[发明专利]一种基于二维有机分子半导体的快速铁电晶体管存储器及制备

权利要求书

1.一种基于二维有机分子半导体的快速铁电晶体管存储器，其特征是以重参杂的p型硅为衬底，生长50-250nm二氧化硅为绝缘层，在二氧化硅上通过热蒸镀的方法制备一层20-50nm的金作为栅极，然后在栅极上旋涂一层铁电聚合物材料即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))，在P(VDF-TrFE)上利用漂浮的咖啡环效应和相位分离法分别生长一层超薄的厚度2-10nm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和厚度5-10nm的二辛基苯并噻吩苯并噻吩半导体层(C₈-BTBT)，其中钝化层PMMA在二维半导体层C₈-BTBT下面，在半导体层上蒸镀金作为源极和漏极，这就制备成了底栅顶接触结构的二维有机分子半导体铁电晶体管存储器。

2.一种基于二维有机分子半导体的快速铁电晶体管存储器的制备方法，其特征是：以重参杂的p型硅为衬底，以热氧化的方法生长一层50-250nm的二氧化硅为绝缘层，紧接着用丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗衬底30-60分钟，然后在真空环境下用热蒸镀法蒸镀一层20-50nm厚的金作为晶体管的栅极(长度50-350μm，宽度1000μm)，其后在栅极上旋涂一层厚度200-300nm的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))为铁电栅绝缘层，另外在P(VDF-TrFE)层上利用漂浮的咖啡环效应和相位分离法分别生长一层超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(厚度2-10nm)和二辛基苯并噻吩苯并噻吩(C₈-BTBT)半导体层(厚度5-10nm)，其中钝化层PMMA在二维半导体层C₈-BTBT下面，最后在半导体层上蒸镀25-50nm的金作为源极和漏极，这就制备成底栅顶接触结构的二维有机分子半导体铁电晶体管存储器。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是在栅极上旋涂的铁电聚合物材料--聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)P(VDF-TrFE)，接着对P(VDF-TrFE)铁电薄膜在60-110℃下预退火30-70分钟，之后在118-140℃下对P(VDF-TrFE)铁电薄膜退火1.5-3.5小时，之后获得的P(VDF-TrFE)薄膜粗糙度是4.8-6.5nm，然后在粗糙的P(VDF-TrFE)薄膜上通过漂浮的咖啡环效应和相位分离法分别生长PMMA和C₈-BTBT，这里的PMMA和C₈-BTBT同时溶解在苯甲醚溶液和反溶剂对甲氧基苯甲醛(0.5wt.％)中；

PMMA和C₈-BTBT在溶剂中的浓度分别是0.01-1.0wt.％和0.1-0.3wt.％，二维分子晶体C₈-BTBT生长的过程是使用移液器吸取一些混合溶液滴在P(VDF-TrFE)薄膜表面，然后通过一个机械泵产生速度为6-15mm s^-1的气流，抽走多余的溶液，之后在粗糙的P(VDF-TrFE)薄膜表面生成二维C₈-BTBT晶体，最后二维C₈-BTBT半导体层上蒸镀金作为源极和漏极。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是栅绝缘层P(VDF-TrFE)铁电薄膜在退火过程中形成聚合物晶体颗粒，这些晶粒的尺寸在50-800nm致使铁电聚合物表面凹凸不平，而这里在于器件的钝化层PMMA薄膜可以填充P(VDF-TrFE)薄膜表面的空隙，使其后者可以获得更加平整的界面，便于在其界面上生长质量高的二维C₈-BTBT晶体。