘层表面上形成导电沟道，其厚度为40～50nm；

所述源漏电极材料为金属或有机导体材料，其厚度为60～100nm。

优选的，所述源漏电极材料为铜。

多孔结构隧穿层有机场效应晶体管存储器的制备方法，包括如下步骤：

(1)配置高介电常数材料聚合物溶液，溶于四氢呋喃，浓度5-30mg/ml；