本文選題：有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲器　切入點(diǎn)：寬帶隙　出處：《南京郵電大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：非易失性有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)存儲器具有制備工藝簡單、成本低、設(shè)計(jì)性強(qiáng)、非破壞性讀取、可與柔性襯底集成、單個器件可以實(shí)現(xiàn)多階存儲等優(yōu)點(diǎn)而備受廣泛的關(guān)注。但是目前OFET存儲器的性能(存儲密度、存儲穩(wěn)定性)仍然劣于商業(yè)存儲器的性能,這限制它們的實(shí)際應(yīng)用。電荷存儲層是OFET存儲器中控制存儲性能的關(guān)鍵元件,其直接影響OFET存儲器中電荷俘獲和釋放過程。因此,設(shè)計(jì)和制造高效電荷存儲層對實(shí)現(xiàn)高性能OFET存儲器具有重要意義。近年來,小分子材料具有易于提純、性能穩(wěn)定、分子和電子結(jié)構(gòu)定義明確、能根據(jù)需求進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)和能帶的設(shè)計(jì)等優(yōu)勢引起廣泛的關(guān)注。但是目前多數(shù)研究是基于有機(jī)小分子半導(dǎo)體和金屬納米粒子,其存儲密度低且電荷泄露嚴(yán)重。而小分子寬帶隙半導(dǎo)體,由于它們在LUMO和HOMO之間的寬帶隙,俘獲電荷可以得到良好的保持。因此,小分子寬帶隙半導(dǎo)體是OFET存儲器電荷存儲層潛在的新的候選物。本論文第一部分通過傅克反應(yīng)制備了不同孔徑的小分子寬帶隙半導(dǎo)體風(fēng)車格子,并探究了它們的電荷捕獲能力,該器件成功實(shí)現(xiàn)了較穩(wěn)定的雙極性存儲特性。其存儲窗口達(dá)到55 V(負(fù)向35 V,正向20 V),維持時間在104 s以上,開關(guān)比分別維持在102和103,且具有較穩(wěn)定的讀寫擦耐受性。有機(jī)風(fēng)車格子的孔狀結(jié)構(gòu),提供了較多的電荷捕獲位點(diǎn),能夠有效地捕獲和存儲電荷,因此實(shí)現(xiàn)了高密度和高穩(wěn)定性的存儲。第二部分通過簡單的旋涂工藝制備了高度有序和均勻分布的納米柱陣列,并研究了納米柱陣列對器件存儲性能的影響。該器件實(shí)現(xiàn)了高密度、高速度的存儲特性。其存儲窗口達(dá)到44.8 V,維持時間在104 s以上,開關(guān)比維持在105,且具有較穩(wěn)定的讀寫擦耐受性。此外,我們通過Matlab仿真的方法,定量的研究了存儲窗口和接觸面積之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)存儲窗口強(qiáng)烈依賴于接觸面積。因此我們研究提供了一個新的策略實(shí)現(xiàn)高性能的非易失OFET存儲器。第三部分我們詳細(xì)研究了基于Pentacene/P13作為活性層的有機(jī)異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管存儲器,采用Si/SiO2/WG3/P13/Pentacene/Cu的器件結(jié)構(gòu)。在黑暗中,該器件實(shí)現(xiàn)了雙極性存儲。其存儲窗口(約55.33 V),較高的讀寫擦耐受性(200個讀寫擦循環(huán)后,源漏電流幾乎沒有衰減)。此外,我們研究了厚度效應(yīng)對OFET存儲器存儲性能的影響,隨著P13厚度的減小,其存儲窗口也隨著減小,存儲穩(wěn)定性能增加(雙極性存儲器件的電子存儲時間和空穴存儲時間能夠維持在5000秒以上,開關(guān)比維持在102以上)。因此我們研究提供了一個新的策略實(shí)現(xiàn)高性能的非易失異質(zhì)結(jié)OFET存儲器。
[Abstract]:Non-volatile FET memory has the advantages of simple fabrication process, low cost, strong design, non-destructive reading, and can be integrated with flexible substrate. However, the performance of OFET memory (storage density, storage stability) is still inferior to that of commercial memory. This limits their practical application. Charge storage layer is the key component in OFET memory to control storage performance, which directly affects the process of charge capture and release in OFET memory. The design and manufacture of high efficiency charge storage layer is of great significance to the realization of high performance OFET memory. In recent years, small molecular materials have been characterized by easy purification, stable performance, clear molecular and electronic structure definitions. The advantages of being able to design electronic structures and energy bands according to demand have attracted wide attention. However, most of the current research is based on organic small molecular semiconductors and metal nanoparticles. Because of their wide band gap between LUMO and HOMO, the capture charge can be kept well. Small molecular wide band gap semiconductor is a potential candidate for charge storage layer of OFET memory. In the first part of this thesis, we have prepared small molecular wide gap semiconductor windmill lattices with different apertures by Fourier reaction, and investigated their charge trapping ability. The device successfully achieves stable bipolar storage characteristics, the memory window reaches 55V (negative 35V, forward 20V), and the maintenance time is more than 104s. The switching ratios are kept at 102 and 103, respectively, and have relatively stable read-write erasability. The pore structure of the organic windmill lattice provides a large number of charge capture sites, which can effectively capture and store charges. Therefore, high density and high stability storage is realized. In the second part, a highly ordered and uniformly distributed nano-column array is fabricated by a simple spin-coating process. The effect of nanoscale array on the storage performance of the device is studied. The device achieves high density and high speed storage characteristics. The storage window is 44.8 V and the maintenance time is more than 104 s. The switching ratio is maintained at 105, and has stable resistance to read and write erasure. In addition, we quantitatively study the relationship between storage window and contact area by Matlab simulation. It is found that memory windows are strongly dependent on contact area. Therefore, we propose a new strategy to implement high-performance non-volatile OFET memory. In the third part, we study the organic heterostructure based on Pentacene/P13 as the active layer in detail. Field effect transistor memory, Si/SiO2/WG3/P13/Pentacene/Cu device structure. In the dark, the device realizes bipolar storage. Its memory window (about 55.33 V / L) has high read-write erasure tolerance (200 read-write erasure cycles, source and drain current almost no attenuation, in addition, We study the effect of thickness effect on the storage performance of OFET memory. With the decrease of P13 thickness, the storage window decreases, too. Improved storage stability (the electronic storage time and hole storage time of bipolar memory devices can be maintained at more than 5,000 seconds, The switching ratio is kept above 102.Therefore, we propose a new strategy to implement the high performance non-volatile heterojunction OFET memory.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN386;TP333

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