技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體行業(yè)存儲(chǔ)器技術(shù)和光探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于量子點(diǎn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

有機(jī)場效應(yīng)晶體管作為電子電路中的基本元器件，因其具有材料來源廣泛、輕柔、加工工藝簡單的特點(diǎn)，并可應(yīng)用于大面積印刷工藝，非常適合下一代可穿戴電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。同時(shí)有機(jī)場效應(yīng)晶體管從其結(jié)構(gòu)上決定了它具有豐富的功能應(yīng)用，如發(fā)光、存儲(chǔ)、傳感、開關(guān)等，因此在信息電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

作為一種多功能集成器件，有機(jī)光敏場效應(yīng)晶體管電存儲(chǔ)器（OPTM）是有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器（OFET）與有機(jī)光探測器（Organic Phototransistors，OPTs）的集成器件，可應(yīng)用于新型顯示元器件或RFID射頻標(biāo)簽。

有機(jī)場效應(yīng)晶體管又可分為鐵電型、浮柵型、駐極體型三大類型。在這幾種類型中，浮柵型存儲(chǔ)器具有低功耗、低成本、靈活性強(qiáng)、高存儲(chǔ)密度等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注，因此在信息電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前常用的浮柵型存儲(chǔ)材料有：金屬納米粒子、二維納米片、金屬氧化物等。但是它們也存在難以縮小器件尺寸、操作電壓較高、吸收光譜窄、難以集成等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明主要是提出一種基于量子點(diǎn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在難以縮小器件尺寸、操作電壓較高、吸收光譜窄、難以集成等技術(shù)問題。

技術(shù)方案：一種基于量子點(diǎn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器，所述基于量子點(diǎn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)從上到下依次為源漏電極、有機(jī)光敏半導(dǎo)體層、量子點(diǎn)薄膜層、柵絕緣層、柵電極和襯底。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述源漏電極采用的材料選自金屬或有機(jī)導(dǎo)體材料，其厚度為60~100 nm；所述有機(jī)光敏半導(dǎo)體層采用的材料選自并五苯、并四苯、鈦青銅、氟化鈦青銅、紅熒烯、3-己基噻吩或并三苯，所述有機(jī)光敏半導(dǎo)體層的厚度為30~50 nm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述量子點(diǎn)薄膜層中的溶質(zhì)選自硫化鉛、硒化鉛或硫化鋅，所述量子點(diǎn)薄膜層厚5-20nm；所述柵絕緣層采用的材料選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、聚苯乙烯PS或聚乙烯吡咯烷酮PVP，所述柵絕緣層的厚度為50~300 nm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述柵電極采用的材料選自高摻雜硅、鋁、銅、銀、金、鈦或鉭；所述襯底選自高摻雜硅片、玻璃片或塑料PET。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述源漏電極的制備方法為磁控濺射法、噴墨打印法或真空蒸鍍法；所述源漏電極采用的材料選自銅或金；所述有機(jī)光敏半導(dǎo)體層采用真空蒸鍍法成膜。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述基于量子點(diǎn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的制備方法，包括如下步驟：

第一步：配制量子點(diǎn)材料溶液，溶于低沸點(diǎn)溶劑，靜置30min使其分散均勻，其濃度1~10 mg/ml；

第二步：在襯底上依次形成柵電極和柵絕緣層，柵絕緣層的厚度為50~300 nm，制成基片，基片依次用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗10min，超聲頻率為100 KHz，再用高純氮?dú)鈱⒒砻嬉后w吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第三步：將烘干后的潔凈基片使用紫外臭氧處理3~5 min；

第四步：將第三步中制備的基片的柵絕緣層上面旋涂第一步配制好的溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速3000 r/min，旋涂時(shí)間30s，厚度為5~20 nm，形成量子點(diǎn)薄膜層，將旋涂好的樣品在氮?dú)馐痔紫渲?0℃干燥退火30 min；

第五步：在第四步中制備好的樣品的量子點(diǎn)薄膜層上面依次真空蒸鍍有機(jī)光敏半導(dǎo)體層和源漏電極。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：第一步中的低沸點(diǎn)溶劑為甲苯或環(huán)己烷；第四步中的旋涂過程在空氣中進(jìn)行。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：第五步所述真空蒸鍍有機(jī)光敏半導(dǎo)體層材料為并五苯，蒸鍍速率為1?/s，真空度控制在6×10-5pa~6×10-4 pa，采用晶振控制厚度在30~50nm；在制備的有機(jī)光敏半導(dǎo)體層表面加上掩模板進(jìn)行圖案化處理，第五步所述真空蒸鍍的源漏電極材料為銅或金，蒸鍍速率0.5 ?/s，控制厚度在60~100nm，掩模板的溝道寬度為2000 μm，長度為100 μm。

有益效果：本發(fā)明所述一種基于量子點(diǎn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器及其制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1、同時(shí)改善其光響應(yīng)和存儲(chǔ)特性，并具有低操作電壓、高光響應(yīng)速度、高存儲(chǔ)密度和高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性；2、不增加工藝、技術(shù)難度，提供一種簡單的工藝手段制備具有量子點(diǎn)的薄膜，并將其應(yīng)用在OPTM存儲(chǔ)器當(dāng)中，充當(dāng)存儲(chǔ)器的電荷存儲(chǔ)層、光敏增強(qiáng)層，以同時(shí)提高存儲(chǔ)性能和光敏性能；3、一方面利用其粒子直徑達(dá)到納米級(jí)別，是理想的俘獲電荷點(diǎn)并大大提高存儲(chǔ)密度，另一方面利用其吸收光譜廣，增強(qiáng)光敏半導(dǎo)體層的對(duì)入射光的收集效率，提高光生激子分離效率，調(diào)節(jié)薄膜隧穿勢壘，改善器件存儲(chǔ)性能；4、能夠在不增加工藝復(fù)雜度并且在簡單的設(shè)備制備的前提下，有效的提高器件對(duì)入射光的收集效率，增強(qiáng)光電轉(zhuǎn)換效率，降低接觸電阻和電荷隧穿勢壘，從而降低對(duì)操作電壓的依賴，減少能源損耗，為有機(jī)光敏存儲(chǔ)器的商業(yè)化推廣提供一種可行的思路；5、所述存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)同時(shí)改進(jìn)光敏存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)性能和光敏性能；6、所述存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可采用金屬銅作為器件源漏電極，降低了器件制備成本，便于推廣、應(yīng)用；7、本發(fā)明提供的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的制備方法，該方法工藝簡單，便于操作，降低了人力成本。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所述量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)移特性曲線；

圖3為實(shí)施例1中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的施加負(fù)向柵壓存儲(chǔ)窗口特性曲線；

圖4為實(shí)施例1中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的施加正向柵壓且加光存儲(chǔ)窗口特性曲線；

圖5為實(shí)施例1中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的黑暗及加不同波長光（420 nm、550 nm、650 nm）下的回滯曲線；

圖6為實(shí)施例1中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的施加負(fù)向柵壓的存儲(chǔ)性能的維持時(shí)間特性曲線；

圖7為實(shí)施例1中量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器的正向存儲(chǔ)性能的維持時(shí)間特性曲線。

附圖標(biāo)記說明：1、源漏電極，2、有機(jī)光敏半導(dǎo)體層，3、量子點(diǎn)薄膜層，4、柵絕緣層，5、柵電極，6、襯底。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

實(shí)施例1

如圖1所示，第一步：配制硫化鉛溶液，溶劑為甲苯，溶液濃度為1 mg/ml，靜置30 min，使其分散均勻；

第二步：選擇高摻雜硅片作為襯底6，并在襯底6上依次形成柵電極5和柵絕緣層4，柵電極5采用高摻雜硅，柵絕緣層4采用二氧化硅，柵絕緣層4的厚度為50nm，制成基片，基片依次用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗10min，超聲頻率為100 KHz，再用高純氮?dú)鈱⒒砻嬉后w吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第三步：將烘干后的潔凈基片放置在紫外臭氧機(jī)中使用紫外臭氧處理3min；

第四步：在空氣中，將第三步中制備的基片的柵絕緣層4上面旋涂第一步配制好的溶液，形成量子點(diǎn)薄膜層3，旋涂轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速3000 r/min，旋涂時(shí)間30s，厚度為5~20nm，將旋涂好的樣品在氮?dú)馐痔紫渲?0℃干燥退火30 min；

第五步：在第四步中制備好的樣品的量子點(diǎn)薄膜層3上面真空蒸鍍有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2，有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2材料為并五苯，蒸鍍速率為1 ?/s，真空度控制在6×10^-5pa~5×10^-4 pa，采用晶振控制蒸鍍薄膜厚度為50 nm；在制備的有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2表面加上掩模板進(jìn)行圖案化處理，再真空蒸鍍銅充當(dāng)源漏電極1，蒸鍍速率0.5 ?/s，控制厚度在60~80 nm，掩模板的溝道寬度為2000 μm，長度為100 μm。

器件制備完成后，其電學(xué)性能由安捷倫B1500半導(dǎo)體分析儀進(jìn)行表征，數(shù)據(jù)處理繪制成的轉(zhuǎn)移曲線如圖2所示，遷移率達(dá)到0.1cm²/Vs，開關(guān)比達(dá)10⁵。

圖3為器件負(fù)向存儲(chǔ)特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出，器件的寫入窗口很大，而且僅使用5mW/cm²的可見光就可完全擦除回初始位置，體現(xiàn)器件具有很好的低功耗、高光響應(yīng)特性。

圖4為器件加正向柵壓加光（白光）存儲(chǔ)特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出器件寫入窗口較大，并且施加短時(shí)間的負(fù)向柵壓（1s）完全可以擦除回原來位置。

圖5為該器件在黑暗下和不同波長下（420 nm、550 nm、650 nm）的回滯曲線（-30 V~30 V），從圖中可以看出不同波長下的存儲(chǔ)窗口要大于黑暗下的存儲(chǔ)窗口。

圖6的寫入-讀取-擦除（僅用光）-讀取特性數(shù)據(jù)也表面該存儲(chǔ)器具有較好的反復(fù)擦寫能力，經(jīng)過一定周期的擦寫循環(huán)后，器件的擦寫窗口基本沒有變化。

圖7所示的是器件數(shù)據(jù)保持能力，從圖中可以看出經(jīng)過10000s之后，器件的存儲(chǔ)開關(guān)比仍舊保持在10²以上，說明器件的存儲(chǔ)可靠性較高。

所有測試結(jié)果表明，本發(fā)明所涉及的基于量子點(diǎn)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器件性能良好，穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)保持可靠性高，而且制備過程操作簡單，成本低廉，主要工藝過程在溶液中完成、節(jié)約能源，并且能夠大規(guī)模生產(chǎn)。

實(shí)施例2

第一步：配制PbSe量子點(diǎn)溶液，溶劑為甲苯，溶液濃度為1 mg/ml，靜置30 min，使其分散均勻；

第二步：選擇高摻雜硅片作為襯底6，并在襯底6上依次形成柵電極5和柵絕緣層4，柵電極5采用高摻雜硅，柵絕緣層4采用二氧化硅，柵絕緣層4的厚度為50nm，制成基片，基片依次用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗10min，超聲頻率為100 KHz，再用高純氮?dú)鈱⒒砻嬉后w吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第三步：將烘干后的潔凈基片放置在紫外臭氧機(jī)中使用紫外臭氧處理3min；

第四步：在空氣中，將第三步中制備的基片的柵絕緣層4上面旋涂第一步配制好的溶液，形成量子點(diǎn)薄膜層3，旋涂轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速3000 r/min，旋涂時(shí)間30s，厚度為5~20nm，將旋涂好的樣品在氮?dú)馐痔紫渲?0℃干燥退火30 min；

第五步：在第四步中制備好的樣品的量子點(diǎn)薄膜層3上面真空蒸鍍有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2，有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2材料為并五苯，蒸鍍速率為1 ?/s，真空度控制在6×10^-5pa~5×10^-4 pa，采用晶振控制蒸鍍薄膜厚度為30 nm；在制備的有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2表面加上掩模板進(jìn)行圖案化處理，再真空蒸鍍銅充當(dāng)源漏電極1，蒸鍍速率0.5 ?/s，控制厚度在100 nm；掩模板的溝道寬度為2000 μm，長度為100 μm。

本發(fā)明將基于量子點(diǎn)的薄膜引入到有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲(chǔ)器當(dāng)中，通過簡單的工藝手段有效的解決了有機(jī)光敏存儲(chǔ)器操作電壓過高以及光調(diào)控的問題，對(duì)于有機(jī)存儲(chǔ)器商業(yè)化推廣有著重要意義。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。