基于铁电有机材料的存储器件应用研究

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近年来随着科学技术的快速进步,有机电子学也得到了迅速发展。而且由于有机电子器件与传统无机器件相比,尤其在材料的获取、工业生产过程以及实际应用等方面有着独特的性能,因此人们对有机材料、有机电子器件以及各种相关的有机电子器件应用的研究方面,受到世界各大高校以及科研单位的重视。有机材料在场效应晶体管中可以作为半导体沟道或者栅极绝缘层,无论是材料本身的属性还是制备方法的多样性,都为未来电子器件的发展提供了更多的可能。另外基于铁电有机材料的场效应晶体管存储器也存在着诸多的问题,例如存储时间短,存取数据时间长,运行速度慢等。从而也制约着有机存储器件在商业方面的应用。但是铁电有机存储器无疑又是一类非常值得关注的存储器件,因为有机材料的使用可以使存储器件大面积、可柔性、超高集成度成为可能,所以在未来的存储器发展中有机存储器件更加具有优势。本论文主要围绕铁电有机材料及其在场效应晶体管存储器件方面的应用,具体研究了以下二个工作,如下:1、本工作中研究了利用二维(2D)有机分子晶体半导体dioctylbenzothienobenzothiophene(C8-BTBT)和铁电聚合物 poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)(P(VDF-TrFE))制备高速铁电有机场效应晶体管存储器。该工作中利用溶液相制备工艺,制备2D分子晶体半导体C8-BTBT薄膜和铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜。其次,利用溶液的垂直相分离法在铁电聚合物层和有机半导体层之间生长一层超薄的poly(methyl methacrylate)(PMMA),这层超薄的PMMA不仅可以降低栅绝缘层的粗糙度使得半导体层C8-BTBT很好的贴附在栅绝缘层P(VDF-TrFE)上,还可以抑制界面极化波动提高载流子输运。而且由于超薄的2D分子晶体的使用可以提高电荷注入的效率,所以我们制备出的铁电有机场效应晶体管(Fe-OFETs)器件可以获得较高电学性能。从制备的器件中提取出5.6cm2/Vs的高载流子迁移率和高达106的开关比。并且制备的器件还表现出两个状态之间的快速转换,分别是从打开状态到关闭状态的~2.9ms延迟和从关闭状态到打开状态的~3.0ms延迟。我们的工作还将有望在柔性衬底上制备场效应晶体管存储器,那么我们的工作在未来使实现制备大面积、高性能、低成本和快速反应的铁电有机场效应晶体管存储器成为可能。2、本工作研究了利用铁电聚合物P(VDF-TrFE)和无机氧化物氧化铟硅(InSiO)相结合制备高性能铁电场效应晶体管(Fe-FET)存储器件。本工作是将铁电有机材料与无机氧化物材料相结制备出高性能器件。在栅极绝缘层P(VDF-TrFE)退火处理过程中,P(VDF-TrFE)和InSiO界面处的相互作用致使了导电沟道中电荷密度的增加,从而影响了器件的电学性能。另外我们还研究了在P(VDF-TrFE)不同的退火过程中,器件的一系列电学性能比较。在低频状态下,我们制备的器件获得了高达84.1cm2/Vs的电子迁移率。本研究结果表明,我们制备的Fe-FET存储器开拓了下一代电子产品的研究和应用领域。
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