本發(fā)明涉及二維分子晶體、鐵電聚合物、半導(dǎo)體技術(shù)、有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器等領(lǐng)域，特別是涉及一種快速有機(jī)存儲(chǔ)器及制備。

背景技術(shù)：

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，存儲(chǔ)器作為現(xiàn)代信息技術(shù)中用于保存信息的記憶設(shè)備，成為各類電子信息產(chǎn)品，如電腦、智能手機(jī)、mp3等，不可或缺的元素。目前，基于傳統(tǒng)半導(dǎo)體的硅基電存儲(chǔ)器具有快速存儲(chǔ)以及存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，仍然是現(xiàn)代存儲(chǔ)器的應(yīng)用熱點(diǎn)，而且這種傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器主要利用材料的磁信號(hào)、電信號(hào)、以及光學(xué)信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)。但是傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器也存在尺寸較大、制備工藝較復(fù)雜以及生產(chǎn)成本偏高等問題，使得存儲(chǔ)器的發(fā)展遇到了很大的障礙。為滿足數(shù)字信息存儲(chǔ)的研究目標(biāo)，即高存儲(chǔ)密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高擦除次數(shù)、高存儲(chǔ)壽命以及廉價(jià)的設(shè)備投資與器件制備，克服日益嚴(yán)峻的制程微縮的挑戰(zhàn)，越來越多的研究機(jī)構(gòu)和高校開始將研發(fā)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向新的存儲(chǔ)技術(shù)，如鐵電存儲(chǔ)器、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器、有機(jī)存儲(chǔ)器、納米晶存儲(chǔ)器以及碳納米管存儲(chǔ)器等。

近年來隨著有機(jī)電子學(xué)的迅速發(fā)展，基于有機(jī)半導(dǎo)體的器件研究已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，主要由于有機(jī)材料一些固有的優(yōu)點(diǎn)，即加工工藝簡(jiǎn)單、靈活的性能調(diào)控、易于獲得以及價(jià)格低廉等，這些優(yōu)點(diǎn)可以使有機(jī)電子器件有機(jī)會(huì)在未來低成本大規(guī)模集成電路中扮演重要角色。盡管信息的存儲(chǔ)是組成集成電路不可或缺的一部分，但在有機(jī)電子學(xué)中對(duì)信息處理器件的研究依然很少，因此對(duì)有機(jī)存儲(chǔ)器件的研究越發(fā)重要。而有機(jī)鐵電存儲(chǔ)器無疑又是一類非常值得關(guān)注的存儲(chǔ)器件，因?yàn)殍F電極化的存儲(chǔ)在有機(jī)存儲(chǔ)器件的小型化過程中更加具有優(yōu)勢(shì)。如具有成本低、大面積、可柔性、高敏感度等優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于鐵電有機(jī)存晶體管存儲(chǔ)器來說，在寫入和讀出過程中提高存儲(chǔ)器的操作速度是至關(guān)重要的。然而，與無機(jī)存儲(chǔ)器相比，以鐵電聚合物p(vdf-trfe)為柵絕緣層的鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fe-ofet)存儲(chǔ)器通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較慢的兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換行為(從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)和從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài))。這個(gè)問題也許可以通過提高導(dǎo)電溝道中載流子遷移率來解決。在之前的一些研究工作中，鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換一般在幾十到上百毫秒，但這與無機(jī)存儲(chǔ)器相比明顯沒有優(yōu)勢(shì)。然而，有機(jī)半導(dǎo)體材料限制了載流子遷移率的提高，也就進(jìn)一步阻礙了有機(jī)存儲(chǔ)器兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度的提高。鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管雙態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是引起溝道中電荷載流子積累和耗盡的原因。因此，對(duì)于改善fe-ofet操作速度來說，電荷注入過程中的接觸電阻也是一個(gè)重要的因素。接觸電阻包括金屬/有機(jī)界面處的電阻和從金屬/半導(dǎo)體到導(dǎo)電溝道中的電阻。我們最近的工作表明，二維分子晶體的導(dǎo)電溝道在減少接觸電阻方面是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槌【w只有幾個(gè)分子層結(jié)構(gòu)這會(huì)使接入電阻顯著降低。因此，在fe-ofets中，二維半導(dǎo)體分子晶體可以保證有效的電荷注入，從而實(shí)現(xiàn)高速有機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備的制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的和主要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體和鐵電聚合物制備的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器和制備方法，本發(fā)明能夠制備出存儲(chǔ)速度較快，存儲(chǔ)密度大，薄膜制備工藝簡(jiǎn)單，可以大面積制備的器件，而且所使用的材料容易獲得。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器，其特征是包括以重參雜的p型硅為襯底，生長(zhǎng)50-250nm二氧化硅為絕緣層，在二氧化硅上通過熱蒸鍍的方法制備一層20-50nm的金作為柵極，然后在柵極上旋涂一層鐵電聚合物材料即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))，在p(vdf-trfe)上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法分別生長(zhǎng)一層超薄的厚度2-10nm的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和厚度5-10nm的二辛基苯并噻吩苯并噻吩半導(dǎo)體層(c8-btbt)，其中鈍化層pmma在二維半導(dǎo)體層c8-btbt下面，在半導(dǎo)體層上蒸鍍金作為源極和漏極，這就成為底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的二維有機(jī)分子半導(dǎo)體鐵電晶體管存儲(chǔ)器。

一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器的制備方法，以重?fù)诫s的p型硅為襯底，以熱氧化的方法生長(zhǎng)一層50-250nm的二氧化硅為絕緣層，緊接著用丙酮、異丙醇和去離子水超聲清洗襯底30-60分鐘，然后在真空環(huán)境下用熱蒸鍍法蒸鍍一層20-50nm厚的金作為晶體管的柵極(長(zhǎng)度50-350μm，寬度1000μm)，其后在柵極上旋涂一層厚度200-300nm的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))為鐵電柵絕緣層，另外在p(vdf-trfe)層上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法分別生長(zhǎng)一層超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)(厚度2-10nm)和二辛基苯并噻吩苯并噻吩(c8-btbt)半導(dǎo)體層(厚度5-10nm)，其中鈍化層pmma在二維半導(dǎo)體層c8-btbt下面，最后在半導(dǎo)體層上蒸鍍25-50nm的金作為源極和漏極，這就制備成底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的二維有機(jī)分子半導(dǎo)體鐵電晶體管存儲(chǔ)器。

所述的制備方法，在柵極上旋涂的鐵電聚合物材料--聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)p(vdf-trfe)，接著對(duì)p(vdf-trfe)鐵電薄膜在60-110℃下預(yù)退火30-70分鐘，之后在118-140℃下對(duì)p(vdf-trfe)鐵電薄膜退火1.5-3.5小時(shí)，之后獲得的p(vdf-trfe)薄膜粗糙度是4.8-6.5nm，然后在粗糙的p(vdf-trfe)薄膜上通過漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法分別生長(zhǎng)pmma和c8-btbt，這里的pmma和c8-btbt同時(shí)溶解在苯甲醚溶液和反溶劑對(duì)甲氧基苯甲醛(0.5wt.％)中；

pmma和c8-btbt在溶劑中的濃度分別是0.01-1.0wt.％和0.1-0.3wt.％，二維分子晶體c8-btbt生長(zhǎng)的過程是使用移液器吸取一些混合溶液滴在p(vdf-trfe)薄膜表面，然后通過一個(gè)機(jī)械泵產(chǎn)生速度為6-15mms^-1的氣流，抽走多余的溶液，之后在粗糙的p(vdf-trfe)薄膜表面生成二維c8-btbt晶體，最后二維c8-btbt半導(dǎo)體層上蒸鍍金作為源極和漏極。

所述的制備方法，柵絕緣層p(vdf-trfe)鐵電薄膜在退火過程中形成聚合物晶體顆粒，這些晶粒的尺寸在50-800nm致使鐵電聚合物表面凹凸不平，而這里在于器件的鈍化層pmma薄膜可以填充p(vdf-trfe)薄膜表面的空隙，使其后者可以獲得更加平整的界面，這就便于在其界面上生長(zhǎng)質(zhì)量高的二維c8-btbt晶體。目前在有機(jī)存儲(chǔ)器中，此次制備出數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度最快的鐵電有機(jī)存儲(chǔ)器主要?dú)w功于利用了二維c8-btbt分子晶體半導(dǎo)體。另外在p(vdf-trfe)和c8-btbt之間的鈍化層pmma也可以抑制界面的極化波動(dòng)和提高載流子在導(dǎo)電溝道中的輸運(yùn)，從而可以提高鐵電場(chǎng)效應(yīng)管的電氣性能。最重要的是在0.1wt.％pmma濃度下制備的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管獲得最快的數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)化速度、最高的載流子遷移率和最大的存儲(chǔ)窗口。

本發(fā)明的制備方法是，一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器的制備方法，以重參雜的p型硅為襯底，以熱氧化的方法生長(zhǎng)一層50-250nm的二氧化硅為絕緣層，緊接著用丙酮、異丙醇和去離子水超聲清洗襯底30-60分鐘，然后在真空環(huán)境下用熱蒸鍍法蒸鍍一層20-50nm厚的金作為晶體管的柵極(長(zhǎng)度50-350μm，寬度1000μm)，其后在柵極上旋涂一層厚度200-300nm的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))為鐵電柵絕緣層，另外在p(vdf-trfe)層上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法同時(shí)生長(zhǎng)一層超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)(厚度2-10nm)和二辛基苯并噻吩苯并噻吩(c8-btbt)(厚度5-10nm)，其中鈍化層pmma在二維半導(dǎo)體c8-btbt下面，最后在半導(dǎo)體層兩側(cè)邊緣蒸鍍25-50nm的金作為源極和漏極，這就制備成底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的二維有機(jī)分子半導(dǎo)體鐵電晶體管存儲(chǔ)器。

器件在不同的pmma濃度下，會(huì)導(dǎo)致不同平整度的p(vdf-trfe)薄膜層和不同程度的界面極化波動(dòng)，這不僅影響了二維有機(jī)分子晶體的生長(zhǎng)還影響了導(dǎo)電溝道中電荷載流子的輸運(yùn)。當(dāng)pmma的濃度達(dá)到某一最優(yōu)值時(shí)，我們的鐵電有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器會(huì)獲得較高的載流子遷移率、較大的開關(guān)比、較大的存儲(chǔ)窗口和較快的數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度，從而可以有效提高鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的電氣性能。

柵絕緣層p(vdf-trfe)鐵電薄膜在退火過程中形成聚合物晶體顆粒，這些晶粒的尺寸在50-800nm致使鐵電聚合物表面凹凸不平，而這里在于器件的鈍化層pmma薄膜可以填充p(vdf-trfe)薄膜表面的空隙，使其后者可以獲得更加平整的界面，這就便于在其界面上生長(zhǎng)質(zhì)量高的二維c8-btbt晶體。目前在有機(jī)存儲(chǔ)器中，此次制備出數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度最快的鐵電有機(jī)存儲(chǔ)器主要?dú)w功于利用了二維c8-btbt分子晶體半導(dǎo)體。另外在p(vdf-trfe)和c8-btbt之間的鈍化層pmma也可以抑制界面的極化波動(dòng)和提高載流子在導(dǎo)電溝道中的輸運(yùn)，從而可以提高鐵電場(chǎng)效應(yīng)管的電氣性能。最重要的是在0.1wt.％pmma濃度下制備的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管獲得最快的數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)化速度、最高的載流子遷移率和最大的存儲(chǔ)窗口。

相對(duì)于其他的有機(jī)存儲(chǔ)器的研究，我們器件的半導(dǎo)體用二維有機(jī)分子晶體來代替，大大降低了器件的接觸電阻和接入電阻，器件用二維有機(jī)分子晶體作為半導(dǎo)體獲得的接觸電阻是400ωcm，此值是有機(jī)晶體管中最低的接觸電阻。這是我們獲得快速有機(jī)存儲(chǔ)器的重要因素。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明使用二維有機(jī)分子晶體為半導(dǎo)體層的方法，是以聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))為介電層制備快速的鐵電有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器。器件的主要特點(diǎn)是二維有機(jī)分子晶體的使用。而且整個(gè)器件的制備是純液相方法，器件的制備的整個(gè)過程比較簡(jiǎn)單。另外，器件在不同的pmma濃度下，所獲得的pmma/p(vdf-trfe)界面也是不相同的，這就導(dǎo)致了器件性能的不同，例如在0.1wt.％pmma濃度下器件的性能要高于0.8wt.％、0.25wt.％、0.5wt.％和1.0wt.％。而且當(dāng)pmma濃度小于0.8wt.％時(shí)，存儲(chǔ)器將失去存儲(chǔ)性能，這是因?yàn)閜mma濃度過低不能有效填充鐵電層p(vdf-trfe)的晶粒的空隙，使器件出現(xiàn)較大的漏電從而失去存儲(chǔ)性能。另外當(dāng)pmma濃度大于1.0wt.％時(shí)，存儲(chǔ)器的性能將急劇下降，這是因?yàn)閜mma濃度過高會(huì)幾乎完全抑制p(vdf-trfe)的極化波動(dòng)。本發(fā)明所提出的方法是可以提高鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的操作速度，同時(shí)表明溶液涂敷二維分子晶體在低成本、大面積、高性能電子設(shè)備中的潛在的應(yīng)用。本發(fā)明制備的鐵電有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器得到5.6cm²v^-1s^-1的遷移率，12v的內(nèi)存窗口和10⁶的開/關(guān)比，且其數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)和從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài)分別是2ms和5ms。本發(fā)明器件在其數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)化速度是現(xiàn)有相關(guān)存儲(chǔ)器中最快的，雖然相對(duì)于有機(jī)存儲(chǔ)器的商業(yè)應(yīng)用而言，還需要進(jìn)一步發(fā)展，但是我們相信隨著有機(jī)電子學(xué)的不斷發(fā)展，將來有希望走進(jìn)商業(yè)應(yīng)用。提出快速晶體管存儲(chǔ)器的方案是以聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))為介電層和二維有機(jī)分子晶體c8-btbt材料作為半導(dǎo)體層制備快速晶體管存儲(chǔ)器。鐵電存儲(chǔ)器的兩種狀態(tài)(開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài))之間的快速轉(zhuǎn)換是評(píng)估鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的基本特征。

附圖說明

圖1為本發(fā)明快速鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明器件的轉(zhuǎn)移特性曲線(漏電壓為-1v情況下)；

圖3為本發(fā)明器件的電容/溝道電導(dǎo)對(duì)柵極電壓頻率的依賴性；

圖4(a)為本發(fā)明器件從關(guān)閉狀態(tài)到打開狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度；

圖4(b)為本發(fā)明器件從打開狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度；

圖5為鐵電有機(jī)存儲(chǔ)器的電流保持時(shí)間。

圖1是本發(fā)明是一種基于二維有機(jī)分子晶體半導(dǎo)體和鐵電聚合物制備快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器--較佳實(shí)施的器件結(jié)構(gòu)示意圖；器件結(jié)構(gòu)是以重參雜p型硅為襯底，二氧化硅為絕緣層，在襯底上通過熱蒸鍍的方法制備一層金作為柵極，然后在柵極上旋涂一層鐵電聚合物材料即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))作為柵介電層，在p(vdf-trfe)上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法同時(shí)生長(zhǎng)一層超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和二辛基苯并噻吩苯并噻吩(c8-btbt)，同時(shí)在半導(dǎo)體層上蒸鍍金作為源極和漏極，這就制備成了我們所需要的底柵頂接觸器件--二維有機(jī)分子半導(dǎo)體快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器。

附圖中各部件的標(biāo)記如下：

1、快速鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器截面圖；

2、器件的轉(zhuǎn)移特性曲線(漏極電壓為-1v情況下)；

3、器件的電容/溝道電導(dǎo)對(duì)柵極電壓頻率的依賴性；

4、(a)器件從關(guān)閉狀態(tài)到打開狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度，(b)器件從打開狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度；

5、鐵電有機(jī)存儲(chǔ)器的電流保持時(shí)間。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例：一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器制備，包括：

二維有機(jī)分子半導(dǎo)體鐵電晶體管存儲(chǔ)器，是一種二維有機(jī)材料在存儲(chǔ)器方面的重要應(yīng)用，相對(duì)于無機(jī)存儲(chǔ)器來說主要解決的是：可以制備出大的存儲(chǔ)密度，小的尺寸器件，簡(jiǎn)單的薄膜制備工藝，大的面積制備；相對(duì)于其他一些有機(jī)存儲(chǔ)器來說，半導(dǎo)體層更薄，器件的載流子遷移率更大，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度更快。另外，本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)是把二維有機(jī)分子晶體生長(zhǎng)在了界面比較粗糙的柵介電層p(vdf-trfe)上，如圖1所示，快速鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器截面圖，此器件的創(chuàng)新點(diǎn)是利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)在了界面比較粗糙的柵介電層p(vdf-trfe)上生長(zhǎng)二維有機(jī)分子晶體c8-btbt，作為有機(jī)半導(dǎo)體層，在其下面是一層不超過10nm的鈍化層pmma。另外是鈍化層pmma的作用是可以填充柵介電層p(vdf-trfe)界面的晶?？障?，獲得比較平坦的界面；也可以抑制界面的極化波動(dòng)和提高載流子在導(dǎo)電溝道輸運(yùn)，從而可以提高鐵電場(chǎng)效應(yīng)管的電氣性能。

二維有機(jī)分子半導(dǎo)體快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器的制備方法，以重參雜p型硅為襯底，以熱氧化的方法生長(zhǎng)一層50-250nm的二氧化硅為絕緣層，緊接著用丙酮、異丙醇和去離子水超聲清洗襯底30-60分鐘，然后在真空環(huán)境下用熱蒸鍍法蒸鍍一層20-50nm厚的金作為晶體管的柵極；其后在柵極上旋涂一層厚度200-300nm的聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))為鐵電柵介電層，另外在p(vdf-trfe)層上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法同時(shí)生長(zhǎng)一層超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)(厚度2-10nm)和二辛基苯并噻吩苯并噻吩(c8-btbt)(厚度5-10nm)，其中鈍化層pmma在二維半導(dǎo)體c8-btbt下面，最后在半導(dǎo)體層上蒸鍍25-50nm的金作為源極和漏極，這就制備成底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的二維有機(jī)分子半導(dǎo)體鐵電晶體管存儲(chǔ)器。

器件是以重參雜p型硅為襯底，p型硅上以熱氧化方法生長(zhǎng)二氧化硅為絕緣層，在真空環(huán)境下用熱蒸鍍法蒸鍍一層金作為晶體管的柵極，其后在柵極上旋涂一層聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(p(vdf-trfe))為鐵電柵介電層，緊接著對(duì)p(vdf-trfe)鐵電薄膜在90℃下預(yù)退火30分鐘，之后在130℃下對(duì)p(vdf-trfe)薄膜退火2小時(shí)，另外在p(vdf-trfe)層上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法同時(shí)生長(zhǎng)一層超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)(和二辛基苯并噻吩苯并噻吩(c8-btbt)，其中鈍化層pmma在二維半導(dǎo)體c8-btbt下面，這里pmma的濃度不同所獲得的鈍化層的厚度不同，那么器件的性能也不同，最后在c8-btbt薄膜上蒸鍍金作為源漏電極。重?fù)絧型硅的摻雜濃度高,其電阻率達(dá)到2×10^-2ω·cm的半導(dǎo)體硅材料。

器件的pmma濃度不同，會(huì)導(dǎo)致鈍化層對(duì)p(vdf-trfe)薄膜層的界面極化波動(dòng)有不同的影響，也會(huì)獲得不同平整度的pmma/p(vdf-trfe)界面，也就是說鈍化層pmma可以填充柵介電層p(vdf-trfe)界面的空隙，獲得比較平坦的界面；也可以抑制界面的極化波動(dòng)和提高載流子在導(dǎo)電溝道輸運(yùn)，從而可以提高鐵電場(chǎng)效應(yīng)管的電氣性能。但是pmma濃度過高會(huì)影響載流子的輸運(yùn)；過低會(huì)使器件有很大的漏電產(chǎn)生，所以就需要使pmma濃度達(dá)到一個(gè)平衡值，例如在0.1wt.％pmma時(shí)器件的性能是最高的，數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間是最快的。

如圖2所示，是存儲(chǔ)器件在漏電壓為-1v情況下的典型轉(zhuǎn)移特性曲線。本曲線是使用agilentb1500半導(dǎo)體分析儀測(cè)量得到的。當(dāng)漏極電壓保持為-1v，柵極電壓從負(fù)15伏到正15伏掃描時(shí)，箭頭顯示電流滯后的方向。鐵電晶體管工作在p型載流子積累過程。器件的順時(shí)針滯后行為表明電荷轉(zhuǎn)換過程主要由于p(vdf-trfe)偶極極化導(dǎo)致的，并不是半導(dǎo)體層中電荷捕獲機(jī)制產(chǎn)生的。此外，通過轉(zhuǎn)移特性曲線計(jì)算遷移率過程中，要避免鐵電晶體管存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)換區(qū)而是取柵極電壓vg在反向掃描行為區(qū)。在低頻20hz下所獲得的載流子遷移率達(dá)到5.6cm²v^-1s^-1。所以當(dāng)柵極電壓vg為1.8伏時(shí)，晶體管存儲(chǔ)器存在二個(gè)狀態(tài)：打開電流與關(guān)斷電流比高達(dá)10⁶的關(guān)閉狀態(tài)和打開狀態(tài)?！皟?nèi)存”窗口約為12v，得到了鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器在20hz頻率下的線性平均遷移率是2.9cm²v^-1s^-1。

如圖3所示，器件的柵極電容比上溝道電導(dǎo)對(duì)柵極電壓頻率的依賴性。一般來說有機(jī)晶體管較低的載流子遷移率導(dǎo)致相對(duì)于一定的柵極電壓來說，表現(xiàn)為較為緩慢的電荷載流子積累。在這里對(duì)器件進(jìn)行了代表“讀”過程的頻率響應(yīng)測(cè)試。晶體管柵極介電層的電容除以半導(dǎo)體溝道電導(dǎo)，這是為了進(jìn)一步避免漏極電流的干擾。而且有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀測(cè)試取是通過外加電壓脈沖的方法獲得的，因此晶體管的導(dǎo)電溝道在開啟狀態(tài)下的電壓頻率響應(yīng)顯示出有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的最佳讀取速度。此外，存儲(chǔ)速度是存儲(chǔ)器的重要參數(shù)之一。我們還比較了存儲(chǔ)器從10-10⁶hz的電容/頻率和電壓響應(yīng)的關(guān)系曲線，如圖3所示。從圖中我們可以看到，電容/電導(dǎo)剛開始下降并不是很明顯直到頻率上升達(dá)到2×10³hz，這表示快速讀取時(shí)間約為0.5毫秒。同樣這也表明二維有機(jī)分子晶體半導(dǎo)體的利用也可以極大的改善了器件的讀取速度。

如圖4(a)和(b)所示，分別顯示了通過額外增加?xùn)艠O電壓脈沖測(cè)量存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間，獲得幾乎從關(guān)閉狀態(tài)到打開狀態(tài)和從打開狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)的5ms和2ms的延遲時(shí)間。如此短的延遲時(shí)間揭示了我們的有機(jī)鐵電存儲(chǔ)器件有一個(gè)快速的操作速度。據(jù)我們所知，我們制備的鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器是目前為止速度最快的。而且，我們的鐵電有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的操作速度的提高原因是超薄二維分子晶體作為一個(gè)理想的系統(tǒng)獲得更直接的無需接入過程的從金屬注入到半導(dǎo)體通道中的載流子注入。所以，這樣的電荷注入是有益于在半導(dǎo)體通道中電荷的積累或耗盡的。幾微秒級(jí)的延時(shí)變化表明快速切換接近p(vdf-trfe)的極化子轉(zhuǎn)化行為的速度。

如圖5顯示了我們的鐵電有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的穩(wěn)定性，其中圖中上下兩條線分別表示開啟態(tài)電流的保留時(shí)間和關(guān)閉態(tài)電流的保留時(shí)間，表明10⁵秒后開啟和關(guān)閉電流性能沒有明顯降低。這揭示了該存儲(chǔ)器具有良好的穩(wěn)定性能，并具有良好的應(yīng)用前景。

近幾年來隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的研究也進(jìn)入快車道，相信隨著研究的不斷深入有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器將能夠解決傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)所面臨的尺寸不可縮小，材料昂貴等問題，有望替代傳統(tǒng)的無機(jī)存儲(chǔ)器件，在下一代存儲(chǔ)器中取得廣泛應(yīng)用。然而，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的研究工作中仍存在不少問題和限制其長(zhǎng)期發(fā)展的障礙。如存儲(chǔ)速度還不夠快，保存時(shí)間短等缺點(diǎn)。因此，我們發(fā)現(xiàn)在促進(jìn)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的發(fā)展及商業(yè)化應(yīng)用的道路上，仍然還有很長(zhǎng)的路要走。盡管如此，研究已經(jīng)表明，隨著理論研究及實(shí)驗(yàn)器件的不斷深入，該技術(shù)正在逐步走向成熟，并預(yù)期會(huì)顯示出其巨大的應(yīng)用潛能。

本發(fā)明表明，二維有機(jī)分子晶體可以很好的生長(zhǎng)在比較粗糙的界面上，進(jìn)一步來說可以在晶體管存儲(chǔ)器中成功應(yīng)用，而且可以得到比較好的器件性能。再根據(jù)有機(jī)材料容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，相信未來二維有機(jī)晶體在存儲(chǔ)器方面的應(yīng)用有更加廣闊的前景，那么未來有機(jī)材料超越無機(jī)材料就不是幻想。