[发明专利]一种基于纳米浮栅有机场效应晶体管存储器及制备方法

说明书

本发明是基于有机小分子的有机场效应晶体管存储器，通过浮栅‑遂穿层一体化构造的器件结构。整个器件从上到下依次是：源漏电极、半导体层、浮栅‑遂穿层、栅绝缘层，其中浮栅层与遂穿层共同构成构成电荷存储层。本发明旨在通过简单的溶液悬涂工艺形成一种纳米结构避免了复杂的纳米技术制备薄膜，实现较大的存储窗、开关比(10⁵)、具有较好的稳定性反复擦写耐受性、实现了光擦除有利于信息加密，并且成本较低可以大面积商业推广、生产。

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及一种基于萘环小分子纳米浮栅有机场效应晶体管存储器及制备方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，面对海量的信息处理和存储对开发大容量、高密度、高速度的非易失性存储器提出了要求。与传统无机半导体存储器件相比，基于有机半导体存储器具有无法比拟的优势。由于有机材料来源广泛、可以溶液加工、成本低廉可以大面积低温制备，可与柔性基底集成等常规无机半导体不具备优点。有机场效应晶体管具备非破坏性读取、易于逻辑电路集成等优势适用于下一代可穿戴式电子工业的发展方向。

有机场效应晶体管(OFET)是在控制栅绝缘层与半导体层中插入一层电荷存储层，当前根据工作原理和器件结构不同分为三大类型，铁电型、驻极体型、浮栅型。其中铁电型OFET是通过调控栅极电压来调节铁电材料的极化状态实现信息存储。驻极体型OFET存储模式和机理还存在争议，学术界一般认为电荷在界面电场的作用下，通过遂穿形式将电荷存储在半导体层和驻极体层的界面处或驻极体内部，亦或是半导体内部。浮栅型OFET通过将金属、无机纳米粒子或小分子作为电荷捕获中心，通过电荷载流子的捕获和释放来写入和擦除实现信息存储。其中有机纳米浮栅型OFET由于其具有低成本、低驱动电压、高存储密度备受关注。但是由于分散的纳米粒子形貌很难控制并且密度有限，较难实现高密度存储，而采取尺寸在1nm内的小分子纳米浮栅能够很好改善上述问题。

小分子材料由于化学性质稳定、电子结构稳定、合成步骤简单可以按照需求进行电子和能带设计。目前基于小分子材料稳定的非易失性存储器的应用还较少，目前应用较多的是 C60、Alq3等。

本发明提供一种基于萘环小分子纳米浮栅有机场效应晶体管存储器及其制备方法，所述的存储器能够有效提升存储器性能，实现大的存储窗口、高的存储密度、高的存储数据稳定性，同时实现光擦除特点。

发明内容

鉴于现有有机场效应晶体管存在的技术问题，本发明提出一种将具有优异的电荷捕获能力易溶性小分子材料和疏水性高介电常数化合物聚苯乙烯(PS)共混悬涂制成一种小分子纳米浮栅有机场效应晶体管存储器，解决了一般纳米浮栅存在存储密度低、工艺复杂等问题并且制造工艺简单能够精确控制，有力推进小分子材料在存储中应用范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下。

一种基于纳米浮栅有机场效应晶体管存储器，从上至下依次包括源漏电极5、半导体层4、电荷存储层3、栅绝缘层2、衬底1，其中所述电荷存储层3由遂穿层和浮栅共同组成；所述电荷存储层3是由有机小分子材料与疏水性高介电常数绝缘材料制备而成；所述的存储器的下部分还包括形成于衬底1上的栅电极，所述的存储器采用的是底栅顶接触的器件结构。

所述的衬底1选自：高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET；所述的栅绝缘层2采用的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化锆、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮；所述栅电极选自高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽；所述浮栅结构为小分子纳米浮栅或金属纳米浮栅；所述的半导体层4 采用的材料为并五苯、并四苯、钛青铜、氟化钛青铜、红莹烯、并三苯或3-己基噻吩；所述的源漏电极5材料为金属Cu或Au；所述的有机小分子材料为萘环化合物，所述的疏水性高介电常数绝缘材料为聚苯乙烯。

所述萘环化合物的分子通式I如下：

所述萘环化合物可以为如下任意分子结构：