[發(fā)明專利]一種基于芴酮類聚合物駐極體的有機場效應晶體管存儲器

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• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN114005938A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 卞臨沂;解蒙;張忍;張哲瑋;解令海
• 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
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 范丹丹

本發(fā)明揭示了一種基于芴酮類聚合物駐極體的有機場效應晶體管存儲器，該存儲器從下至上依次包括襯底及基于該襯底之上的柵電極、柵絕緣層、柱極體層、有機半導體層及源漏電極，所述駐極體層為芴酮類聚合物，芴酮類聚合物的厚度為10～30nm。通過旋涂溶液法將不同組分的芴酮類聚合物駐極體制備成電荷俘獲層薄膜，基于此電荷俘獲層的OFET存儲器不僅可以在光電的調控下實現(xiàn)雙向的電荷存儲，還可以實現(xiàn)ms級別的快速響應及良好的雙向耐受性，并且整個操作工藝簡單、成本低廉，該方法是一種改善聚合物存儲行為的有效且通用的方法，制備的非易失性OFET存儲器可應用在柔性及穿戴電子設備中，有利于未來存儲器件的進一步發(fā)展推廣與生產。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于芴酮類聚合物駐極體的有機場效應晶體管存儲器，可用于有機半導體新型存儲器和信息技術領域。

背景技術

自1990年代以來，電子設備已成為我們生活的一部分，其中，內存是各種電子信息產品(計算機，移動電話，游戲機，可穿戴設備等)必不可少的組成部分，未來將會從數(shù)據(jù)中提取巨大的價值，因此除了需要強大的計算能力外，海量數(shù)據(jù)存儲對于挖掘數(shù)據(jù)的價值也至關重要。因此，隨著物聯(lián)網(wǎng)，5G，大數(shù)據(jù)和人工智能(AI)時代的到來，存儲半導體市場已經開始了新一輪的爆炸性增長。

然而，隨著摩爾定律的進一步放緩失效，基于無機半導體的平面存儲器其微縮制程已達到物理極限。為應對這一挑戰(zhàn)，人們一方面將目光轉向3-D NVM的利用，另一方面則將重心轉移至新型存儲器的開發(fā)，但從長遠角度來看，3-D NVM設備的利用也只是權宜之計，終將再次陷入尺寸困境，因此，發(fā)展新興的存儲技術成為長久之計。新興的存儲技術主要包括相變PCM，鐵電RAM，磁性RAM，憶阻器，和閃存，與無機存儲材料相比，有機材料具有成本低，可溶液加工，可大面積制備目與柔性基底兼容等諸多優(yōu)點。而基于小分子和聚合物的OFET存儲器作為新型有機存儲器的一種，不僅能夠實現(xiàn)精確的電荷調制，同時還具有無損讀出，多位存儲的功能，此外，還為多功能集成電路打開了可能性，是未來存儲器的重要發(fā)展方向之一。

但相比較于其他新型存儲器，基于聚合物和小分子的OFET Memory還存在著眾多挑戰(zhàn)，如操作電壓大、讀寫速度低、可擦寫速度慢、維持時間短等，為了應對這些挑戰(zhàn)，一方面科學家們從器件層面入手，不斷優(yōu)化器件結構來改善界面勢壘和載流子陷阱，另一方面則著重于對材料的開發(fā)和設計，包括有機半導體層和電荷俘獲層材料。其中有機場效應晶體管存儲器的電荷俘獲層根據(jù)俘獲特性的不同可以分為三種類型：鐵電型、浮柵型、駐極體型，三種俘獲層材料有各自的優(yōu)缺點。

鐵電型的材料有PZT、MXD6或P(VDF/TrFE)等，其場效應晶體管存儲器不會受外界條件影響，能長久的保存數(shù)據(jù)，但存在較大的漏電流、耐受性較差、極化的保持力較差等問題。浮柵型的材料主要為金屬粒子如Au、Ag、Cu，有機材料等的納米粒子、二維材料等，基于鐵電型材料的OFET存儲器存儲密度高、可大面積在柔性襯底上加工，但存在擦寫電壓高、存儲穩(wěn)定性、復雜的加工工藝和器件結構等問題。有機駐極體OFET存儲器在無外電場作用下，能半永久保持電極化狀態(tài)的電介質，捕獲并穩(wěn)定存儲電荷，具有存儲特性和絕緣性等，但存在操作電壓過高、讀寫速度慢、耐受性差、存儲機制與分子結構之間關系不明確等問題。但值得注意的是，相比于浮柵型OFET存儲器，不需要獨立的電荷俘獲層和隧穿層，僅僅一層有機駐極體層就同時實現(xiàn)電荷隧穿和電荷存儲。

駐極體型場效應晶體管存儲器的駐極體材料可有效俘獲電荷并穩(wěn)定電荷，且有機駐極體分子結構具有可設計性，可通過先進的有機合成手段定制，實現(xiàn)低成本的低溫溶液加工，器件結構簡單易制備，與柔性襯底相兼容、與目前CMOS電路兼容度高等諸多優(yōu)點，已成為目前場效應晶體管器件研究的主流。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提出一種基于芴酮類聚合物駐極體的有機場效應晶體管存儲器。