有机场效应晶体管（OFET）型浮栅存储器的研制

发布时间：2020-06-04 00:05

【摘要】：存储器作为信息存储、传输以及交流的主要载体,在人们日常生活中越来越不可缺少。有机场效应晶体管(OFET)型浮栅存储器因具有无损读出、可单晶体管存储以及与半导体集成工艺兼容等优势成为了有机存储器件研究的重要方向。本论文使用多晶硅(poly-Si)和碳量子点(C-QDs)作为浮栅制备了OFET型浮栅存储器,并分析了器件特性。主要内容如下:以多晶硅作浮栅,研制了结构为重掺杂的硅衬底(n~(++)-Si)/SiO_2/poly-Si/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/并五苯(pentacene)/Au的OFET型浮栅存储器。研究结果表明,随着PMMA隧穿层薄膜厚度的增加,器件的迁移率、同栅压下器件的沟道电流以及器件的存储窗口减小。PMMA隧穿层的退火时间会影响隧穿层薄膜的粗糙度,过长和过短的退火时间都将导致器件特性变差。对OFET型多晶硅浮栅存储器的电荷保持时间进行测试,结果表明,存储在多晶硅浮栅的载流子在100 s内快速流失,1000 s后只有初始值的40%。使用一步微波合成法制备了碳量子点,并将其应用在OFET型浮栅存储器中。研制了结构为n~(++)-Si/SiO_2/C-QDs+聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/pentacene/Au和n~(++)-Si/SiO_2/PVP/pentacene/Au的器件。研究结果表明,碳量子点浓度会影响器件各功能层粗糙度,当碳量子点浓度为碳量子点原液与无水乙醇1:1稀释时,器件特性最好。在光照条件下对制备得到的OFET型碳量子点/PVP混合浮栅存储器进行编程和擦除,成功增大了存储器的存储窗口和电荷保持时间。研制了结构为n~(++)-Si/SiO_2/poly-Si/C-QDs/PMMA/pentacene/Au的OFET型双浮栅存储器。研究结果表明,碳量子点有效地改善了基于多晶硅浮栅的OFET型浮栅存储器的器件特性,将器件迁移率从单多晶硅浮栅的0.04 cm~2 V~(-1) s~(-1)提高到了0.06 cm~2 V~(-1) s~(-1),增强了器件对电荷的存储能力并且在编程电压和擦除电压V_P/V_E=±55 V时,产生了近40 V的存储窗口。
【图文】：

改变器件内建电场，使得器件在同一读取电压下具有两个不同的沟电压，对不同的沟道电流和阈值电压的大小进行数据区分，对应二”和“1”来实现数据存储。本论文的主要研究就是基于 OFET 结构制。FET 型浮栅存储器的研究背景OFET 型浮栅存储器的研究进展ahng[12]等在 1967 年制备出了首个非易失性浮栅存储器，此后“浮栅用在无机存储器件中，直至 2002 年才进入有机半导体存储器rush[13]等在 2003 年使用亚苯基-噻吩低聚物（Mixed Phenylene Thmer）作活性层，在两层玻璃树脂间淀积金（Au）作为浮栅层制备了构的有机半导体存储器，如图 1-1 所示。研究发现位于半导体/电介储电荷对器件的存储起主要作用，该结论引起了人们对 OFET 型浮发热潮。

兰州大学硕士学位论文 有机场效应晶体管（OFET）型浮栅存储器的研特性良好。Li[24]等在柔性衬底上使用高迁移率的 n 型半导体与高 k 绝缘材料制备出了在低工作电压下高迁移率和长保持时间的存储器。随着 OFET 型浮栅存储器的发展，因为简单的溶液处理技术、优异的物理和化学性质、三维（3D）堆叠能力以及低成本等优势，二维材料在浮栅存储器的研究中引起了广泛的关注，特别是石墨烯（Graphene）和二硫化钼（Molybdenudisulfide，简称 MoS2）被认为是传统半导体有前途的替代品[25-27]。2014 年，Kang[2等成功使用化学液相剥离法制备的二硫化钼作浮栅，P3HT 的氯苯溶液作为有机半导体层，PMMA 和 PS 分别作为栅绝缘层和隧穿层，制备了保持时间达十年之久的 OFET 型浮栅存储器，如图 1-5 所示。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP333;TN386

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