金属纳米点增强的新型有机晶体管存储器的性能调控与存储机理研究

有机晶体管存储器具有大面积、低成本和柔性化的优点受到广泛关注，但目前仍存在性能低、稳定性差等问题。本项目提出了一种新型的金属纳米点增强的有机晶体管存储器，显著改善了有机存储器的存储能力，对于发展高性能存储器具有关键作用。本项目拟采用不同金属纳米点的尺寸及能级水平，提高器件的存储性能。针对半导体层与金属颗粒层的能级匹配问题进行研究，分析电荷转移、载流子的输运过程和存储机理的关系，建立金属纳米点的能级水平与存储性能的定量关系。通过选用合适的电荷阻挡层，改善存储器的电荷保持能力。选用合适的高介电常数薄膜为栅介质，研究低操作电压下器件的存储性能，降低器件的能耗。通过本项目研究，可望在理论上揭示金属纳米点对存储性能的影响规律， 阐明基于电荷传输的存储机制。在应用上，通过研究其新结构设计、材料体系及存储机制，实现大存储窗口、低操作电压及优异电荷保持特性的有机晶体管存储器。

有机薄膜晶体管存储器具有大面积、低成本和柔性化的优点受到广泛关注，目前仍存在性能低、稳定性差等问题。针对上述问题，本项目对有机薄膜晶体管的结构进行改进，将金属纳米点置于两层半导体有源层的内部，制备了三明治结构的有机薄膜晶体管存储器，显著改善了有机存储器的存储能力。我们首先选用PS、PMMA及OTS、HMDS等单分子层对栅介质层进行修饰。研究发现经PS 层和 HMDS 双重修饰的有机薄膜晶体管呈现出优异的电学性能，器件的载流子迁移率达到1.05 cm2/Vs，是单一PS缓冲层修饰的两倍；为了改善电荷的保持能力，我们尝试使用SiO2, LiF，ZnS等不同的电荷阻挡层，加入到金属银纳米颗粒与并五苯活性层中间。当LiF层的厚度从0增加到3 nm的时候，存储器的载流子迁移率从0.15增加到0.43 cm2/Vs。由于LiF厚度增加，使银颗粒穿透进入并五苯层的深度降低，导致存储窗口从60 V降低到37 V。然而，电荷保持能力却得到大幅度改善，在测量时间50000s内开关比从5增加达50，提高了电荷俘获存储的可靠性，为调控存储性能提供了新的方法；为了降低器件的操作电压，我们使用溶胶凝胶和旋转涂覆相结合的液相技术，制备了高性能的ZrTiOx非晶氧化物介电薄膜。通过控制组分及退火温度，获得了介电常数为53，单位面积电容为467 nF/cm2的ZrTiOx薄膜。并将其应用于有机薄膜晶体管存储器中，操作电压降低到了6 V，为低成本制备有机电子器件提供了一个崭新途径。为了实现有机薄膜晶体管存储器的低温制备技术，我们使用室温紫外光化学辐照制备的高k薄膜为介电层，制备了操作电压低、载流子迁移率高的有机薄膜晶体管存储器。该器件存储窗口可达4V, 电荷保持时间达40000s，实现了低能耗、高性能的有机薄膜晶体管存储器，为有机电子器件的低温制备提供了一种可能的方法。结合电荷在银纳米颗粒中的俘获过程，以及栅电压的极性和扫描方向对存储窗口差异的影响，我们还对基于电荷传输的存储机制做了分析。通过本项目对有机薄膜晶体管存储器新结构设计、新材料体系及存储机制的研究，制备了高性能的金属纳米点增强的新型有机晶体管存储器，改善了电荷在存储器中的电荷保持能力，从理论角度揭示了该器件中电荷的转移与存储机理，实现了同时具有低电压操作和高存储性能的有机非挥发性存储器，对于发展高性能存储器具有关键作用。