CN102723437A - 光存储单元、光存储器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于有机场效应晶体管的光存储单元、光存储器及其制备方法。本发明中，通过对有机场效应晶体管的有机半导体层中掺杂金属或金属氧化物纳米点存储层，光照时有机场效应晶体管中产生的载流子会存储到该纳米点存储层中，当光照撤掉后载流子依然存储在纳米点层中，不会消失，因此，回滞效应在光照撤掉后依然存在，从而开发了有机场效应晶体管在光存储器方面的应用。

Description

光存储单元、光存储器及其制备方法
技术领域
本发明涉及微电子行业存储器技术领域，尤其涉及一种基于有机场效应晶体管的光存储单元、光存储器及其制备方法。
背景技术
随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大。传统的基于无机半导体材料的器件路很难满足这些要求，因此可以实现这些特性的基于有机聚合物、有机小分子等半导体材料的有机半导体技术在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。有机场效应晶体管是有机半导体中最重要的器件之一，由于有机半导体材料独特的光敏特性，基于有机场效应晶体管的光敏晶体管受到广泛关注。有机场效应晶体管在光照条件下会表现回滞效应，当对有机场效应晶体管施加光照产生回滞效应，且在光照撤掉后回滞效应依然存在的话，这种器件就可以用作光存储器。
在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷：由于不具备存储光致载流子的功能，有机场效应晶体管在光照时产生的回滞效应在撤掉光照就会消失。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述缺陷，本发明提供了一种基于有机场效应晶体管的光存储单元、光存储器及其制备方法，以使有机场效应晶体管具备存储光致载流子的功能，在撤掉光照时保留其在光照时产生的回滞效应。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种基于有机场效应晶体管的光存储单元。该光存储单元包括：导电衬底；形成于导电衬底上的绝缘介质层；形成于绝缘介质层上的至少两层有机半导体层，至少两层有机半导体层内包含纳米点存储层，纳米点存储层的材料为金属材料或金属氧化物材料；形成于有机半导体体层上方两侧的源极与漏极。
优选地，本发明光存储单元中，有机半导体层包括：第一有机半导体层和第二半导体层；纳米点存储层形成于第一有机半导体层和第二半导体层之间。
优选地，本发明光存储单元中，对于纳米点存储层：金属材料为以下材料中的一种：Au，Ag或Al；金属氧化物材料为以下材料中的一种：Al2O3，ZrO2，MoO3或SiO2。
优选地，本发明光存储单元中，对于纳米点存储层，其厚度介于1nm至5nm之间，其制备方式采用以下方式中的一种：真空蒸镀、电子束蒸镀或自组装。
优选地，本发明光存储单元中，对于有机半导体层，其材料为以下材料中的一种：并五苯，酞菁化合物，噻吩类材料；其厚度为10nm至200nm之间，其制备方法采用以下方法中的一种：真空蒸镀或旋涂。
优选地，本发明光存储单元中，对于绝缘介质层，其材料为无机绝缘介质或有机绝缘介质，其制备方法采用以下方法中的一种：热氧化、化学气相沉积或旋涂。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于有机场效应晶体管的光存储器。该光存储器包括：光读写单元、地址选择单元和若干个上述的光存储单元；其中：地址选择单元，与若干个光存储单元相连，用于选择进行操作的光存储单元；光读写单元，与地址选择单元和若干个光存储单元相连，用于对所选择的光存储单元进行置位、复位或编程操作。
根据本发明的再一个方面，还提供了一种制备光存储单元的方法。该方法包括：在导电衬底上形成绝缘介质层；在形成的绝缘介质层上沉积有机半导体层；在沉积的有机半导体层上沉积纳米点存储层，纳米点存储层的材料为金属材料或金属氧化物材料；在沉积的纳米点存储层上沉积生长有机半导体层；在沉积的有机半导体层上方两侧沉积源电极和漏电极。
(三)有益效果
本发明中，通过对有机场效应晶体管的有机半导体层中掺杂金属或金属氧化物纳米点层，光照时有机场效应晶体管中产生的载流子会存储到纳米点存储层中，当光照撤掉后载流子依然存储在纳米点存储层中，不会消失，因此回滞效应在光照撤掉后依然存在，从而开发了有机场效应晶体管在光存储器方面的应用。
附图说明
图1为本发明实施例基于有机场效应晶体管的光存储单元的结构示意图；
图2为本发明实施例制备光存储单元方法的流程图；
图3-1为图2所示流程图开始前导电衬底的示意图；
图3-2为图2所示流程图步骤S10完成后光存储单元的结构示意图；
图3-3为图2所示流程图步骤S20完成后光存储单元的结构示意图；
图3-4为图2所示流程图步骤S30完成后光存储单元的结构示意图；
图3-5为图2所示流程图步骤S40完成后光存储单元的结构示意图；
图3-6为图2所示流程图步骤S50完成后光存储单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的一个基础的实施例中，公开了一种基于有机场效应晶体管的光存储单元。该光存储单元包括：导电衬底；形成于绝缘介质层上的至少两层有机半导体层，该至少两层有机半导体层内形成有纳米点存储层，纳米点存储层的材料为金属材料或金属氧化物材料；形成于有机半导体体层上方两侧的源极与漏极。
本实施例中，为了形成纳米点存储层，有机半导体可以分多次形成。纳米点存储层可以为N层，有机半导体层为N+1层，只要两层有机半导体层之间夹一层纳米点存储层即可。其中，该金属或金属氧化物为能够存储载流子的材料。此处，载流子可以是电子，或者是空穴，而优选的材料将在以下的实施例中进行说明。
本实施例中，通过对有机场效应晶体管的有机半导体层中掺杂金属或金属氧化物纳米点层，光照时有机场效应晶体管中产生的载流子会存储到纳米点层中，当光照撤掉后载流子依然存储在纳米点层中，不会消失，因此回滞效应在光照撤掉后依然存在，从而开发了有机场效应晶体管在存储器方面的应用。
在本发明进一步的实施例中，公开了一种基于有机场效应晶体管的光存储单元。在该光存储单元中，有机半导体层包括：第一有机半导体层和第二半导体层；纳米点存储层形成于第一有机半导体层和第二半导体层之间。
为简化工艺考虑，本实施例中有机半导体层只包括两层子层，纳米点存储层位于该两子层之间。本实施例中更加贴近于工程实践，更加有利于实施例。
在本发明优选的实施例中，金属材料为以下材料中的一种：Au，Ag或Al；金属氧化物材料为以下材料中的一种：Al2O3，ZrO2，MoO3或SiO2。纳米点存储层的厚度介于1nm至5nm之间。纳米点存储层为采用以下方式中的一种形成：真空蒸镀、电子束蒸镀或自组装。因为5nm以下可以比较容易的形成纳米点，如果再厚的话，各纳米点逐渐连续，就形成该材料的薄膜，因此，纳米点存储层的厚度选择在5nm以下。该厚度跟半导体层没有对应关系，纳米点的面积也无特殊要求。
此外，在本发明优选的实施例中，有机半导体层的厚度为10nm至200nm之间，有机半导体层的材料为以下材料中的一种：并五苯，酞菁化合物，噻吩类材料。有机半导体层为采用以下方式中的一种形成：真空蒸镀或旋涂。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于有机场效应晶体管的光存储器。该光存储器包括：光读写单元、地址选择单元和若干上述的光存储单元；其中：地址选择单元，与若干光存储单元相连，用于选择进行操作的光存储单元；光读写单元，与地址选择单元和若干光存储单元相连，用于对所选择的光存储单元进行置位、复位或编程操作。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种制备上述光存储单元的方法。该方法包括：在导电衬底上形成绝缘介质层；在形成的绝缘介质层上沉积有机半导体层；在沉积的有机半导体层上沉积纳米点存储层，纳米点存储层的材料为金属材料或金属氧化物材料；在沉积的纳米点存储层上沉积生长有机半导体层；在沉积的有机半导体层上方两侧沉积源电极和漏电极。
该光存储器与制备光存储单元的方法具有同上述光存储单元相同的有益效果，此处不再赘述。以下将给出本发明的最优实施例：光存储单元实施例及制备光存储单元的实施例。需要说明的是，该最优实施例仅用于理解本发明，并不用于限制本发明的范围。并且，该最优实施例中的技术特征，可以理解为同时适用于本发明中光存储单元、光存储器和制备光存储单元的方法，在无特别说明的情况下，不同实施例中的技术特征可以组合使用。
图1为本发明实施例基于有机场效应晶体管的光存储单元的结构示意图。如图1所示，本实施例存储单元包括：导电衬底101；绝缘介质层102；有机半导体层103；金属或金属氧化物纳米点存储层104；有机半导体层105；以及源电极106和漏电极107。以下将对各层分别进行说明。
导电衬底101，采用低电阻率的导电材料作为有机场效应管的栅电极。
绝缘介质层102，该层为采用热氧化生长的技术或化学气相沉积的方法生长无机绝缘介质层，或采用旋涂成膜的方法生长的有机绝缘介质层层，该层的厚度介于10nm至200nm之间。
有机半导体层103，该层为采用真空热蒸镀的方法或旋涂成膜的方法沉积生长的并五苯，酞菁化合物，噻吩类材料等一系列有机半导体材料。该层的厚度介于10nm至200nm之间
金属或金属氧化物纳米点存储层104，该层为采用真空热蒸镀、电子束蒸镀或自组装的方法沉积生长金属层或金属氧化物层。该金属层的厚度为1nm至5nm，其材料可以为Au，Ag，Al等。该金属氧化物层的材料可以为Al2O3，ZrO2，MoO3或SiO2等，其厚度为1nm至5nm。
有机半导体层105与有机半导体层103相同。该层的厚度介于10nm至200nm之间。
源电极106和漏电极107为采用蒸发技术，磁控溅射技术或喷墨打印技术制备的金属电极或有机导体电极。
图2为本发明实施例制备光存储单元方法的流程图；该制作方法可以用于制作图1所示实施例的光存储单元。图3为图2所示流程图中各步骤对应光存储单元的结构示意图。以下结合图2和图3说明本实施例的方法进行说明。如图2所示，该制备光存储单元的方法包括：
步骤10，在如图3-1所示导电衬底上沉积生长绝缘介质层，采用低电阻率的导电材料作为有机场效应管的栅电极，该绝缘介质层为在导电衬底表面采用热氧化法生长30nm的二氧化硅层，如图3-2所示；
步骤20，在上述二氧化硅层表面采用真空蒸镀法生长50nm的第一并五苯层，如图3-3所示；
步骤30，在第一并五苯层表面采用电子束蒸镀法沉积生长3nm厚的Al2O3纳米点作为存储层，如图3-4所示；
步骤40，在Al2O3纳米点表面采用真空蒸镀法生长50nm厚的第二并五苯层，如图3-5所示；
步骤50，在第二并五苯层采用蒸发法沉积生长50nm厚的铜作为源漏电极，如图3-6所示。
通过上述方法，制备出基于有机场效应晶体管的光存储单元。
在根据本发明所制备的第一种光存储器件中，其第一有机半导体层和第二有机半导体层的厚度均为10nm，对应的纳米点存储层的厚度为1nm。在根据本发明所制备的第二种光存储器件中，其第一有机半导体层和第二有机半导体层的厚度均为100nm，对应的纳米点存储层的厚度为4nm。在根据本发明所制备的第三种光存储器件中，其第一有机半导体层和第二有机半导体层的厚度均为200nm，对应的纳米点存储层的厚度为5nm。测试表明，上述三种光存储器件的性能都达到了设计要求，能够实现在撤掉光照时保留其在光照时产生的回滞效应的效果。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于有机场效应晶体管的光存储单元，其特征在于，该光存储单元包括：
导电衬底；
形成于所述导电衬底上的绝缘介质层；
形成于所述绝缘介质层上的至少两层有机半导体层，所述至少两层有机半导体层内包含纳米点存储层，所述纳米点存储层的材料为金属材料或金属氧化物材料；
形成于所述有机半导体体层上方两侧的源极与漏极。
2.根据权利要求1所述的光存储单元，其特征在于：
所述有机半导体层包括：第一有机半导体层和第二半导体层；
所述纳米点存储层形成于所述第一有机半导体层和所述第二半导体层之间。
3.根据权利要求1所述的光存储单元，其特征在于，对于所述纳米点存储层：
所述金属材料为以下材料中的一种：Au，Ag或Al；
所述金属氧化物材料为以下材料中的一种：Al2O3，ZrO2，MoO3或SiO2。
4.根据权利要求3所述的光存储单元，其特征在于，对于所述纳米点存储层，其厚度介于1nm至5nm之间，其制备方式采用以下方式中的一种：真空蒸镀、电子束蒸镀或自组装。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光存储单元，其特征在于，对于所述有机半导体层，其材料为以下材料中的一种：并五苯，酞菁化合物，噻吩类材料；其厚度为10nm至200nm之间，其制备方法采用以下方法中的一种：真空蒸镀或旋涂。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光存储单元，其特征在于：对于所述绝缘介质层，其材料为无机绝缘介质或有机绝缘介质，其制备方法采用以下方法中的一种：热氧化、化学气相沉积或旋涂。
7.一种基于有机场效应晶体管的光存储器，其特征在于，该光存储器包括：光读写单元、地址选择单元和若干个权利要求1至6中任一项所述的光存储单元；其中：
所述地址选择单元，与所述若干个光存储单元相连，用于选择进行操作的光存储单元；
所述光读写单元，与所述地址选择单元和所述若干个光存储单元相连，用于对所选择的光存储单元进行置位、复位或编程操作。
8.一种制备光存储单元的方法，用于制备如权利要求1至6中任一项所述光存储单元，其特征在于，该方法包括：
在导电衬底上形成绝缘介质层；
在形成的所述绝缘介质层上沉积有机半导体层；
在沉积的所述有机半导体层上沉积纳米点存储层，所述纳米点存储层的材料为金属材料或金属氧化物材料；
在沉积的所述纳米点存储层上沉积生长有机半导体层；
在沉积的所述有机半导体层上方两侧沉积源电极和漏电极。
9.根据权利要求8所述的制备光存储单元的方法，其特征在于，所述在沉积的有机半导体层上沉积纳米点存储层的步骤包括：
采用真空蒸镀、电子束蒸镀或自组装在沉积的有机半导体层上沉积纳米点存储层，该纳米点存储层的厚度介于1nm至5nm之间；所述金属材料为以下材料中的一种：Au，Ag或Al；所述金属氧化物材料为以下材料中的一种：Al2O3，ZrO2，MoO3或SiO2。
10.根据权利要求9所述的制备光存储单元的方法，其特征在于，
所述在导电衬底上形成绝缘介质层的步骤包括：采用低电阻率的导电衬底作为有机场效应晶体管的栅电极，在该导电衬底上采用热氧化法生长30nm厚的二氧化硅层；
所述在形成的绝缘介质层上沉积有机半导体层的步骤包括：在所述二氧化硅层表面采用真空蒸镀法生长50nm厚的第一并五苯层；
所述在沉积的有机半导体层上沉积纳米点存储层的步骤包括：在所述第一并五苯层表面采用电子束蒸镀法沉积生长3nm厚的Al2O3纳米点存储层；
所述在沉积的纳米点存储层上沉积生长有机半导体层的步骤包括：在所述Al2O3纳米点表面采用真空蒸镀法生长50nm厚的第二并五苯层；
所述在沉积的有机半导体层上方两侧沉积源电极和漏电极的步骤包括：在所述第二并五苯层表面采用蒸发法沉积生长50nm厚的铜作为源漏电极。
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