[發明專利]一種基于二維有機分子半導體的快速鐵電晶體管存儲器及制備

在審

• 申請號: 201710274211.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107275483A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李昀;宋磊;王宇;施毅
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/40
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于二維有機分子半導體的快速鐵電晶體管存儲器，其特征是以重參雜的p型硅為襯底，生長50-250nm二氧化硅為絕緣層，在二氧化硅上通過熱蒸鍍的方法制備一層20-50nm的金作為柵極，然后在柵極上旋涂一層鐵電聚合物材料即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))，在P(VDF-TrFE)上利用漂浮的咖啡環效應和相位分離法分別生長一層超薄的厚度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導體層(C₈-BTBT)，其中鈍化層PMMA在二維半導體層C₈-BTBT下面，在半導體層上蒸鍍金作為源極和漏極，這就制備成了底柵頂接觸結構的二維有機分子半導體鐵電晶體管存儲器。

2.一種基于二維有機分子半導體的快速鐵電晶體管存儲器的制備方法，其特征是：以重參雜的p型硅為襯底，以熱氧化的方法生長一層50-250nm的二氧化硅為絕緣層，緊接著用丙酮、異丙醇和去離子水超聲清洗襯底30-60分鐘，然后在真空環境下用熱蒸鍍法蒸鍍一層20-50nm厚的金作為晶體管的柵極(長度50-350μm，寬度1000μm)，其后在柵極上旋涂一層厚度200-300nm的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))為鐵電柵絕緣層，另外在P(VDF-TrFE)層上利用漂浮的咖啡環效應和相位分離法分別生長一層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)半導體層(厚度5-10nm)，其中鈍化層PMMA在二維半導體層C₈-BTBT下面，最后在半導體層上蒸鍍25-50nm的金作為源極和漏極，這就制備成底柵頂接觸結構的二維有機分子半導體鐵電晶體管存儲器。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是在柵極上旋涂的鐵電聚合物材料--聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)P(VDF-TrFE)，接著對P(VDF-TrFE)鐵電薄膜在60-110℃下預退火30-70分鐘，之后在118-140℃下對P(VDF-TrFE)鐵電薄膜退火1.5-3.5小時，之后獲得的P(VDF-TrFE)薄膜粗糙度是4.8-6.5nm，然后在粗糙的P(VDF-TrFE)薄膜上通過漂浮的咖啡環效應和相位分離法分別生長PMMA和C₈-BTBT，這里的PMMA和C₈-BTBT同時溶解在苯甲醚溶液和反溶劑對甲氧基苯甲醛(0.5wt.％)中；

PMMA和C₈-BTBT在溶劑中的濃度分別是0.01-1.0wt.％和0.1-0.3wt.％，二維分子晶體C₈-BTBT生長的過程是使用移液器吸取一些混合溶液滴在P(VDF-TrFE)薄膜表面，然后通過一個機械泵產生速度為6-15mm s^-1的氣流，抽走多余的溶液，之后在粗糙的P(VDF-TrFE)薄膜表面生成二維C₈-BTBT晶體，最后二維C₈-BTBT半導體層上蒸鍍金作為源極和漏極。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是柵絕緣層P(VDF-TrFE)鐵電薄膜在退火過程中形成聚合物晶體顆粒，這些晶粒的尺寸在50-800nm致使鐵電聚合物表面凹凸不平，而這里在于器件的鈍化層PMMA薄膜可以填充P(VDF-TrFE)薄膜表面的空隙，使其后者可以獲得更加平整的界面，便于在其界面上生長質量高的二維C₈-BTBT晶體。