基于光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器的研究

Light-activated organic field-effect transistors non-volatile memory devices (OFETNVMs), which utilize light irradiation as an approach to program or erase data, are considered to have a promising development prospect and practical application value as a new kind of memory devices owing to the advantages of high density, fast switching, good data security and low dependence on electricity. Currently, the research on the light-activated OFETNVMs is still in an early state, and the practical application of this type of memory devices is mainly restricted by their low memory performance, as well as their paradoxical working mechanism.To solve the problems above, we will focus on reducing the operating voltage of light-activated OFETNVMs and improving the retention time and program/erase cycles by various methods, such as utilizing organic semiconductor heterostructure as light-induced layer, constructing array process to the surface morphology of charge-trapping layer and optimizing the thickness, as well as employing cross-linked polymer with high dielectric constant as the dielectric insulator, and so on. Meanwhile, we will construct a rational memory model according to the experimental characterization and data analysis of the relevant electrical characteristics, and eventually develop high-performance light-activated OFETNVMs. The above study can provide technical reserves for developing the next generation memory devices.

基于光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器是一种利用光照作为信息写入和擦除手段的新型存储器，这种存储器具有存储密度高、存储速度快、数据安全性高、对电力依赖性低等诸多优点，拥有良好的开发前景和应用价值。目前基于光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器的研究在国际上刚刚起步，主要存在着存储性能低且机理阐释不清等问题，制约了它的实际应用。为解决以上问题，本项目提出利用有机半导体异质结作为光子感应层，对电荷存储层薄膜表面形貌进行阵列化处理及厚度优化，采用高介电常数的交联聚合物作为栅绝缘层等方法，重点降低光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器的操作电压和延长其存储的维持时间以及读写擦循环次数。并根据相关光电性能参数的实验表征和数据分析，构建合理的存储模型，最终研制出高性能的光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器，从而为研制下一代的存储器提供技术储备。

基于光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器是一种利用光照作为信息写入和擦除手段的新型存储器，这种存储器具有存储密度高、存储速度快、数据安全性高、对电力依赖性低等诸多优点，拥有良好的开发前景和应用价值。目前基于光调控的有机场效应晶体管非易失性存储器的研究在国际上刚刚起步，主要存在着存储性能低且机理阐释不清等问题，制约了它的实际应用。本项目通过设计Pentacene/P13/Pentacene、Pentacene/PFO、Pentacene/PVK、Pentacene/Alq3和BMThCE/CuPc等一系列的有机半导体光子感应层，通过湿法构筑了宽带隙有机半导体WG3纳米柱、聚合物电介体多孔阵列PMMA、聚合物半导体多孔阵列PVK、卟啉类材料DPP纳米纤维阵列以及超晶格单层金颗粒阵列等纳米结构阵列作为电荷存储层，利用不同频率的光照作为存储器独立的信息写入和擦除的手段，成功制备了既能光写入又能光擦除的高性能有机场效应晶体管非易失性存储器，其操作电压低于10 V，具有稳定的读写擦循环次数（超过104次）和超长的维持时间（超过105 s，维持时间10年以上），进而基于双栅绝缘层策略，研制出高性能的柔性晶体管存储器，该柔性存储器在反复挠曲10000次后存储性能没有发生明显的衰减，其存储性能部分指标已达到国际先进水平，在此基础上，本项目对光调控存储器的存储机理进行了合理的解释，论证了有机半导体光子感应层中分子构型、能级匹配、薄膜形貌及其物理厚度是影响光编程存储实现主要因素，本项目成功实现了独立的光学信息精密编程，为高性能有机场效应晶体管存储器的研制提供了新策略，丰富了有机晶体管存储器的研究体系，并且拓展了对存储机制的阐释。