基于双金属纳米颗粒悬浮栅极的有机场效应晶体管非易失性存储器研究

发布时间：2019-10-03 00:07

【摘要】：近年来,伴随着有机半导体材料的发展,有机电子器件已成为人们广泛研究的热点。有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应晶体管以及基于有机场效应晶体管结构的非易失性存储器等有机电子器件的研究均取得了长足的进展。有机场效应晶体管及基于其结构的非易失性存储器由于具有制备工艺简单、成本低廉、重量轻、可大面积制备以及可柔性化等优点,在平板显示、射频识别标签、智能卡片以及传感器阵列等领域展现出巨大的应用前景。很多高性能有机半导体材料在载流子迁移率等物理参数方面已能达到传统非晶硅的水平,这使得有机场效应晶体管及基于其结构的非易失性存储器的广泛应用成为可能。由于具有非破坏性读取方式、可靠的数据存储以及与逻辑电路架构相兼容等优点,有机场效应晶体管非易失性存储器已成为未来有机快闪存储器集成电路基本单元的有力竞争者。基于有机场效应晶体管结构的非易失性存储器其数据存储的实现主要是通过电荷俘获层中存储的电荷对有机半导体层中导电沟道的调制。目前,主要采用三种方式对有机场效应晶体管非易失性存储器的导电沟道进行调制：(1)铁电栅介质材料的剩余极化强度；(2)聚合物驻极体栅介质材料中俘获的电荷；(3)悬浮栅极中存储的电荷。纳米悬浮栅极是指分立的纳米材料用作有机场效应晶体管非易失性存储器的悬浮栅极。与传统的连续悬浮栅极相比,纳米悬浮栅极由于具有彼此分立的电荷存储位置,能够有效地抑制存储电荷的横向移动从而提高非易失性存储器数据存储的可靠性。金属具有较大的功函数选择范围以及在费米能级附近具有大量的占据态和非占据态,非常有利于电荷的存储。此外,金属纳米颗粒在制备过程中,其尺寸和密度相对可控。因此,金属纳米颗粒非常适合用作有机场效应晶体管非易失性存储器的悬浮栅极。银和铂分别是低功函数金属和高功函数金属的典型代表,适于研究悬浮栅极中金属纳米颗粒功函数的差异对有机场效应晶体管非易失性存储器存储行为的影响。在本论文中,我们首先分别以银纳米颗粒和铂纳米颗粒作为悬浮栅极制备了并五苯有机场效应晶体管非易失性存储器,研究了悬浮栅极中金属纳米颗粒功函数的差异对器件存储行为的影响,发现采用低功函数银纳米颗粒悬浮栅极的器件具有较大的负向阂值电压偏移和较小的正向阈值电压偏移,而采用高功函数铂纳米颗粒悬浮栅极的器件具有较大的正向阈值电压偏移和较小的负向阈值电压偏移。之后,我们进一步制备了银-铂双金属纳米颗粒悬浮栅极器件,并在该器件中观察到了存储增益效应——同时具有更大的正向阈值电压偏移和负向阈值电压偏移,获得了很大的存储窗口,实现了高性能的有机场效应晶体管非易失性存储器。结合实验结果,我们提出了表面偶极增强诱导功函数变化的物理模型,成功地解释了存储增益效应。此外,对电子结构的表征进一步证实了我们物理模型的可靠性。本论文关于悬浮栅极中金属纳米颗粒功函数对器件存储行为的影响以及双金属纳米颗粒悬浮栅极器件的研究结果为未来高性能有机场效应晶体管非易失性存储器的设计提供了有意义的指导方向。
【图文】：

示意图,非易失性存储器,有机场效应晶体管,器件结构

场效应晶体管非易失性存储器的结构变祷稍微复杂了一些。在研究中，为了简化逡逑工艺流程，人们通常采用底栅顶接触型［２４，邋３３和顶栅底接触型口３，，邋３巧两种结构制逡逑备有机场效应晶体管非易失性存储器。图１－１给出了这两种器件结构的示意图，其逡逑中图Ｍ（ａ）所示为底栅顶接触型器件结构，图ｌ－ｌ（ｂ）所示为顶栅底接触型器件结构。逡逑２逡逑

有机场效应晶体管,转移特性曲线,非易失性存储器,器件

逦巧１草逡逑性曲线和重复擦写特性曲线来得到这些性能参数。图１－２展示了典型的并五苯有机逡逑场效应晶体管非易失性存储器的转移特性曲线。逡逑＾逦＼逦Ｉ邋ｉｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ逡逑＼邋单１；￡＇邋！逦＼邋一—ｅｒａｓｅｄ逡逑■邋？逦３邋－逦Ｉ逦＼逦＼逦＂邋？邋ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ逦－逡逑Ｃ逦＼逦导逦Ｉ逦．…．＇份，？－？逡逑Ｃ＞邋ｅｒａｓｅｄ＾邋＾邋＼逡逑４０逦－２０邋■0邋＊逦２０逦４０逡逑Ｇａｔｅ邋Ｂｉａｓ邋（Ｖ）逡逑图１－２器件的转移特性曲线逡逑在图１－２中，绿色曲线对应于有机场效应晶体管非易失性存储器的初始转移特逡逑性曲线——在较小的栅极电压范围内（不足Ｗ对器件进行擦写操作）进行扫描测试，逡逑Ｗ确定初始闽值电压ＦＴ＿ｉ。这时电荷存储层中尚未发生电荷注入过程。红色和蓝色逡逑曲线分别对应于器件在写入（Ｆｇ邋＝邋４５Ｖ，Ｉｓ）和擦除（Ｆｇ邋＝邋－４５Ｖ，Ｉｓ）操作Ｗ后的转移逡逑特性曲线，可Ｗ利用它们得到相应的阀值电压这里有三点需要指出：逡逑第一，在转移特性曲线的测试过程中，漏极电压一直设置为－３邋Ｖ，保证器件工作在逡逑线性区。第二，通过对转移特性曲线线性部分作切线的方式来确定阔值电压，如逡逑图１－２中黑色虚线所示。第Ｈ
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386

【共引文献】