有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管非易失性存儲(chǔ)器的電荷存儲(chǔ)機(jī)制研究.pdf

1、近年來，有機(jī)電子學(xué)和有機(jī)電子器件在眾多應(yīng)用領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽能電池、光化學(xué)傳感器等有機(jī)電子器件在柔性電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及基于其結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器由于具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、質(zhì)量輕、可柔性和任意形狀大面積制造等優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)顯示的晶體管陣列、智能卡片、傳感器、電子紙以及大面積電子皮膚等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。目前很多高性能有機(jī)半導(dǎo)體材料載流子遷移率已經(jīng)接近于傳統(tǒng)的無

2、機(jī)半導(dǎo)體材料，這使得有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管非易失性存儲(chǔ)器由基礎(chǔ)研究走向產(chǎn)業(yè)化階段成為了可能。
　　由于具有可用單個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)、非破壞性讀取、易于和邏輯電路集成等優(yōu)點(diǎn)，因此基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管非易失性存儲(chǔ)器（以下簡(jiǎn)稱“有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器”）被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的一類有機(jī)存儲(chǔ)器件。有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器主要是通過存儲(chǔ)在電荷俘獲層的電荷調(diào)制有機(jī)半導(dǎo)體層的導(dǎo)電溝道來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。根據(jù)其工作原理和器件結(jié)構(gòu)不同，有機(jī)非易失性存儲(chǔ)器可以分為基于有機(jī)晶體管結(jié)

3、構(gòu)的鐵電聚合物型、駐極體聚合物型、懸浮柵極等幾種主要類型。納米顆粒懸浮柵極與傳統(tǒng)的連續(xù)性懸浮柵極材料相比，具有分立式電荷存儲(chǔ)單元，能夠有效地抑制被俘獲電荷的橫向流動(dòng)和泄漏效應(yīng)，從而提高器件的電荷存儲(chǔ)能力。
　　閾值電壓是有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的一個(gè)非常重要的參數(shù)，其為有機(jī)半導(dǎo)體層導(dǎo)電溝道形成時(shí)的最小柵極電壓值。當(dāng)存儲(chǔ)層沒有俘獲電荷時(shí)，導(dǎo)電溝道剛形成時(shí)對(duì)應(yīng)的柵極電壓為初始閾值電壓。以P型半導(dǎo)體為例，當(dāng)柵極加適當(dāng)?shù)钠珘簳r(shí)，電子或空穴被俘獲進(jìn)

4、電荷存儲(chǔ)層，閾值電壓會(huì)產(chǎn)生正向或負(fù)向漂移，因此，器件測(cè)試的轉(zhuǎn)移特性曲線會(huì)呈現(xiàn)近似平行四邊形的形狀，我們稱此平行四邊形的右上角頂點(diǎn)為轉(zhuǎn)移特性曲線的拐點(diǎn)，拐點(diǎn)的物理意義是被俘獲的電子剛要從電荷存儲(chǔ)層逃逸出來時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)。對(duì)于N型半導(dǎo)體來說，我們稱此平行四邊形的左上角頂點(diǎn)為轉(zhuǎn)移特性曲線的拐點(diǎn)，此拐點(diǎn)的物理意義是有機(jī)半導(dǎo)體層中的電子剛要注入電荷存儲(chǔ)層時(shí)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)。有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器一般用存儲(chǔ)窗口、寫入擦除速度、源漏電流開關(guān)比、記憶保持時(shí)間以及

5、耐受性等參數(shù)來表征。器件的性能尤其是源漏電流開關(guān)比和記憶保持時(shí)間將會(huì)受到拐點(diǎn)位置的影響，因此，拐點(diǎn)位置隨實(shí)驗(yàn)參數(shù)變化的規(guī)律對(duì)于提高存儲(chǔ)器性能至關(guān)重要。
　　在本論文中，我們首先以金納米顆粒和聚苯乙烯隧穿絕緣層作為電荷俘獲層制備了并五苯有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器，研究了柵壓掃描速度和聚苯乙烯絕緣層厚度對(duì)拐點(diǎn)位置的影響，證實(shí)了隨掃描速度或聚苯乙烯絕緣層厚度的減小，拐點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)會(huì)分別向正向和負(fù)向偏移。另外，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)了讀取電壓在拐點(diǎn)右側(cè)時(shí)

6、器件的記憶保持時(shí)間比在拐點(diǎn)左側(cè)更長(zhǎng)，而源漏電流開關(guān)比更小。同時(shí)，我們以駐極體聚（2-乙烯基萘）作為電荷俘獲層制備了并五苯有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器，研究了柵壓掃描速度和聚（2-乙烯基萘）薄膜厚度對(duì)拐點(diǎn)位置的影響，證實(shí)了隨掃描速度或聚（2-乙烯基萘）薄膜厚度的減小，拐點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)會(huì)分別向正向和負(fù)向偏移。另外，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)得到了與之前相同的結(jié)論。最后，我們以金納米顆粒和聚苯乙烯隧穿絕緣層作為電荷俘獲層制備了PTCDI-C13H27有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器，研