本發(fā)明屬于半導(dǎo)體行業(yè)存儲器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器及其制備方法。

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，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、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。

電荷傳輸層中有一類可以永久保存電荷的絕緣材料。因為可以長時間存儲電荷，聚合物電介體已經(jīng)被用于傳感器、電子顯影、光學(xué)顯示系統(tǒng)等多種應(yīng)用中。目前已經(jīng)有了很多高速、長維持時間的電介體型有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的報道。

為了優(yōu)化電荷傳輸層，人們做了很多努力，使用不同的材料，例如無機(jī)材料，有機(jī)分子和聚合物，以及金屬納米粒子都被證實可作為電荷存儲層，有效的提高非易失性有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的性能，并且這些材料具有來源廣泛，可進(jìn)行分子工程化，價格低廉等特點從而更推進(jìn)了有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種自阻擋層的有機(jī)場效應(yīng)晶體管光敏存儲器及其制備方法，使用兩種聚合物材料，所述的存儲器能夠同時改善存儲特性，并具有低操作電壓、高光響應(yīng)速度、高存儲密度和高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明主要是提出一種自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在材料來源不廣泛、操作電壓較高、光響應(yīng)速度抵、存儲密度低和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性低等技術(shù)問題。

技術(shù)方案：一種自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器，所述自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器從上到下依次為源漏電極、有機(jī)光敏半導(dǎo)體層、柵絕緣層和襯底，所述有機(jī)光敏半導(dǎo)體層和柵絕緣層之間設(shè)有混合聚合物自阻擋薄膜層，所述混合聚合物自阻擋薄膜層中的聚合物選自聚乙烯咔唑pvk、聚苯乙烯ps、聚甲基丙烯酸甲脂pmma中的兩種，所述混合聚合物自阻擋薄膜層厚15-25nm。

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，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60~100nm，其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。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：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)體層采用真空蒸鍍法成膜，有機(jī)光敏半導(dǎo)體層的厚度為30~50nm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述柵絕緣層采用的材料選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或聚乙烯吡咯烷酮pvp，柵絕緣層的厚度為50~300nm；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：所述襯底上設(shè)有柵電極，所述柵電極采用的材料選自高摻雜硅、鋁、銅、銀、金、鈦或鉭。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的制備方法，包括如下步驟：

第一步：配置兩種聚合物溶液，將兩種聚合物分別溶于低沸點溶劑，濃度均為5mg/ml，靜置分散均勻后混合得到混合聚合物溶液；

第二步：在襯底上依次形成柵電極和柵絕緣層，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100khz，再用高純氮氣將基片表面液體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3~5min；

第四步：在空氣中，將第三步中制備的基片上面旋涂第一步配制好的混合聚合物溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為3000r/min，旋涂時間30s，厚度為15~25nm，形成混合聚合物自阻擋薄膜層，在空氣中，將旋涂好的基片放在80℃的烘箱里干燥退火30min；

第五步：在第四步中制備好的混合聚合物自阻擋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：所述第一步中的低沸點溶劑為甲苯、氯苯、三氯甲烷或氯仿，所述實驗室室溫保持在25℃。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述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5×10^-4pa以下，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；所述掩模板的溝道寬度為2000μm，長度為100μm。

有益效果：本發(fā)明所述一種自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲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、將自阻擋層及其制備方法應(yīng)用在有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器當(dāng)中，充當(dāng)器件的電荷存儲的源漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體層的薄膜層，這種混合聚合物薄膜，利用其粒子尺徑達(dá)到納米級別，是理想的俘獲電荷點并大大提高存儲密度，調(diào)節(jié)薄膜隧穿勢壘，改善器件存儲性能；2、能夠同時改善存儲特性，并具有低操作電壓、高光響應(yīng)速度、高存儲密度和高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性等特點；3、本發(fā)明提供的這種有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器結(jié)構(gòu)，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，有效的提高器件對捕獲空穴的效率，降低接觸電阻和電荷隧穿勢壘，從而降低對操作電壓的依賴，減少能源損耗，為有機(jī)光敏存儲器的商業(yè)化推廣提供一種可行的思路；4、所述存儲器結(jié)構(gòu)同時改進(jìn)存儲器的耐受性；5、所述存儲器結(jié)構(gòu)同時改進(jìn)光敏存儲器的存儲性能和光敏性能；6、所述存儲器結(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)明所述自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例位ps:pvk=1：0在-120v柵壓寫入的轉(zhuǎn)移特性曲線圖；

圖3為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例為ps:pvk=1：1在-120v柵壓寫入的轉(zhuǎn)移特性曲線圖；

圖4為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例為ps:pvk=5：1在-120v柵壓寫入的轉(zhuǎn)移特性曲線圖；

圖5為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例為ps:pvk=10：1在-120v不同柵壓寫入的轉(zhuǎn)移特性曲線圖；

圖6為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例為ps:pvk=1：1的讀寫擦循環(huán)圖；

圖7為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例為ps:pvk=5：1的讀寫擦循環(huán)圖。

圖8為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層比例為ps:pvk=10：1的讀寫擦循環(huán)圖。

圖9為實施例1中自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的自阻擋層ps:pvk為不同比例的維持時間圖。

附圖標(biāo)記說明：1、源漏電極，2、有機(jī)光敏半導(dǎo)體層，3、混合聚合物自阻擋薄膜層，4、柵絕緣層，5、襯底。

具體實施方式

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

實施例1

如圖1-9所示，第一步：在25℃下，配置聚苯乙烯ps溶液，溶液濃度為5mg/ml，在溶劑為甲苯的溶液中靜置12h，使其分散均勻；

第二步：配置聚乙烯咔唑pvk溶液，溶液濃度為5mg/ml，在溶劑為甲苯的溶液中靜置2h，使其分散均勻；

第三步：將配置的ps溶液和pvk溶液分別按1：1、5：1、10：1和1：0體積比摻雜；

第四步：在襯底5上依次形成柵電極和柵絕緣層4，柵絕緣層4的厚度為300nm，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100khz，再用高純氮氣將基片表面液體吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第五步：將第四步中干燥好的基片放置如紫外臭氧機(jī)中處理3min；

第六步：在空氣中，將第五步處理好的基片表面旋涂第三步配置好的溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為3000r/min，旋涂時間30s，厚度控制在20nm，形成混合聚合物自阻擋薄膜層3；在空氣中，將旋涂好的基片放在80℃的烘箱里干燥退火30min；

第七步：在第六步中制備的混合聚合物自阻擋薄膜層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5×10^-4pa以下，采用晶振控制蒸鍍薄膜厚度為50nm，制得有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2；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60~80nm；掩模板的溝道寬度為2000μm，長度為100μm。

器件制備完成后，其電學(xué)性能由安捷倫4200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2-9所示。

圖2為器件的自阻擋薄膜層為單純ps分別施加-120v柵壓的負(fù)向存儲特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出，在施加相當(dāng)大的負(fù)向柵壓時，器件也沒有很大的存儲窗口。

圖3為器件的自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例1：1時，分別施加-120v柵壓的負(fù)向存儲特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出，器件在相同柵壓下的存儲窗口要比單純的ps圖2的要大，施加-120v柵壓時存儲窗口可達(dá)到22.2v。

圖4為器件的自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例5：1時，分別施加-120v柵壓的負(fù)向存儲特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出，器件在相同柵壓下的存儲窗口要比單純的ps圖2的要大，比混合介電層ps：pvk摻雜比例1：1略小，施加-120v柵壓時存儲窗口可達(dá)到20.4v。

圖5為器件的自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例10：1時，分別施加-120v柵壓的負(fù)向存儲特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出，器件在不同柵壓下的存儲窗口都要比單純的ps圖2的要大，比混合介電層ps：pvk摻雜比例5：1要小，施加-120v柵壓時存儲窗口可達(dá)到12.7v。

圖6為器件的自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例1：1時的讀寫擦循環(huán)，電流開關(guān)比沒有發(fā)生較大變化，且20個讀寫擦循環(huán)后電流開關(guān)比為1.2x10²。

圖7為器件的自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例5：1時的讀寫擦循環(huán)，電流開關(guān)比很平穩(wěn)，且20個讀寫擦循環(huán)后電流開關(guān)比為3.5x10²。

圖8為器件的自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例10：1時的讀寫擦循環(huán)，電流開關(guān)比沒有發(fā)生較大變化，且20個讀寫擦循環(huán)后電流開關(guān)比為8.3x10¹。

圖9為器件的自阻擋薄膜層不同比例摻雜的維持時間，混合介電層ps：pvk摻雜比例10：1時，10000s后的電流開關(guān)比達(dá)到1.8x10¹；混合介電層ps：pvk摻雜比例5：1時，10000s后的電流開關(guān)比達(dá)到1.2x10³；混合介電層ps：pvk摻雜比例10：1時，10000s后的電流開關(guān)比達(dá)到2.8x10²。

所有測試結(jié)果表明，本發(fā)明所涉及的自阻擋層結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器件性能良好，穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)保持可靠性高，自阻擋薄膜層ps：pvk摻雜比例10：1時的器件與ps：pvk摻雜比例1：1與10：1的器件相比較發(fā)現(xiàn)，它的存儲窗口較大；耐受性和穩(wěn)定性更好；電流開關(guān)比最大。并且在制備過程操作簡單，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)。

實施例2

第一步：在25℃下，配置聚甲基丙烯酸甲脂pmma溶液，溶液濃度為5mg/ml，在溶劑為甲苯的溶液中靜置12h，使其分散均勻；

第二步：配置聚乙烯咔唑pvk溶液，溶液濃度為5mg/ml，在溶劑為甲苯的溶液中靜置2h，使其分散均勻；

第三步：將配置的pmma溶液和pvk溶液分別按1：1、5：1、10：1和1：0體積比摻雜；

第四步：在襯底5上依次形成柵電極和柵絕緣層4，柵絕緣層4的厚度為300nm，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100khz，再用高純氮氣將基片表面液體吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第五步：將第四步中干燥好的基片放置如紫外臭氧機(jī)中處理3min；

第六步：在空氣中，將第五步處理好的基片表面旋涂第三步配置好的溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為3000r/min，旋涂時間30s，厚度控制在10nm，形成混合聚合物自阻擋薄膜層3；在空氣中，將旋涂好的基片放在80℃的烘箱里干燥退火30min；

第七步：在第六步中制備的混合聚合物自阻擋薄膜層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5×10^-4pa以下，采用晶振控制蒸鍍薄膜厚度為30nm，制得有機(jī)光敏半導(dǎo)體層2；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100nm；掩模板的溝道寬度為2000μm，長度為100μm。

本發(fā)明將基于自阻擋聚合物的薄膜引入到有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器當(dāng)中，通過簡單的工藝手段有效的解決了有機(jī)存儲器存儲窗口小、耐受性差的問題，對于有機(jī)存儲器商業(yè)化推廣有著重要意義。

將自阻擋層及其制備方法應(yīng)用在有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器當(dāng)中，充當(dāng)器件的電荷存儲的源漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體層的薄膜層，這種混合聚合物薄膜，利用其粒子尺徑達(dá)到納米級別，是理想的俘獲電荷點并大大提高存儲密度，調(diào)節(jié)薄膜隧穿勢壘，改善器件存儲性能；能夠同時改善存儲特性，并具有低操作電壓、高光響應(yīng)速度、高存儲密度和高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性等特點；本發(fā)明提供的這種有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器結(jié)構(gòu)，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，有效的提高器件對捕獲空穴的效率，降低接觸電阻和電荷隧穿勢壘，從而降低對操作電壓的依賴，減少能源損耗，為有機(jī)光敏存儲器的商業(yè)化推廣提供一種可行的思路；所述存儲器結(jié)構(gòu)同時改進(jìn)存儲器的耐受性；所述存儲器結(jié)構(gòu)同時改進(jìn)光敏存儲器的存儲性能和光敏性能；所述存儲器結(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；本發(fā)明提供的有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器的制備方法，該方法工藝簡單，便于操作，降低了人力成本。

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