[發明專利]基于氟化聚苯乙烯的有機雙極性晶體管存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 202211643125.7
• 申請日: 2022-12-20
• 公開（公告）號: CN115968208A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 朱遠惟;江以航;李盛濤;魯廣昊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H10K10/46
• 分類號: H10K10/46;H10K85/10;H10K71/12;H10K71/16;H10K71/40;C23C14/24;C23C14/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明基于氟化聚苯乙烯的有機雙極性晶體管存儲器及其制備方法，該存儲器從上至下依次包括源漏電極、聚合物駐極體材料氟化聚苯乙烯與半導體共混層、柵極絕緣層、襯底及形成于該襯底之上的柵電極。本發明首次將氟化聚苯乙烯材料作為駐極體介電材料應用到雙極性有機場效應晶體管存儲器中。利用氟化聚苯乙烯材料強駐留電荷能力這一特點，采用氟化聚苯乙烯作為有機雙極性晶體管存儲器的電荷存儲材料，相比于現有的駐極體雙極性晶體管存儲器，增強了存儲性能。同時，氟化聚苯乙烯材料形成的駐極體產生非均勻補償電位修飾半導體層電荷傳輸特性，在單一器件上實現狀態可逆切換的n型和p型電荷傳輸性能的同時，提升了器件的遷移率和開關比。

技術領域

本發明屬于有機電子器件領域，尤其涉及一種基于氟化聚苯乙烯的有機雙極性晶體管存儲器及其制備方法。

背景技術

部分絕緣電介質材料具有將電荷捕獲在材料內部并長期保留的特性，這些捕獲電荷后能長期甚至永久帶電的絕緣介電材料被稱為駐極體。駐極體材料因其具有偶極取向并長期處于極化狀態的特點被廣泛應用于電子設備、過濾織物、靜電印刷和生物醫療滅菌等領域。然而在使用的過程中，駐極體材料內部的電荷群會因為環境因素影響、空氣中的離子被駐極體電荷吸至駐極體中和駐極體的電荷、駐極體內的傳導電流的載流子與駐極體電荷的中和等原因迅速衰減。目前，學術界正在尋找具有更高電荷捕獲密度和更長的保持時間的駐極體材料。

有機場效應晶體管(OFET)作為新一代電子產品的重要組成部分因具有輕量化、環境友好、可大面積加工等優點被廣泛研究與應用。OFET的基礎性能指標有遷移率、開關比、閾值電壓和穩定性，為實現真正的現實應用，要求OFET具有高遷移率、大開關比、低閾值電壓、優異的穩定性這些特點。雙極性場效應晶體管是采用內部既允許空穴也允許電子輸運的雙極性材料，如碳納米管、石墨烯、過渡金屬二硫化物和共軛聚合物制備的晶體管。因其既允許空穴也允許電子輸運的特性，雙極性場效應晶體管可以在不同的狀態下(p型和n型)工作，同時雙極性晶體管擁有著比常規場效應器件更高的運行速度，這些優點使得雙極性晶體管在未來的電路設計中有著重要的地位。然而在雙極性器件的運行過程中因為源漏電極電壓不對稱，柵電極很難同時耗盡整個溝道中傳輸的電子和空穴，這種情況通常會導致雙極性晶體管具有較小的開關比，從而影響器件在未來應用中的發展。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，通過沿通道引入非均勻分布的補償電位來同步調節傳輸通道中不同位置的電荷傳輸，聚合物雙極性晶體管的關斷能力可以顯著提高。這種非均勻補償電位可以由從源極和漏極預先注入到駐極體材料中產生的非均勻分布的駐極體電荷提供，另外，在含有駐極體的雙極性非易失性存儲中，也可以由柵極電壓操縱得到足夠大的轉移特性位移(儲存器內存窗口)。駐極體對電荷的駐留能力也因此成為了影響上述器件性能的關鍵，更強的電荷駐留能力通過改善駐極體內部捕獲電荷密度可以使雙極性晶體管得到更大的非均勻補償電位和儲存器內存窗口，從而得到更加優異的性能。本發明提供了基于氟化聚苯乙烯的有機雙極性晶體管存儲器及其制備方法，目的在于使用氟化聚苯乙烯強的電荷駐留特性這一特點，以得到一種高開關比，高遷移率，在駐極體非均勻補償電位作用下達到在同一器件上獲得狀態可逆切換的n型和p型性能、遷移率和開關比均增強的雙極性晶體管器件。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于氟化聚苯乙烯的有機雙極性晶體管存儲器，該存儲器包括由下到上設置的襯底、柵極、柵極絕緣層、聚合物駐極體與有機半導體共混層、源電極和漏電極。

本發明進一步的改進在于，所述聚合物駐極體與有機半導體共混層中聚合物駐極體的材質為氟化聚苯乙烯，半導體的材質為聚吡咯并吡咯二酮-二(噻吩-2-基)雙(3，4-二氟噻吩-2-基)亞乙基、聚N-(2,2-二氟乙基)丙烯酰胺、聚吡咯并吡咯二酮-四噻吩或紅熒烯中的一種，聚合物駐極體與有機半導體共混層的厚度為40-100nm。

本發明進一步的改進在于，襯底處于所述有機雙極性晶體管存儲器的最底部起支撐作用，襯底的材質為高摻雜硅片、石英玻璃或者柔性材料。