基于叠层有机半导体异质结的有机场效应晶体管多阶存储器

Organic field-effect transistor (OFET) memory devices with multilevel storage characteristics allow to effectively increase memory capacity per unit area without reducing the cell size, which are of great importance in the fields of scientific research and industrial development owing to their high compatibility with complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) technology without increasing the complexity and cost during the manufacturing process. To date, we are still in the early stage of developing multilevel OFET memory devices with difficulties in achieving well-defined multilevel storage characteristics with high memory performance. In this project, we will utilize multilayered organic heterojunctions as the active layer to develop multilevel OFET memory devices, and primarily focus on investigating the energy level, film morphology and thickness of the organic heterojunctions. On this basis, we will improve the multilevel memory performance by combining with the optimizations of the relevant parameters of the charge trapping layer and the gate dielectric layer, and further discuss the intrinsic relevance between the multilayered organic heterojunctions and the memory performance, aiming at fabricating high-performance multilevel OFET memory devices based on multilayered organic heterojunctions to provide useful exploration and technical support for the development of high-density memory devices.

有机场效应晶体管多阶存储器具有多阶存储特性，可在不减少存储单元物理尺寸的前提下使得存储器的单位存储容量获得大幅度提高，并且这种存储器可以很好的与当前的CMOS工艺相兼容，不会增加制造过程的复杂性和生产成本，具有很好的科学研究和产业开发价值。目前有机场效应晶体管多阶存储器的研究在国际上处于起步阶段，主要存在多阶存储特性较难实现且存储性能低等问题。针对上述问题，本项目利用叠层有机半导体异质结作为存储器的有源层，重点从有机半导体异质结的能级匹配和薄膜形貌及其物理厚度等方面进行多阶存储器的研制，并在此基础上，结合电荷存储层和栅介质层的相关参数的优化，以此改进多阶存储器性能，进而探讨叠层有机半导体异质结与存储性能之间的内在关联性，最终制备出高性能的基于叠层有机半导体异质结的有机场效应晶体管多阶存储器，为大容量存储器的研制提供有益探索和技术支持。

基于叠层有机半导体异质结的有机场效应晶体管多阶存储器具有具有高载流子迁移率、优异的存储耐受性和稳定性，可在不减少存储单元物理尺寸的前提下使得存储器的单位存储容量获得大幅度提高，是实现大容量存储器的有效途径。目前有机场效应晶体管多阶存储器的研究在国际上处于起步阶段，主要存在多阶存储特性较难实现且存储性能低等问题。本项目利用Pentacene/Alq3、Pentacene/IQIQ、Pentacene/[DBTDP]2Cu2I2、Pentacene/Cu-CTL、Pentacene/WG3、Pentacene/P13/Pentacene/P13/Pentace、Pentacene/C60/Pentacene/C60/Pentacene等多种结构的有机半导体异质结作为存储器的有源层，并利用Au纳米阵列、PbS量子点阵列、PyPN纳米锥阵列、WG3纳米锥阵列、PMMA纳米孔阵列以及PVK纳米柱和纳米孔阵列等多种具有独立分散且高度有序的纳米结构阵列作为电荷存储层，在上述叠层有机半导体异质结和阵列化电荷存储功能层的协同作用下，成功研制出具有8阶存储特性的大容量有机场效应晶体管存储器，单个信息存储单元的存储容量达到了3比特，存储器操作电压低于10 V，载流子迁移率高达2.06 cm2 /Vs（远高于其有机半导体本征迁移率0.57 cm2 /Vs），具有μs级别的存储速度和高达105的存储电流开关比，其相邻存储态之间的电流开关比远大于10的1次方，有效避免了串码和误读，并且具有优异的存储耐受性和稳定性，在读写擦循环次数超过104次和存储维持时间超过106 s后存储性能没有发生明显变化，进而成功实现了柔性有机场效应晶体管存储器的制备。本项目为多进制有机场效应晶体管非易失性存储器的研制提供了新理念和新策略，有效解决了多进制存储实现难的问题，并且提高了其存储性能。