有機場效應(yīng)晶體管非易失性存儲器的電荷存儲機制研究.pdf

1、近年來，有機電子學(xué)和有機電子器件在眾多應(yīng)用領(lǐng)域取得了長足的進展。有機場效應(yīng)晶體管、有機發(fā)光二極管、有機太陽能電池、光化學(xué)傳感器等有機電子器件在柔性電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。有機場效應(yīng)晶體管以及基于其結(jié)構(gòu)的非易失性存儲器由于具有工藝簡單、成本低、質(zhì)量輕、可柔性和任意形狀大面積制造等優(yōu)點，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、機半導(dǎo)體材料，這使得有機場效應(yīng)晶體管非易失性存儲器由基礎(chǔ)研究走向產(chǎn)業(yè)化階段成為了可能。
　　由于具有可用單個晶體管實現(xiàn)、非破壞性讀取、易于和邏輯電路集成等優(yōu)點，因此基于有機場效應(yīng)晶體管非易失性存儲器（以下簡稱“有機晶體管存儲器”）被認為是最具有應(yīng)用前景的一類有機存儲器件。有機晶體管存儲器主要是通過存儲在電荷俘獲層的電荷調(diào)制有機半導(dǎo)體層的導(dǎo)電溝道來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。根據(jù)其工作原理和器件結(jié)構(gòu)不同，有機非易失性存儲器可以分為基于有機晶體管結(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單元，能夠有效地抑制被俘獲電荷的橫向流動和泄漏效應(yīng)，從而提高器件的電荷存儲能力。
　　閾值電壓是有機晶體管存儲器的一個非常重要的參數(shù)，其為有機半導(dǎo)體層導(dǎo)電溝道形成時的最小柵極電壓值。當(dāng)存儲層沒有俘獲電荷時，導(dǎo)電溝道剛形成時對應(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，電子或空穴被俘獲進

4、電荷存儲層，閾值電壓會產(chǎn)生正向或負向漂移，因此，器件測試的轉(zhuǎn)移特性曲線會呈現(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為轉(zhuǎn)移特性曲線的拐點，拐點的物理意義是被俘獲的電子剛要從電荷存儲層逃逸出來時對應(yīng)的狀態(tài)點。對于N型半導(dǎo)體來說，我們稱此平行四邊形的左上角頂點為轉(zhuǎn)移特性曲線的拐點，此拐點的物理意義是有機半導(dǎo)體層中的電子剛要注入電荷存儲層時對應(yīng)的狀態(tài)點。有機晶體管存儲器一般用存儲窗口、寫入擦除速度、源漏電流開關(guān)比、記憶保持時間以及

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)比和記憶保持時間將會受到拐點位置的影響，因此，拐點位置隨實驗參數(shù)變化的規(guī)律對于提高存儲器性能至關(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晶體管存儲器，研究了柵壓掃描速度和聚苯乙烯絕緣層厚度對拐點位置的影響，證實了隨掃描速度或聚苯乙烯絕緣層厚度的減小，拐點的橫縱坐標會分別向正向和負向偏移。另外，通過對比實驗證實了讀取電壓在拐點右側(cè)時

6、器件的記憶保持時間比在拐點左側(cè)更長，而源漏電流開關(guān)比更小。同時，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晶體管存儲器，研究了柵壓掃描速度和聚（2-乙烯基萘）薄膜厚度對拐點位置的影響，證實了隨掃描速度或聚（2-乙烯基萘）薄膜厚度的減小，拐點的橫縱坐標會分別向正向和負向偏移。另外，通過對比實驗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有機晶體管存儲器，研