绝缘栅

柔性存储器FM

发布时间:2022/5/27 14:23:41   
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柔性存储器通常是指以有机薄膜晶体管(OrganicThinFilmFET,OTFT)结构为基础的电学存储器件,它具有一定的柔性和延展性,其制备方法与传统工艺兼容,可实现非破坏性读取,且易与其他电子器件实现集成。柔性存储器有着很大的应用潜力。

根据晶体管理电极的位置,可将晶体管分为顶栅器件和底栅器件。通常,由于受加工工艺的限制,底栅器件的电学性能较好。根据源、漏金属电极设计的差异,底栅器件又被划分成底接触和顶接触两种结构:通常,具有顶接触的器件能够获得导电性较好的功能层,从而使得存储器呈现更优的工作性能。

柔性薄膜存储器常以改变存储的电荷或电阻两种方式来实现对信息的存储和擦除。改变存储电荷的原理是,在一定的栅极电压下,在柔性衬底上的栅介质中掺杂纳米晶之类的电荷捕获中心,完成电荷的捕获或释放:改变存储电阻的原理是使栅介质中的铁电材料(如P(VDF-TrFE)、MXD6、PZT、BST等)或驻极体材料(如PVA、PMS、RS、KDP、TOS等)发生极化,从而影响沟道的电阻状态。

浮栅型OTFT存储器具有两个栅电极,在控制栅与源极之间加上编程电压,电荷在量子隧道效应或热发射效应的作用下,注入浮栅,电荷被浮栅捕获,即可完成一个电荷状态的存储。由于介质层对浮栅的隔离作用,浮栅存储的电荷能够得到很好的保存,这样就实现了非易失性存储。而当所加电压反向时,电荷遇出浮栅,实现了对存储状态信息的擦除。

对变阻式OTFT而言,在一定的栅极电压下,介质中的有机铁电薄膜层中形成极化场,使得铁电-有机半导体界面处聚集极性相反的电荷,进一步在漏、源之间的形成导电沟道。此时,施加一定的漏极偏压将在沟道中形成电流(定义为状态“1")。相反极性的栅极电压则不会形成沟道,而使器件处于关断状态(定义为“0")。由于铁电材料本身存在矫顽场,即使栅极偏压恢复到零,器件的状态仍会保持不变,即实现了对二进制“0"或“1”两个基本单元的存储。

首个以聚合物为栅极绝缘层的OTFT存储器在年被披露制得,该器件在栅电压为2.5V的条件下存储数据的保持时间超过3h。以驻极体聚合物PVA为栅介质的OTFT存储器也取得了重要的进展,其结构如图10-62所示。之后又成功制备出以双层聚合物驻极体,以及通过有机驻极体表面修饰过的SiO2为栅绝缘层的OTFT存储器。

OTFT存储器是柔性薄膜存储器件发展的热点方向,目前已实现的器件的性能已达到工作电压小于2V、存储器工作循环次数超过10的3次方、存储数据的保持时间可达数百小时的水平。由于有机半导体的载流子迁移率较低,此类存储器中性能占优的还是以无机材料和有机材料混合的器件为主。该类器件在降低操作电压、加快开关速度、明确工作机理、提高可重复性循环工作次数方面还有大量的研究工作要做,有待进一步开发。

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