[發明專利]一種提升并五苯有機場效應晶體管工作性能的方法及結構

在審

• 申請號: 201911336850.8
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111162167A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 康利民;王一如;殷江;夏奕東
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/10;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

一種提升并五苯有機場效應晶體管工作性能的方法，在結構為柵電極/絕緣層/聚合物介質薄膜/并五苯/源與漏電極的有機場效應晶體管器件中，聚合物介質和并五苯之間設置一n?型半導體薄膜過渡層；n?型半導體過渡層厚度為1?100nm；通過n?型半導體過渡層中界面處的感生電子降低并五苯與電荷俘獲介質界面處的空穴勢壘高度，有效降低并五苯有機半導體晶體管的編程/擦除工作電壓；通過有機半導體過渡層中電離施主所形成的帶正電的空間電荷區阻礙聚合物介質薄膜中被俘獲的正電荷(空穴)逃逸到并五苯薄膜中，提高并五苯有機半導體晶體管器件的編程/擦除可靠性及數據保持能力，提升并五苯有機場效應晶體管工作性能。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，具體涉及一種提升并五苯有機場效應晶體管工作性能的方法及應用

背景技術

過去二十幾年來由于在從射頻識別標簽到柔性及大面積顯示等領域的應用前景，基于有機場效應晶體管的非易失性電子器件獲得了人們非常多的關注【1，2】。為了促進有機場效應器件的實際應用，人們在研究諸如p-型溝道材料，n-型溝道材料及聚合物等電荷俘獲材料方面花費了大量的精力。作為最有潛力的p-型溝道材料之一，具有5個苯環的平面型分子結構的小分子半導體材料并五苯(pantacene)已經被廣泛應用于有機半導體場效應器件的結構研究中。研究表明聚苯乙烯(PS),聚(2-乙烯基萘)(PVN)，聚α-甲基苯乙烯(PαMS)等作為電荷俘獲介質的并五苯有機場效應晶體管在很高的工作電壓下其轉移特性曲線顯示了很大的存儲窗口【3】。在以PαMS為電荷存儲介質的并五苯有機場效應晶體管器件中Baeg等人使用200V/1μs的脈沖電壓對器件開展了編程操作，并使用-100V/1μs的脈沖對器件開展了擦除操作【1】。在以苯乙烯-聚4-乙烯吡啶嵌段共聚物(PS-b-P4VP)為電荷俘獲介質的并五苯有機場效應器件中，Leong等人使用-30V/1s的脈沖開展了編程操作，并使用100V/30s的脈沖開展了擦除操作【4】。以具有如此高的脈沖幅值或如此長的脈沖寬度的脈沖電壓對并五苯有機場效應器件開展編程/擦除操作并不滿足現代電子器件應用的工業標準。因此，至今為止以聚合物薄膜作為電荷俘獲介質的并五苯有機場效應晶體管器件還沒有得到實際應用。

針對以聚合物薄膜作為電荷俘獲介質的并五苯有機場效應晶體管器件為背景，人們開展了多方面的基礎研究。理論和實驗研究【5，6】都表明，在并五苯/聚合物界面處的并五苯薄膜中靠近界面的并五苯晶界處存在與外界環境(如氫和氧氣等)有關的帶正電的缺陷，所帶正電荷的體密度高達4╳10¹⁸cm^-3【7】。該帶正電的缺陷層厚度約1.5nm，由于缺陷的形成該薄層已經不具有半導體特性。該薄層所帶正電荷形成的電場方向指向p-型半導體并五苯薄膜，對并五苯薄膜中的空穴(hole)往聚合物薄膜中遷移起阻礙作用，此帶正電的缺陷層起正電荷勢壘的作用，該正電荷勢壘的存在導致了以聚合物薄膜作為電荷俘獲介質的并五苯有機場效應存儲器件的高工作電壓。

參考文獻：

1.Baeg,K.,-J,Noh,Y.Y.,Ghim,J.,Kang,S.J.,Lee,H.Kim,D.Y.,Organic Non-volatile Memory Based on Pentancene Field-Effect Transistors Using aPolymeric Gate Electret.,Adv.Mater.18,3179-3183(2006).

2.Dimitrakopoulos,C.D.Malenfant,P.R.Adv.Mater.14,99-117(2002).

3.Baeg,K.,J.,Noh Y.Y.,Ghim J.,Lim B.,Kim D.Y.,Polarity Effects ofPolymer Gate Electrets on Non-Volatile Organic Field-Effect TransistorMemory,Adv.Funct.Mater.18,3678-3685(2008).