技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體行業(yè)存儲器技術(shù)和光探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于量子點有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器及其制備方法。

背景技術(shù)：

有機場效應(yīng)晶體管作為電子電路中的基本元器件，因其具有材料來源廣泛、輕柔、加工工藝簡單的特點，并可應(yīng)用于大面積印刷工藝，非常適合下一代可穿戴電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。同時有機場效應(yīng)晶體管從其結(jié)構(gòu)上決定了它具有豐富的功能應(yīng)用，如發(fā)光、存儲、傳感、開關(guān)等，因此在信息電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

作為一種多功能集成器件，有機光敏場效應(yīng)晶體管電存儲器（OPTM）是有機場效應(yīng)晶體管存儲器（OFET）與有機光探測器（Organic Phototransistors，OPTs）的集成器件，可應(yīng)用于新型顯示元器件或RFID射頻標(biāo)簽。

有機場效應(yīng)晶體管又可分為鐵電型、浮柵型、駐極體型三大類型。在這幾種類型中，浮柵型存儲器具有低功耗、低成本、靈活性強、高存儲密度等優(yōu)點而受到廣泛的關(guān)注，因此在信息電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前常用的浮柵型存儲材料有：金屬納米粒子、二維納米片、金屬氧化物等。但是它們也存在難以縮小器件尺寸、操作電壓較高、吸收光譜窄、難以集成等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明主要是提出一種基于量子點有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在難以縮小器件尺寸、操作電壓較高、吸收光譜窄、難以集成等技術(shù)問題。

技術(shù)方案：一種基于量子點有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器，所述基于量子點有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的結(jié)構(gòu)從上到下依次為源漏電極、有機光敏半導(dǎo)體層、量子點薄膜層、柵絕緣層、柵電極和襯底。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述源漏電極采用的材料選自金屬或有機導(dǎo)體材料，其厚度為60~100 nm；所述有機光敏半導(dǎo)體層采用的材料選自并五苯、并四苯、鈦青銅、氟化鈦青銅、紅熒烯、3-己基噻吩或并三苯，所述有機光敏半導(dǎo)體層的厚度為30~50 nm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述量子點薄膜層中的溶質(zhì)選自硫化鉛、硒化鉛或硫化鋅，所述量子點薄膜層厚5-20nm；所述柵絕緣層采用的材料選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、聚苯乙烯PS或聚乙烯吡咯烷酮PVP，所述柵絕緣層的厚度為50~300 nm。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述柵電極采用的材料選自高摻雜硅、鋁、銅、銀、金、鈦或鉭；所述襯底選自高摻雜硅片、玻璃片或塑料PET。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述源漏電極的制備方法為磁控濺射法、噴墨打印法或真空蒸鍍法；所述源漏電極采用的材料選自銅或金；所述有機光敏半導(dǎo)體層采用真空蒸鍍法成膜。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述基于量子點有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的制備方法，包括如下步驟：

第一步：配制量子點材料溶液，溶于低沸點溶劑，靜置30min使其分散均勻，其濃度1~10 mg/ml；

第二步：在襯底上依次形成柵電極和柵絕緣層，柵絕緣層的厚度為50~300 nm，制成基片，基片依次用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗10min，超聲頻率為100 KHz，再用高純氮氣將基片表面液體吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第三步：將烘干后的潔凈基片使用紫外臭氧處理3~5 min；

第四步：將第三步中制備的基片的柵絕緣層上面旋涂第一步配制好的溶液，旋涂轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速3000 r/min，旋涂時間30s，厚度為5~20 nm，形成量子點薄膜層，將旋涂好的樣品在氮氣手套箱中80℃干燥退火30 min；

第五步：在第四步中制備好的樣品的量子點薄膜層上面依次真空蒸鍍有機光敏半導(dǎo)體層和源漏電極。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：第一步中的低沸點溶劑為甲苯或環(huán)己烷；第四步中的旋涂過程在空氣中進(jìn)行。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：第五步所述真空蒸鍍有機光敏半導(dǎo)體層材料為并五苯，蒸鍍速率為1?/s，真空度控制在6×10-5pa~6×10-4 pa，采用晶振控制厚度在30~50nm；在制備的有機光敏半導(dǎo)體層表面加上掩模板進(jìn)行圖案化處理，第五步所述真空蒸鍍的源漏電極材料為銅或金，蒸鍍速率0.5 ?/s，控制厚度在60~100nm，掩模板的溝道寬度為2000 μm，長度為100 μm。

有益效果：本發(fā)明所述一種基于量子點有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器及其制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：1、同時改善其光響應(yīng)和存儲特性，并具有低操作電壓、高光響應(yīng)速度、高存儲密度和高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性；2、不增加工藝、技術(shù)難度，提供一種簡單的工藝手段制備具有量子點的薄膜，并將其應(yīng)用在OPTM存儲器當(dāng)中，充當(dāng)存儲器的電荷存儲層、光敏增強層，以同時提高存儲性能和光敏性能；3、一方面利用其粒子直徑達(dá)到納米級別，是理想的俘獲電荷點并大大提高存儲密度，另一方面利用其吸收光譜廣，增強光敏半導(dǎo)體層的對入射光的收集效率，提高光生激子分離效率，調(diào)節(jié)薄膜隧穿勢壘，改善器件存儲性能；4、能夠在不增加工藝復(fù)雜度并且在簡單的設(shè)備制備的前提下，有效的提高器件對入射光的收集效率，增強光電轉(zhuǎn)換效率，降低接觸電阻和電荷隧穿勢壘，從而降低對操作電壓的依賴，減少能源損耗，為有機光敏存儲器的商業(yè)化推廣提供一種可行的思路；5、所述存儲器結(jié)構(gòu)同時改進(jìn)光敏存儲器的存儲性能和光敏性能；6、所述存儲器結(jié)構(gòu)可采用金屬銅作為器件源漏電極，降低了器件制備成本，便于推廣、應(yīng)用；7、本發(fā)明提供的有機場效應(yīng)晶體管存儲器的制備方法，該方法工藝簡單，便于操作，降低了人力成本。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所述量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例1中量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的轉(zhuǎn)移特性曲線；

圖3為實施例1中量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的施加負(fù)向柵壓存儲窗口特性曲線；

圖4為實施例1中量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的施加正向柵壓且加光存儲窗口特性曲線；

圖5為實施例1中量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的黑暗及加不同波長光（420 nm、550 nm、650 nm）下的回滯曲線；

圖6為實施例1中量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的施加負(fù)向柵壓的存儲性能的維持時間特性曲線；

圖7為實施例1中量子點結(jié)構(gòu)有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器的正向存儲性能的維持時間特性曲線。

附圖標(biāo)記說明：1、源漏電極，2、有機光敏半導(dǎo)體層，3、量子點薄膜層，4、柵絕緣層，5、柵電極，6、襯底。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

實施例1

如圖1所示，第一步：配制硫化鉛溶液，溶劑為甲苯，溶液濃度為1 mg/ml，靜置30 min，使其分散均勻；

第二步：選擇高摻雜硅片作為襯底6，并在襯底6上依次形成柵電極5和柵絕緣層4，柵電極5采用高摻雜硅，柵絕緣層4采用二氧化硅，柵絕緣層4的厚度為50nm，制成基片，基片依次用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗10min，超聲頻率為100 KHz，再用高純氮氣將基片表面液體吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第三步：將烘干后的潔凈基片放置在紫外臭氧機中使用紫外臭氧處理3min；

第四步：在空氣中，將第三步中制備的基片的柵絕緣層4上面旋涂第一步配制好的溶液，形成量子點薄膜層3，旋涂轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速3000 r/min，旋涂時間30s，厚度為5~20nm，將旋涂好的樣品在氮氣手套箱中80℃干燥退火30 min；

第五步：在第四步中制備好的樣品的量子點薄膜層3上面真空蒸鍍有機光敏半導(dǎo)體層2，有機光敏半導(dǎo)體層2材料為并五苯，蒸鍍速率為1 ?/s，真空度控制在6×10^-5pa~5×10^-4 pa，采用晶振控制蒸鍍薄膜厚度為50 nm；在制備的有機光敏半導(dǎo)體層2表面加上掩模板進(jìn)行圖案化處理，再真空蒸鍍銅充當(dāng)源漏電極1，蒸鍍速率0.5 ?/s，控制厚度在60~80 nm，掩模板的溝道寬度為2000 μm，長度為100 μm。

器件制備完成后，其電學(xué)性能由安捷倫B1500半導(dǎo)體分析儀進(jìn)行表征，數(shù)據(jù)處理繪制成的轉(zhuǎn)移曲線如圖2所示，遷移率達(dá)到0.1cm²/Vs，開關(guān)比達(dá)10⁵。

圖3為器件負(fù)向存儲特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出，器件的寫入窗口很大，而且僅使用5mW/cm²的可見光就可完全擦除回初始位置，體現(xiàn)器件具有很好的低功耗、高光響應(yīng)特性。

圖4為器件加正向柵壓加光（白光）存儲特性轉(zhuǎn)移曲線，從圖中可以看出器件寫入窗口較大，并且施加短時間的負(fù)向柵壓（1s）完全可以擦除回原來位置。

圖5為該器件在黑暗下和不同波長下（420 nm、550 nm、650 nm）的回滯曲線（-30 V~30 V），從圖中可以看出不同波長下的存儲窗口要大于黑暗下的存儲窗口。

圖6的寫入-讀取-擦除（僅用光）-讀取特性數(shù)據(jù)也表面該存儲器具有較好的反復(fù)擦寫能力，經(jīng)過一定周期的擦寫循環(huán)后，器件的擦寫窗口基本沒有變化。

圖7所示的是器件數(shù)據(jù)保持能力，從圖中可以看出經(jīng)過10000s之后，器件的存儲開關(guān)比仍舊保持在10²以上，說明器件的存儲可靠性較高。

所有測試結(jié)果表明，本發(fā)明所涉及的基于量子點的有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器件性能良好，穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)保持可靠性高，而且制備過程操作簡單，成本低廉，主要工藝過程在溶液中完成、節(jié)約能源，并且能夠大規(guī)模生產(chǎn)。

實施例2

第一步：配制PbSe量子點溶液，溶劑為甲苯，溶液濃度為1 mg/ml，靜置30 min，使其分散均勻；

第二步：選擇高摻雜硅片作為襯底6，并在襯底6上依次形成柵電極5和柵絕緣層4，柵電極5采用高摻雜硅，柵絕緣層4采用二氧化硅，柵絕緣層4的厚度為50nm，制成基片，基片依次用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗10min，超聲頻率為100 KHz，再用高純氮氣將基片表面液體吹干以保證基片表面潔凈，之后放入120℃的烘箱中烘干；

第三步：將烘干后的潔凈基片放置在紫外臭氧機中使用紫外臭氧處理3min；

第四步：在空氣中，將第三步中制備的基片的柵絕緣層4上面旋涂第一步配制好的溶液，形成量子點薄膜層3，旋涂轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速3000 r/min，旋涂時間30s，厚度為5~20nm，將旋涂好的樣品在氮氣手套箱中80℃干燥退火30 min；

第五步：在第四步中制備好的樣品的量子點薄膜層3上面真空蒸鍍有機光敏半導(dǎo)體層2，有機光敏半導(dǎo)體層2材料為并五苯，蒸鍍速率為1 ?/s，真空度控制在6×10^-5pa~5×10^-4 pa，采用晶振控制蒸鍍薄膜厚度為30 nm；在制備的有機光敏半導(dǎo)體層2表面加上掩模板進(jìn)行圖案化處理，再真空蒸鍍銅充當(dāng)源漏電極1，蒸鍍速率0.5 ?/s，控制厚度在100 nm；掩模板的溝道寬度為2000 μm，長度為100 μm。

本發(fā)明將基于量子點的薄膜引入到有機場效應(yīng)晶體管光敏存儲器當(dāng)中，通過簡單的工藝手段有效的解決了有機光敏存儲器操作電壓過高以及光調(diào)控的問題，對于有機存儲器商業(yè)化推廣有著重要意義。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。