基于近红外光调控的柔性多比特存储器的研究

Conventional flash memories mainly based on silicon technology have technical hurdles in transferring to flexible substrate and only one bit data storage can be achieved in single transistor. Organic electronic devices are light-weight, flexible and low cost, and organic light-controlled memory devices have become an important development direction for future information storage. Compared with the visible light, near-infrared light has a greater biological penetration depth and is not harmful to the tissue, demonstrating a bright prospect in implantable and wearable electronics. The proposal intends to study the silica-coated fluorescent nanoparticles in organic floating gate memory, and analyze the electrical properties of the memory devices with respect to different densities of insulator coated fluorescent nanoparticles. The mechanism of the organic memory will be revealed and multi-bit memory characteristics will be achieved by controlling the electrical properties with near-infrared light. Our aim is to lay a technical foundation for effective controlling of memory by non-visible light and develop highly efficient multi-bit flexible memories.

常规的存储器主要是基于硅技术不能在柔性基底上制造，同时在单个晶体管中只有单比特数据存储。有机电子器件具有质轻、柔性和低成本的特点，有机光控存储器已成为未来信息存储领域的一个重要的发展方向。与可见光相比，近红外光具有较大的生物穿透深度且对组织无损伤，在植入式和可穿戴电子设备中具有光明的应用前景。本项目拟以表面二氧化硅包覆的上转换荧光纳米颗粒在有机浮栅存储器中的应用作为研究对象，利用荧光纳米颗粒作为浮栅层，分析不同密度的纳米颗粒以及纳米颗粒包覆的介电层对存储器件电学性能的影响。揭示荧光纳米颗粒对有机存储器的光电调控机理，通过近红外光来调控存储器件电学性能从而实现存储器多比特存储。为利用非可见光有效调控存储器电学性能以及研制出高效的新型柔性多比特存储器奠定技术基础。

存储器是具有记忆功能的电子器件，在半导体工业领域受到广泛的关注。几十年来，传统的存储器更新换代，体积由巨大越变越小，存储容量却从微小越变越大。同时，存储速度也得到大幅提升。随着信息技术的飞速发展，人们对用于保存信息的记忆元器件的要求越来越高，不但要具有小的器件体积、超高的存储容量和快速的读写速度，而且要有低成本、低功耗和高可靠性的特点。常规的存储器主要是基于硅技术不能在柔性基底上制造，同时在单个晶体管中只有单比特数据存储。有机电子器件具有质轻、柔性和低成本的特点，此外，有机器件可以利用廉价的溶液处理工艺来制造，而不再需要传统半导体行业所采用的光刻工艺，降低了器件的制备成本，有机光控存储器已成为未来信息存储领域的一个重要的发展方向。与可见光相比，近红外光具有较大的生物穿透深度且对组织无损伤，在植入式和可穿戴电子设备中具有光明的应用前景。在这个项目中，我们以表面二氧化硅包覆的上转换荧光纳米颗粒在有机浮栅存储器中的应用作为研究对象，合成了30纳米左右的荧光纳米颗粒，并利用荧光纳米颗粒作为浮栅层，分析不同密度的纳米颗粒以及纳米颗粒包覆的介电层对存储器件电学性能的影响。本项目系统性研究了近红外光激发下荧光纳米颗粒对柔性有机存储器件的性能调控，利用透射电子显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜研究荧光纳米浮栅薄膜的结构。并在外加近红外光源辐照下测量存储器电学特性，找出了电学特性与荧光纳米颗粒发光波长的关系，探索光生载流子在薄膜中的分离以及捕获过程。基于制备的低电压工作的浮栅存储器，揭示了荧光纳米颗粒对有机存储器的光电调控机理，通过近红外光来调控存储器件电学性能从而实现存储器多比特存储（2比特）。通过优化存储器阵列实验工艺，改善了材料和器件的均匀性，为柔性器件制备和大规模柔性存储器系统集成打下基础。综上所述，本项目为利用非可见光有效调控存储器电学性能以及研制出高效的新型柔性多比特存储器奠定技术基础，并可以进一步将红外光刺激应用在神经形态器件中。