一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器及其制备方法
阅读说明：本技术 一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器及其制备方法 (Flexible transparent floating gate memory based on thin film transistor and preparation method thereof ) 是由 张国成 马超 邢俊杰 秦世贤 陈惠鹏 郭太良 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器及其制备方法,该存储器采用底栅顶接触的晶体管结构,器件自下而上依次是透明衬底和透明栅极,绝缘层、浮栅层、隧穿层、有机半导体层及透明源漏电极。透明聚合物绝缘薄膜或金属氧化物绝缘薄膜,电荷捕获层和薄的聚合物绝缘薄膜(隧穿层)以及有机半导体聚合物薄膜,最后采用喷涂的方法制备碳纳米管电极。本发明制作的柔性透明存储器件通过利用材料自身特性以及工艺改善,在实现了器件高透明率和柔性的同时,还获得了很高的存储性能；本发明制备的柔性透明浮栅存储器制备工艺简单,易操作,投入成本低,且得到的存储器性能优异,具有成为柔性透明、高性能有机电子的潜力。(The invention relates to a flexible transparent floating gate memory based on a thin film transistor and a preparation method thereof. Transparent polymer insulating film or metal oxide insulating film, charge trapping layer, thin polymer insulating film (tunneling layer) and organic semiconductor polymer film, and finally preparing the carbon nanotube electrode by spraying. The flexible transparent memory device manufactured by the invention utilizes the characteristics of the material and the improvement of the process, and obtains high memory performance while realizing high transparency and flexibility of the device; the flexible transparent floating gate memory prepared by the invention has the advantages of simple preparation process, easy operation and low investment cost, and the obtained memory has excellent performance and has the potential of becoming flexible transparent high-performance organic electrons.)
技术领域
本发明属于有机光电材料领域，具体涉及一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器及其制备方法。
背景技术
在过去的十年里，人们致力于可伸展和透明电子产品的开发。以智能显示器、人工皮肤和可穿戴传感器等为代表的新一代柔性透明电子产品的出现，其是传统的电子产品所无法比拟的。这对存储技术提出了新的要求，当下主流的MOSFET闪存存储技术已经不能很好地满足新型产品的需求。Yole development的2017年技术和市场报告已经强调了新兴NVM技术日益增长的重要性。
基于有机薄膜晶体管的浮栅存储器是解决新型存储器的一个重要方向。其凭借其制造成本低、可低温制备、柔性可弯曲和可大面积生产的优点已经引起了国际上广大科研工作者的关注，并且有机薄膜晶体管存储器因其非破坏性读取和制造优势(其结构可以与集成电路兼容)的特点使得它可以更好地在实际的应用中加以生产使用。
目前在柔性材料的加工性和性能方面仍存在许多挑战，大都有着缺点，如导电性有限或机械不稳定。也有一些应用可以使用结构工程来弥补材料固有的不足。此外，透明半导体在所有已知的有机半导体中仍然只占很小的一部分，能够应用的透明低成本半导体就更少了。为此，本发明旨在提供一种兼具柔性及高透明率的浮栅存储器。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器，所述浮栅存储器为底栅顶接触结构，其包括依序层叠设置的柔性透明基底、柔性透明电荷俘获层、柔性透明有源层及柔性透明电极；
所述柔性透明基底包括依序层叠的衬底、栅电极和绝缘层；
所述柔性透明电荷俘获层包括依序层叠的浮栅层和隧穿层。
进一步的，所述衬底为透明绝缘材料或在柔性材料中插入热固性基板形成混合衬底；可选用的透明绝缘材料包括但不限于PET、PI。
进一步的，所述栅电极层由透明导电材料构成，可选用的透明导电材料包括但不限于导电共轭聚合物、碳基材料和金属纳米材料。
进一步的，所述绝缘层所用材料由透明金属氧化绝缘材料或透明聚合物材料构成，其中可选用的透明聚合物材料包括但不限于PVP、PVA、 PMMA。
进一步的，所述浮栅层由一维纳米线材料、纳米金属颗粒、形成矩阵的量子点或形成矩阵的聚合物纳米颗粒材料构成。
进一步的，所述隧穿层由透明聚合物材料构成，可选用的透明聚合物材料包括但不限于PVP、PVA、PMMA。
进一步的，所述柔性透明有源层由有机小分子材料、有机共轭聚合物材料或者一种或两种共轭聚合物材料的混合物构成。
进一步的，所述柔性透明电极由一维导电材料、导电聚合物材料或离子凝胶材料的混合物构成。
本发明进一步提供一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器的制备方法，包括如下步骤：
1)将透明衬底用洗涤液清洗后，用去离子水冲洗多次后并吹干；其中洗涤液可选用甲醇、丙酮或无水乙醇。
2)在透明衬底上制备栅电极；具体为通过旋涂、蒸镀、原子层沉淀等方式在步骤1)所述的基板上制备栅电极；具体制备方式根据材料选择。
3)将透明聚合物材料溶于有机溶剂中，材料溶解完全后将其涂覆于栅电极上并退火，制得绝缘层，有机溶剂可以为PGMEA、氯仿等材料；或采用ALD方式在栅电极上沉积透明金属氧化绝缘材料如Al2O3，制得绝缘层。
4)将浮栅层用材料溶解于有机溶剂中，材料溶解完全后将其涂覆于绝缘层上并退火，制得浮栅层。
5)将隧穿层用材料溶解于有机溶剂中，材料溶解完全后将其涂覆于浮栅层上并退火，制得隧穿层；其中，有机溶剂可以为PGMEA、氯仿等材料。
6)将柔性透明有源层用材料溶解于有机溶剂中，材料溶解完全后将其涂覆于隧穿层上并退火，制得有源层；其中，有机溶剂可以为氯苯、氯仿等材料。
7)最后在隧穿层上制备透明电极，制得上述基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器。具体为通过蒸镀/喷涂/丝网印刷/打印等方式将一维导电材料材料、导电聚合物材料或者离子凝胶材料的混合物在有源层上制备透明电极。
进一步的，上述涂覆方式包括但不限于旋涂/刮涂/印刷。
本发明具有以下优点：
本发明制作的存储器通过结构、材料及工艺的合理设置在实现器件高透明率和柔性的同时，还获得了较高的存储性能。该柔性透明存储器的制备方法简单，易操作，投入成本低，适宜进一步推广应用。
附图说明
图1是基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器的结构示意图；
图2是实施例1制备的基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器的结构示意图；
图3是实施例1制备的基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器的器件存储特性曲线图；
图4是实施例1制备的基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器的器件透明度示意图；
图5是实施例1制备的基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器的器件柔性性能检测图。
附图中标号名称如下：
110-透明电极，120-半导体层，130-隧穿层，140-浮栅层，150-聚合物绝缘层，160-透明衬底与栅电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照附图1所示，一种基于薄膜晶体管的柔性透明浮栅存储器，包括柔性透明基底、柔性透明电荷俘获层、柔性透明有源层(有机半导体层)、柔性透明源漏电极(透明电极源极与漏极)，所述柔性透明基底包括依序层叠的衬底、栅电极和绝缘层，所述柔性透明电荷俘获层包括依序层叠的浮栅层和隧穿层。该柔性透明浮栅存储器先选取透明基底，在其上以喷涂/ 丝网印刷/打印的方式制备透明栅电极后通过旋涂/刮涂/印刷的方式将自身具有高透明度的聚合物溶液或金属氧化物制备透明绝缘层。选取PVP量子点共混物、一维纳米线材料、纳米金属颗粒等溶解于一定比例的有机溶剂中通过旋涂/刮涂/打印等方式制备浮栅层。这些材料因其间隙较大或者自身透明度高，所以得到透明度较高的浮栅层。隧穿层一方面起到阻挡电荷的作用，另一方面要确保在一定电压下进行电荷隧穿，选用低浓度的绝缘层材料通过旋涂/刮涂/打印等方式制备。选用有机小分子材料或者有机共轭聚合物材料或者一种或两种共轭聚合物材料的混合物溶解于一定比例的有机溶剂中为有源层材料，通过旋涂/刮涂/打印等方式制备。通过控制厚度来实现较高的透明度。最后通过蒸镀/喷涂/丝网印刷/打印等方式将一维导电材料材料、导电聚合物材料或者离子凝胶材料的混合物在有源层上制备透明电极。
实施例1
1)将尺寸1.5cm×1.5cm×0.05mm的ITO-PET导电薄膜经过甲醇、丙酮、无水乙醇中清洗后，用去离子水冲洗三次并氮气吹干作为基底。
2)采用ALD方式在步骤1)中的基底上进行氧化铝沉积，厚度为100nm。
3)将5mg/ml的银纳米线原液稀释至0.05mg/ml，以此溶液为材料采用旋涂方式将溶液涂覆于步骤2)所得的氧化铝沉积层上，旋涂转速 2000rpm/min旋转60s，然后在120℃下退火5min。
4)将150mg的PVP和15mg的HAD交联剂溶解于PGMEA中并搅拌 24h；将150mg/ml的PVP稀释至15mg/ml，以此溶液为材料采用旋涂方式将溶液涂覆于步骤3)所得的银纳米线涂层上，先以600rpm/min低速旋转涂覆5s后，再以2000rpm/min旋转涂覆30s，然后在120℃手套箱退火2h。
5)将半导体聚合物PDVT-10以5mg/ml的配比溶解于氯苯溶剂中，并在80℃下加热1h溶解完全。以此溶液为有源层材料采用旋涂方式将溶液涂覆于步骤4)所得的PVP涂层上，以2000rpm/min旋转涂覆60s后，并120℃退火10min。
6)将碳纳米管以喷涂方式利用专用掩膜板在步骤5)所得涂层上喷出 30um，宽为1mm的源漏电极。
附图3为本实施例制备的柔性透明存储器的存储窗口曲线示意图。由图3可知，期间存储窗口为52V，记忆比约为103-104。主要原因为除去材料自身的性质以外，还通过旋涂降低半导体层厚度进而提升透明度从而达到器件整体的透明度提升。
附图4为本实施例制备的柔性透明存储器的透明度示意图，从图中可知，该柔性透明存储器对350-800nm波长的光线均具有较高的透过率。
附图5为本实施例制备的柔性透明存储器的柔性性能检测图，从图中可知，器件通过27mm半径的500次弯曲后，期间仍能保持约3个数量级的通断比。
上列实施例，对本发明的目的、技术方案和优点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较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本爱发明的保护范围之内。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：显示基板和显示装置