[發明專利]一種雙極性大容量有機場效應晶體管存儲器及制備方法

在審

• 申請號: 201711437516.2
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108155291A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 宋娟;徐新水;錢妍;儀明東;謝令海;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/40;H01L27/28
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所 32241
• 代理人: 唐小紅

本發明公開了一種雙極性大容量有機場效應晶體管存儲器及制備方法，通過能帶工程設計一系列的P型與N型有機半導體材料，通過溶液旋涂工藝構造一種類似于無機P?N結的結構，解決了在同一晶圓上電子空穴湮滅的問題，從而實現電子空穴的雙極性信息存儲。同時較低的閾值電壓為未來在提高集成度時降低功耗和發熱實現信息存儲的穩定。本發明旨在通過簡單的溶液旋涂制備一種具有雙極性捕獲位點的混合納米薄膜，實現大容量雙極性存儲。薄膜的制備在低溫空氣的環境進行有利于降低生產成本和大面積制備。

技術領域

本發明屬于半導體有機場效應晶體管存儲器技術領域，具體涉及的是基于P型有機半導體材料與N型有機半導體材料通過簡單摻雜一種浮柵型有機場效應晶體管存儲器及制備方法。

背景技術

海量的信息計算、存儲、傳輸及應用成為21世紀信息電子技術發展的特征。面對大數據時代的到來，海量的數據處理處理要求開發大容量、高密度、高速的存儲器，而有機場效應晶體管存儲器相較于傳統的無機半導體存儲器由于其具有天然的優勢而備受關注。其中有機半導體材料生產成本低廉易得、可溶液加工處理、可與柔性襯底集成，而有機場效應晶體管存儲器易于邏輯電路集成、可單個晶體管實現、非破環性讀取等特點切實的迎和了下一代柔性智能可穿戴電子工業的發展方向。

有機場效應晶體管(OFET)是在控制柵絕緣層與半導體層中插入一層電荷存儲層，當前根據工作原理和器件結構不同分為三大類型，鐵電型、駐極體型、浮柵型。其中鐵電型OFET是通過調控柵極電壓來調節鐵電材料的極化狀態實現信息存儲。駐極體型OFET存儲模式和機理還存在爭議，學術界一般認為電荷在界面電場的作用下，通過遂穿形式將電荷存儲在半導體層和駐極體層的界面處或駐極體內部，亦或是半導體內部。浮柵型OFET通過將金屬、無機納米粒子或小分子作為電荷捕獲中心，通過電荷載流子的捕獲和釋放來寫入和擦除實現信息存儲。但是目前大部分有機場效應晶體管存儲器都是單極性存儲，只能存儲空穴或和只能存儲電子。為了獲得雙極性存儲器提高存儲器的存儲容量，我們設計了一系列有機小分子材料，通過取代基的類型及取代位置的調控改變分子的電子能帶，從而得到一系列不同的有機半導體材料(P型和N型)，通過簡單摻雜最終實現了既能存儲空穴又能存儲電子的有機半導體存儲器。

有機小分子化合物具有結構確定，成份單一，化學純度高并且結構易于調控的特點，因此在材料的研究和應用中有著很多聚合物所無法比擬的優勢。在本發明中，就是通過在一個相同的結構單元上引入不同電子效應(給電子和吸電子子)的取代基，達到調節電子能帶的目的，這種設計的最大優點在于：由于P型或N型有機半導體材料來源于同一類化合物，區別僅在于取代基的類型和取代基的位置。，這種調控手段對于有機半導體材料模塊化和流程化生產是極為有利的。

本發明提供一種通過取代基調控電子能帶，進而得到不同類型的半導體材料(P型或N型)，結合非極性及疏水性絕緣聚合物材料聚苯乙烯(PS)作為基質，制備出一種雙極性浮柵型非易失性有機場效應晶體管存儲器。所述制備的存儲器實現了大容量雙極性存儲，具有較高的存儲數據穩定性。因此，有效地提升了存儲器性能。

發明內容

鑒于現有有機場效應晶體管存儲器存在的一些技術問題，本發明提出一種以聚苯乙烯這種非極性的疏水高介電常數絕緣聚合物材料作為基質，加入P型和N型的有機小分子材料，通過溶液處理和旋涂工藝制備了有機場效應晶體管存儲器的浮柵層。在一定的P型與N型半導體材料摻雜比例下，成功地降低了閾值電壓，降低了功耗，使存儲性能大為提高。通過這種簡單的摻雜工藝實現了大容量雙極性存儲。

本發明采用的技術方案如下：

一種雙極性大容量有機場效應晶體管存儲器，從上至下依次包括源漏電極5、半導體層4、電荷存儲層3、柵絕緣層2、襯底1，其中所述的電荷存儲層3是由疏水性高介電常數絕緣材料聚苯乙烯(PS)作為基質，P型與N型半導體有機小分子材料作為電荷捕獲位點浮柵層組成；所述的存儲器的下部分還包括形成于襯底1上的柵電極，所述的存儲器采用的是底柵頂接觸的器件結構。