IAM团队解令海教授课题组在Small发表宽带隙有机半导体纳米结构阵列电荷存储层提高有机晶体管存储性能的新研究

发布者:材料科学与工程学院、信息科学与纳米技术研究院 发布时间:2018-03-01浏览次数:383

在非易失性有机场效应晶体管存储器中,电荷存储层主导着电荷俘获与电荷释放过程,直接影响着存储器的存储性能。因此,设计高效率的电荷存储层对于高性能的非易失性有机场效应晶体管存储器的研制是非常关键的。

日前,IAM团队的解令海教授和仪明东教授课题组基于宽带隙有机半导体材料[2-(9-(4-(octyloxy)phenyl)-9H-fluoren-2-yl)thiophene]3 (WG3)Trimethylolpropane (TMP)混合溶液产生相分离的性质,利用溶液旋涂工艺湿法制备了独立分散且高度有序的WG3纳米结构阵列,并将其作为电荷存储层,成功应用于非易失性的有机场效应晶体管存储器中。与干法制备相比,该方法操作简单、成本低廉,并可实现大面积加工和大批量制备阵列化的电荷存储层。更为重要的是,这种WG3纳米结构阵列并没有破坏晶体管的场效应特性,这主要是因为在相分离过程中,具有较高表面能的TMP会优先沉积在SiO2的表面,改善了WG3SiO2之间的介面特性,从而使得具有WG3纳米阵列结构的有机场效应晶体管存储器的仍然保持了很好的场效应特性,保证了存储器工作的稳定性和可靠性。这种基于WG3纳米阵列结构的存储器与基于WG3平滑薄膜的存储器相比,在相同的写入和擦除情况下,其具有更大的存储窗口、更快的存储响应速度及更稳定的存储维持时间和存储耐受性。进一步的定量分析揭示了尽管具有纳米阵列结构WG3和平滑薄膜WG3的两者能级相同,但是与WG3薄膜相比,WG3纳米阵列结构与pentacene具有更大的接触面积,从而提高了存储过程中电荷俘获与释放的效率。同时,WG3独立的纳米结构可以有效抑制被俘获电荷的流失,从而提高了存储器的稳定性与可靠性。此项研究提供了一种操作简单、成本低廉,可实现大面积和大批量制备纳米结构阵列化的宽带隙有机半导体电荷存储层的湿法加工工艺。同时,验证了这种具有独立有序的纳米结构阵列的宽带隙有机半导体同样可以作为非易失性有机场效应晶体管存储器的电荷存储层,丰富了电荷存储层的材料构成种类,从而为实现高性能非易失性有机场效应晶体管存储器的研制提供了新的研究策略。这种基于宽带隙有机半导体纳米阵列的非易失性晶体管存储器有望在大容量存储和柔性电子领域中得到广泛的应用。

相关成果发表在SmallSmall, 2018, 14, 1701437)杂志上。该工作由黄维院士团队解令海教授和仪明东教授课题组完成,第一作者为博士生李雯。

该工作得到了国家青年973项目等项目的资助和支持。

文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201701437/full

文章附件:smll201701437.pdf