有机浮栅薄膜晶体管存储器的研制

有机浮栅薄膜晶体管（FG－OTFT）存储器具有工艺简单、成本低，可大面积制备、非破坏性读出与非易失性存储等诸多优点，应用前景广。目前，FG－OTFT存储器的研究在国际上刚刚起步，与无机同类器件相比，其存在编程（P）/擦除（E）电压高、电荷存储保持时间短等缺点。本项目以FG－OTFT存储器的研制及全面提高器件的存储性能为研究内容，重点是降低存储器的P/E电压及延长电荷存储保持时间。为此提出以下创新点：提出金属自发氧化技术同时制备纳米粒子浮栅和势垒层；构建浮栅/势垒层/有源层能级体系；提出双极载流子注入模式的FG-OTFT存储器。对比实验数据，分析器件工作的物理机理，构建合理的物理模型，并以此模型反馈指导FG－OTFT存储器的实验研制。预期研究成果：FG－OTFT存储器P/E电压小于10V，存储电流比大于5000，电荷存储保持时间达1年。

有机浮栅薄膜晶体管（FG－OTFT）存储器具有工艺简单、成本低，可大面积制备、非破坏性读出与非易失性存储等诸多优点，应用前景广。与无机同类器件相比，FG－OTFT存储器存在编程（P）/擦除（E）电压高、电荷存储保持时间短等缺点。本项目以FG－OTFT存储器的研制及全面提高器件的存储性能为研究内容，重点是降低存储器的P/E电压及延长电荷存储保持时间。本项目的主要研究内容包括：（1）有机半导体层、浮栅介质和势垒层材料体系的优选研究，以解决器件制备的工艺兼容性问题，及探索浮栅/势垒层/有源层的能级体系对存储器的电荷注入效率与电荷存储保持时间的影响；（2）器件结构及浮栅介质层的微结构与形貌研究以提升FG－OTFT存储器的各项性能参数；（3）构建双极性载流子注入并存储在浮栅的模式以改善FG-OTFT存储器的各项性能参数；（4）以实验数据为基础开展相关理论模拟研究。项目实施按照申请书原计划执行，取得了一定的成果，研制的器件性能参数达到预期目标。其中，采用超薄的聚合物P（MMA-GMA）做电荷存储介质层获得的光电复合编程/电擦除的OTFT存储器可以在±5V的P/E电压下获得良好的非易失性存储特性。分别以多种金属纳米粒子及聚合物PVA做为浮栅介质，开展了一系列的研究工作，获得了双极性载流子注入并俘获在浮栅的非易失性FG-OTFT存储器，优化了器件结构，全面提升了器件的各项性能参数，其P/E工作电压可控制在30V内，存储电流比高达10000，电荷存储保持时间可以长达10年。提出并使用了异质结有机半导体改善非易失性OTFT存储器的性能，其P/E工作电压可控制在25V内，电荷存储保持时间可长达10年。项目执行期间，相关研究成果已发表SCI研究论文10篇,EI研究论文1篇。在本项目研究中，基于双极性载流子注入并俘获在浮栅层对于FG-OTFT存储器性能改善的实现，及获得具有良好工作稳定性的FG-OTFT存储器的研究提供了一定的借鉴意义；获得了具有良好的环境稳定性与机械耐久性的柔性FG-OTFT存储器，克服了当前产业化的无机存储器难以实现的目标，有望开发出新型的应用型产品；获得了基于全溶液法构筑FG-OTFT存储器除了三个终端电极之外的核心体系，此工艺在产业化批量制备方面有很大的成本优势；也实现了基于光电复合编程的多位非易失性存储器，有望为实现高密度存储提供一种策略性的研究方向。