[发明专利]一种聚苯乙烯-卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种聚苯乙烯‑卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜及其制备方法与应用，该纳米垂直阵列薄膜功能薄膜是由适量比例的聚苯乙烯和卟啉衍生物混合而成，形貌均一，粗糙度低，工艺简单，可用于制备具有高开关比、高稳定性、高耐受性的非易失性浮栅型晶体管存储器。

技术领域

本发明属于功能薄膜器件技术领域，并应用于电子行业中的存储器领域，具体涉及一种聚苯乙烯-卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜，用作有机场效应晶体管存储器电荷存储层，实现了高性能有机场效应晶体管存储器的制备。

背景技术

随着当今世界科学技术的快速发展和人们生活水平的日益提高，智能电子产品在我们的生活中无处不在，包括计算机、芯片、通信、存储等。有机小分子作为新材料代表有以下优点：①可通过分子结构设计与调控实现特殊的电学性质；②制造基于有机材料的电子器件可有效降低生产成本；③具有柔韧性好、质量轻等特点，可以实现大面积可弯曲、可拉伸的柔性电子产品的功能应用。存储器可以记录和获取数字信息，通过‘0’和‘1’的编码来实现信息存储和检索，是计算机和电子系统的核心组成部分。存储器使用的存储介质有半导体器件、磁性材料、光盘等。当存储器芯片与CPU芯片连接时，可将存储器的地址线、数据线与控制信号线分别接到CPU的地址总线、数据总线和控制总线上，从而实现器件的集成化电路的设计。有机场效应晶体管的存储器件一般采用底栅顶接触的器件结构，此结构器件不仅电荷注入效率高，而且有机半导体层与源漏电极的接触条件较好，因此具有较低的接触电阻。集成化要求有机场效应晶体管的存储器件具有小面积、低功耗、可靠性、稳定性、大容量存储等特点，然而要全部实现这些特点面临的挑战很多，这就迫切要求寻找优异的存储材料来满足日益进步的科技要求。

卟啉是一类由四个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥(＝CH-)互联而形成的大分子杂环化合物。其母体化合物为卟吩(porphin，C20H14N4)，有取代基的卟吩即称为卟啉。卟啉环有26个π电子，是一个高度共轭的体系。卟啉及其衍生物的应用多种多样，比如卟啉分子开关、太阳能电池、有机电致发光、光导材料、光存储器件等。卟啉化合物在存储方面的应用涉及不多，主要是利用卟啉衍生物的特殊的光电特性设计新型光存储器件。前期研究结构表明，卟啉具有潜在的电存储及光电响应功能，在场效应晶体管存储器方面有重要的潜在应用前景。

有机场效应晶体管存储器中浮栅层的形貌对器件性能影响至关重要。通常情况下，增大与电荷的接触面积，增加捕获电荷的活性位点是浮栅层材料形貌设计的重要考虑因素。但是，聚苯乙烯(PS)与有机小分子混合蒸镀多形成均匀平滑的薄膜，导致电荷捕获位点受限。(相关报道可见Phys.Chem.Chem.Phys.,2016,18,9412；Adv.Sci.2018,1800747；Organ.Electron.2017,44,247e252)在本发明中，通过卟啉衍生物与PS进行复合，在简单的旋涂退火工艺辅助下，可得到均匀规整的纳米垂直阵列薄膜，带来更多的电荷捕获位点，从而提高了材料的电荷捕获密度。PS可改善器件的稳定性和耐受性，促进了材料的实用性和商业性。此外，该纳米垂直阵列形貌规整均匀，有利于载流子在表面的传输和转移，极大提高了整体的器件性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种聚苯乙烯-卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜及其制备方法，来实现高存储窗口、高稳定性、高耐受性的有机场效应晶体管存储器。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种聚苯乙烯-卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜，其特征在于：该薄膜由聚苯乙烯(PS)和卟啉衍生物(DAH₂P)组成，其结构为纳米垂直阵列，所述纳米阵列由若干垂直于基底向上生长所构成的一维结构构成。

聚苯乙烯-卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜，其特征在于：卟啉衍生物结构式为，

进一步的，聚苯乙烯-卟啉衍生物纳米垂直阵列薄膜中，按质量计，DAH₂P:PS＝1:0.6–1:6。