基于纳米粒子掺杂的有机二极管电存储器研究进展

发布时间：2020-02-24 10:15

【摘要】：有机二极管电存储器(Organic Diode Memories,ODMs)是未来信息存储技术的重要方向,基于纳米粒子掺杂的有机薄膜二极管是有效地设计存储器件与优化存储性能的重要途径.本文介绍了纳米粒子掺杂的有机二极管电存储器的基本原理、存储类型、器件结构以及制备方式,综述了纳米粒子的类型、形貌、掺杂浓度、表面修饰及主体材料对器件存储性能的影响,并在此基础上深入讨论了纳米粒子掺杂的三种存储可能机制:丝状电导机制、场致电荷转移机制和载流子的捕获与释放机制.最后,指出了该领域存在的挑战,并对今后的研究方向进行了展望.
【图文】：

2015年9月第60卷第25期2406多次型存储器(WriteOnceReadManytimes,WORM)和可重复读写多次的闪存型存储器(Flashmemory).WORM型存储器信息一旦写入就不会被擦除,具有反复读取的特征,这种存储功能可以保证其存储的数据不会因为各种意外而丢失或被修改,因此可以用于对重要数据的存档或射频标签等领域,其典型的存储曲线如图2(a)[5]所示.闪存型存储器可以在不同的电信号作用下反复执行写入、读娶擦除等信息操作,这种具有可重写功能的非易失性存储器,已广泛应用于电脑硬盘存储和优盘存储等之中,其典型的存储曲线如图2(b)[6]所示.2纳米粒子掺杂型有机二极管电存储器器件结构和制备方法2.1纳米粒子掺杂型有机二极管电存储器器件结构在纳米粒子掺杂的有机二极管电存储器中,有机材料通常充当掺杂的主体(Matrix),按照纳米粒子在主体材料掺杂位置不同,可分为混掺结构和层状结构,其中层状结构的器件又可以分为浮栅式结构和接触式结构.混掺结构的二极管存储器,是指纳米粒子分散地掺杂在有机主体材料中,这两者的分散体系所形成的活性层薄膜夹于底、顶两电极之间,如图3(a)所示.2009年Son等人[7]报道了器件结构PET/ITO/PMMA+ZnONPs/Al的有机二极管电存储器,采用PET柔性衬底,把ZnONPs均匀掺杂在聚合物介电材料PMMA中,表现出WORM型存储特性.层状结构是指纳米粒子与充当主体的活性层材料各自成层,共同构成整个存储活性层.如果纳米粒子层被夹在有机主体材料之内,则称为浮栅结构,如图3(b)所示.2006年Jung等人[2]报道的器件结构为Al/PI/ZnONPs/PI/p-Si二极管存储器,其中聚合物介电材料聚酰亚胺(PI)作为主体材料,第一层PI是在Si表面热聚合而成,充当隧穿层,ZnONPs采用热蒸镀的方式在PI表面形成纳米浮栅层,第二层PI充当绝缘层,由?

2407评述图3(网络版彩色)纳米粒子掺杂的有机二极管电存储器件结构示意图.(a)混掺型;(b)浮栅型;(c)底接触型;(d)顶接触型Figure3(coloronline)Typicalconfigurationofnanoparticleshybridorganicdiodememorydevices.(a)mixed-type;(b)floatinggate-type;(c)bottomcontact-type;(d)topcontact-type从2%到5%不断增加,器件的写入电压逐渐从9V减小到4V.这是因为高温退火和高掺杂浓度会导致PCBM团簇,当掺杂比例为7%时,在电子透射显微镜(Transmissionelectronmicroscope,TEM)下可观测到PCBM的大团簇已经贯穿了整个活性层,将上下电极连接起来,所以存储器仅表现出高导电态的特性,存储特性随之消失.另外,由于纳米粒子与有机主体材料共混成膜过程中会产生一定程度的聚合或者相分离[10],从而导致活性层与器件电极之间的界面不均一,反映到存储器性能上即表现为同一器件中不同存储单元(cell)的存储特性各异,可重复性差,进而影响器件的稳定性和寿命[11].Xu等人[12]就发现在结构为Au/PEDOT+PSS/Si的有机二极管电存储器中,由于PEDOT与PSS的相分离使导电性消失.Lee等人[13]发现PEDOT和PSS的不均匀混合会产生不同的电子态.而对于层状结构而言,纳米粒子层的厚度和粒径均会对存储器的性能产生影响.如2013年Bo等人[14]报道的结构为ITO/AgNPs/Alq3/Al的有机半导体二极管电存储器,将经过3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)修饰后的ITO浸入银胶体溶液,浸渍的时间分别为48,24和12h,在ITO电极上自组装了不同厚度的AgNPs,随着厚度的增加,器件的ON态和OFF态电流都逐渐增大.此外,当层与层之间是通过蒸镀或旋涂方式成膜时,会产生体相分离或是互混溶解,进而影响存储性能的可重复性.2004年Ouisse等人[15]采用薄膜转移的方式解决了先后旋

【共引文献】

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