聚合物介电质型有机场效应晶体管存储器的制备及性能研究

作为有机电子学的重要研究方向，存储型有机场效应晶体管（OFET）由于其成本低廉、易柔性化、特有的OFET结构和无损伤读取的特点以及巨大的应用潜力而成为目前的研究热点。其中聚合物介电质型OFET存储器，更是具有制备工艺简单、可进行信号快速写入和擦除等优点备受人们关注。但是，该类型OFET存储器也面临着可用的有机半导体材料偏少、能耗较大、柔性化器件加工工艺开发不足等问题。因此，开展该类型OFET存储器的研究具有重要的理论意义和广阔的应用前景。本项目在已有的工作基础上，针对聚合物介电质型OFET存储器面临的科学问题，以遴选优异的有机半导体材料为基础；以研究半导体聚集态结构与存储性能的关系为切入点；以制备高性能、低能耗的存储器件为目标，探索柔性聚合物介电质型OFET存储器的加工工艺，研究并解决聚合物介电质型OFET存储器面临的基本科学问题。

作为有机电子学的重要研究方向，存储型有机场效应晶体管（OFET）由于其成本低廉、易柔性化、特有的OFET 结构和无损伤读取的特点以及巨大的应用潜力而成为目前的研究热点。其中聚合物介电质型OFET 存储器，更是具有制备工艺简单、可进行信号快速写入和擦除等优点备受人们关注。我们针对目前聚合物介电质型存储器件存在的普遍问题进行了系统研究。例如针对有机半导体材料相对匮乏的问题，我们合成了系列性能优异的p-型和n-型的半导体材料，OFET的迁移率普遍在0.1cm2V-1s-1上。尤其是开发出了高性能聚合物半导体材料，基于PDVT-10的FET空穴迁移率最高达到了8.2 cm2V-1s-1。针对存储器件的高能耗问题，我们采用较薄的介电层材料，设计了双极性存储器件，极大地降低了存储器件的操作电压（<10 V）。针对柔性存储器件开发不足，我们通过使用交联的聚合物介电质（聚甲基倍半硅氧烷）与界面修饰（小分子MC-10）实现了柔性的，长存储时间的OFET存储器 (20000秒，仍保持92%的信号存储出)。并系统分析了界面修饰层聚集态形貌对性能的影响。但是由于该类交联型聚合物介电质的电容较小，导致器件的操作电压仍然大于50 V。我们进一步研究了高介电常数的聚乙烯醇在OFET中的应用，通过对聚乙烯醇交联并对其进行表面修饰（自组装单分子层）实现了操作电压低于2V的全聚合物FET。基于PDVT-10的FET器件的迁移率最高也达到了11 cm2V-1s-1，为全聚合物低能耗FET器件的最高值。该器件，同时对光和热都具有较好的响应，为我们下一步实现低能耗存储器件奠定了基础。通过本项目的研究,我们对优异的有机半导体材料的遴选；半导体聚集态结构与存储性能的关系；高性能、低能耗的存储器件的制备；以及高性能、柔性、低能耗聚合物介电型OFET 存储器的制备与性能研究等方面有了深入认识，为进一步聚合物介电质型OFET的理论研究和应用奠定了基础。