高性能有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的制備及其空氣穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著有機(jī)電子學(xué)研究的進(jìn)步，基于有機(jī)材料的晶體管存儲(chǔ)器已經(jīng)成為有機(jī)電子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器是利用有機(jī)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，絕緣體材料制成，因此有機(jī)存儲(chǔ)器較傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)存儲(chǔ)器具有以下的優(yōu)勢(shì)；一方面有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器可以制備在柔性的襯底上，適用于未來(lái)可卷曲電子設(shè)備的集成中。另一方面有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器可以采用簡(jiǎn)單的，低成本的溶液旋涂，打印等方法制備。
　　近二十年來(lái)，有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的研究取得了明顯進(jìn)展，為了適應(yīng)未來(lái)應(yīng)用的需

2、求，提高有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器器件性能有重要意義。衡量有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器工作性能優(yōu)異的參數(shù)主要是存儲(chǔ)保持性，有機(jī)半導(dǎo)體遷移率，存儲(chǔ)窗口和空氣中操作穩(wěn)定性。因此本論文將研究影響有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器保持性，有機(jī)半導(dǎo)體遷移率，存儲(chǔ)窗口和空氣穩(wěn)定性的因素，并提出優(yōu)化方案。實(shí)驗(yàn)中采用探針臺(tái)和4200-SCS型半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)進(jìn)行器件性能的測(cè)試與分析。利用原子力顯微鏡（AFM）和透射電子顯微鏡（TEM）研究薄膜形貌。
　　對(duì)于存儲(chǔ)器保持性，有機(jī)半導(dǎo)體遷

3、移率，存儲(chǔ)窗口的研究，我們發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了隧穿絕緣層薄膜形貌對(duì)這三方面起著決定性的影響。隧穿絕緣層薄膜形貌較差時(shí)，對(duì)金屬顆粒的覆蓋率就會(huì)較低，因此電荷在金屬顆粒和有機(jī)半導(dǎo)體之間的傳輸便非常容易，導(dǎo)致存儲(chǔ)保持性較差，窗口虛大卻不穩(wěn)定，有機(jī)半導(dǎo)體的生長(zhǎng)也呈現(xiàn)無(wú)序。通過(guò)熱退火改善隧穿絕緣層薄膜的形貌，使其對(duì)金屬顆粒覆蓋率顯著提高，電荷在金屬顆粒和有機(jī)半導(dǎo)體之間的傳輸就變成正常的隧穿過(guò)程，器件的保持性能得到明顯的提高，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜也因生長(zhǎng)界面的改

4、善而呈現(xiàn)出有序良性的薄膜形貌且體現(xiàn)較高的遷移率，并擁有可觀穩(wěn)定的存儲(chǔ)窗口。該工作中，我們系統(tǒng)研究了不同退火條件下產(chǎn)生的隧穿絕緣層薄膜的形貌，并測(cè)試了相應(yīng)的存儲(chǔ)器性能，發(fā)現(xiàn)隧穿絕緣層薄膜對(duì)金屬顆粒覆蓋率的高低直接決定了存儲(chǔ)器性能，并提出了熱退火是提高隧穿絕緣層薄膜對(duì)金屬顆粒覆蓋率，制備高性能有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的有效途徑。
　　關(guān)于有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器在空氣中操作穩(wěn)定性的研究，我們報(bào)道了器件在空氣中操作后失效的現(xiàn)象并研究了失效的物理機(jī)理。研

5、究發(fā)現(xiàn)空氣中的氧氣是導(dǎo)致器件存儲(chǔ)性能衰退的成分。氧分子因其較強(qiáng)的電負(fù)性，很容易得到有機(jī)小分子π體系中的電子，產(chǎn)生 P型摻雜效應(yīng)，引入了大量的電子陷阱能級(jí)，使得電子不能注入到有機(jī)半導(dǎo)體和隧穿絕緣層界面，導(dǎo)致存儲(chǔ)性能失效。這項(xiàng)工作說(shuō)明了有機(jī)半導(dǎo)體材料的空氣穩(wěn)定性直接決定了存儲(chǔ)器件的空氣操作穩(wěn)定性,并闡明了衰退的物理機(jī)制。
　　本論文的研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析指出了隧穿絕緣層薄膜形貌是決定有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器性能的重要因素，為制備高性能有機(jī)晶體管存

6、儲(chǔ)器件指出明確的途徑，并展示了通過(guò)優(yōu)化方案制備的有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器的優(yōu)異性能。此外本文還提出了有機(jī)半導(dǎo)體空氣穩(wěn)定性對(duì)有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器空氣穩(wěn)定性的重要性，指出合成新型空氣穩(wěn)定的有機(jī)半導(dǎo)體或者引入器件封裝處理是提高器件空氣穩(wěn)定性的有效途徑，而且指出能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器空氣操作穩(wěn)定的有機(jī)半導(dǎo)體材料，不僅僅是要具備傳統(tǒng)意義的多子傳輸空氣穩(wěn)定同時(shí)也要具備少子的傳輸空氣穩(wěn)定，為合成新型空氣穩(wěn)定有機(jī)半導(dǎo)體材料提出了指導(dǎo)方向。這些都對(duì)有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器