咔唑基聚合物及其制备方法、晶体管存储器及其制备方法

本发明涉及一种咔唑基聚合物及其制备方法、晶体管存储器及其制备方法，属于有机存储和信息。

背景技术：

1、人类社会快速步入互联时代，数据爆炸式增长，是对存储芯片需求激增。存储器作为数据的家园是信息技术与人工智能不可或缺的元素。这就要求存储器拥有更快的读写速度、尺寸更小、存储密度更高以及制作工艺更简单。并且具有柔性化、轻便易携带等特点。新兴的存储技术主要包括相变pcm，铁电ram，磁性ram，忆阻器，和闪存，与无机存储材料相比，有机材料具有成本低，可溶液加工，可大面积制备目与柔性基底兼容等诸多优点。

2、有机场效应晶体管存储器较之传统的有机场效应晶体管在半导体层和栅极之间加入了载流子俘获层，载流子俘获层根据俘获特性的不同可以分为三种类型：铁电型、浮栅型、驻极体型，三种有各自的优劣势。铁电型的材料有pzt、mxd6或p(vdf/trfe)等，其场效应晶体管存储器不会受外界条件影响，能长久的保存数据，但存在较大的漏电流、耐受性较差、极化的保持力较差等问题。浮栅型的材料主要为au、ag、cu、有机材料等的纳米粒子、二维材料等，其ofet存储器存储密度高、可大面积在柔性衬底上加工，但存在擦写电压高、存储稳定性、复杂的加工工艺和器件结构等问题。有机驻极体ofet存储器在无外电场作用下，能半永久保持电极化状态的电介质，但存在操作电压过高、读写速度慢、耐受性差、存储机制与分子结构之间关系不明确等问题。

3、现有技术中，通常使用cofs(共价有机骨架材料)、mofs(金属有机骨架材料)等为原料制备载流子俘获层，然而，cofs、mofs的拓展性较差，且合成方法复杂、无法实现大面积溶液加工。

4、咔唑是一类重要的含氮芳杂环化合物，咔唑基聚合物因其优异的稳定性和比其他导电聚合物更高的氧化还原电位而受到越来越多的关注。由于空穴传输迁移率高且在uv光谱区的吸收强，咔唑基聚合物呈现良好的电活性和光活性性质，这些特性已经扩展了咔唑基聚合物的应用，例如晶体管、智能窗、发光二极管、(生物)传感器和光伏器件。

5、有鉴于此，确有必要提出一种咔唑基聚合物及其制备方法、晶体管存储器及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种咔唑基聚合物及其制备方法、晶体管存储器及其制备方法，以解决现有技术中载流子俘获层使用的原料拓展性较差，且合成方法复杂、无法实现大面积溶液加工的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种咔唑基聚合物，结构通式为：

3、

4、其中，n为1～100中的自然数，r1选自氢、苯基和1到8个碳原子的烷基链中的任意一种；

5、r2选自氢、具有1到8个碳原子的直链、具有1到8个碳原子的支链、具有1到8个碳原子的环状烷基链和具有1到8个碳原子的烷氧基中的任意一种；

6、选自中的任意一种；

7、选自中的任意一种。

8、为实现上述目的，本发明还提供一种咔唑基聚合物的制备方法，制备通式为：

9、

10、其中，n为1～100中的自然数，r1选自氢、苯基和1到8个碳原子的烷基链中的任意一种；

11、r2选自氢、具有1到8个碳原子的直链、具有1到8个碳原子的支链、具有1到8个碳原子的环状烷基链和具有1到8个碳原子的烷氧基中的任意一种；

12、选自中的任意一种；

13、选自中的任意一种。

14、作为本发明的进一步改进，化合物c与化合物d的摩尔比为1:1；化合物c1与化合物d1的摩尔比为1:1。

15、作为本发明的进一步改进，反应温度为105℃，催化剂为路易斯酸、三氟甲磺酸、三氟化硼乙醚、对甲苯磺酸一水合物、甲基磺酸中的任意一种或几种的组合。

16、作为本发明的进一步改进，还包括：

17、

18、作为本发明的进一步改进，镁、化合物a和化合物b的摩尔比为3：2.5：1；镁、化合物a1和化合物b1的摩尔比为3：2.5：1。

19、为实现上述目的，本发明还提供了一种有机场效应晶体管存储器，从上至下依次包括源漏电极、有机半导体层、电荷存储层、栅绝缘层、衬底和栅电极，所述电荷存储层的材质包括前述的咔唑基聚合物。

20、作为本发明的进一步改进，所述电荷存储层的厚度为10～30nm。

21、为实现上述目的，本发明还提供了一种有机场效应晶体管存储器的制备方法，用于制备前述的有机场效应晶体管存储器，包括：

22、s1、以衬底材料作为基片，并在基片上形成栅电极和栅绝缘层，清洗、烘干后使用紫外臭氧处理5～8min；

23、s2、将咔唑基聚合物材料溶于溶剂并在溶剂中充分溶解，随后旋涂在栅绝缘层上并进行干燥，以制备电荷存储层；

24、s3、通过热真空蒸镀成膜法或者溶液旋转涂布法在电荷存储层上制备有机半导体层，然后再通过磁控溅射法、喷墨打印法或真空蒸镀法在有机半导体层上制备源漏电极。

25、作为本发明的进一步改进，s2中，溶剂为氯仿，制备得到的咔唑基聚合物溶液的浓度为3～10mg/ml，旋涂时的空气湿度不大于70％，干燥温度为80℃。

26、本发明的有益效果是：本发明的咔唑基聚合物分子具有多个活性位点，具有很好的拓展性，可对分子进行多种扩展，提供了一种探寻ofet存储器存在的存储机制与分子结构之间关系的有效途径；同时，咔唑基聚合物的合成方式简单，与cofs、mofs原料相比，咔唑基聚合物材料可大面积溶液加工，降低了生产成本。

技术特征：

1.一种咔唑基聚合物，其特征在于：所述咔唑基聚合物的结构通式为：

2.一种咔唑基聚合物的制备方法，用于制备如权利要求1中所述的咔唑基聚合物，其特征在于，制备通式为：

3.根据权利要求2所述的咔唑基聚合物的制备方法，其特征在于：化合物c与化合物d的摩尔比为1:1；化合物c1与化合物d1的摩尔比为1:1。

4.根据权利要求2所述的咔唑基聚合物的制备方法，其特征在于：反应温度为105℃，催化剂为路易斯酸、三氟甲磺酸、三氟化硼乙醚、对甲苯磺酸一水合物、甲基磺酸中的任意一种或几种的组合。

5.根据权利要求2所述的咔唑基聚合物的制备方法，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的咔唑基聚合物的制备方法，其特征在于：镁、化合物a和化合物b的摩尔比为3：2.5：1；镁、化合物a1和化合物b1的摩尔比为3：2.5：1。

7.一种有机场效应晶体管存储器，其特征在于：从上至下依次包括源漏电极、有机半导体层、电荷存储层、栅绝缘层、衬底和栅电极，所述电荷存储层的材质包括如权利要求1所述的咔唑基聚合物。

8.根据权利要求7所述的有机场效应晶体管存储器，其特征在于：所述电荷存储层的厚度为10～30nm。

9.一种有机场效应晶体管存储器的制备方法，用于制备如权利要求7-8中任一项所述的有机场效应晶体管存储器，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的有机场效应晶体管存储器的制备方法，其特征在于：s2中，溶剂为氯仿，制备得到的咔唑基聚合物溶液的浓度为3～10mg/ml，旋涂时的空气湿度不大于70％，干燥温度为80℃。

技术总结
本发明公开了一种咔唑基聚合物及其制备方法、晶体管存储器及其制备方法。咔唑基聚合物的结构通式为：其中，n为1～100中的自然数，R<subgt;1</subgt;选自氢、苯基和烷基链中的任意一种；R<subgt;2</subgt;选自氢、具有1到8个碳原子的直链、具有1到8个碳原子的支链、具有1到8个碳原子的环状烷基链和具有1到8个碳原子的烷氧基中的任意一种；选自中的任意一种；选自中的任意一种。本发明提供的咔唑基聚合物分子具有多个活性位点，具有很好的拓展性，可对分子进行多种扩展，提供了一种探寻OFET存储器存在的存储机制与分子结构之间关系的有效途径；同时，咔唑基聚合物的合成方式简单，与COFs、MOFs相比，咔唑基聚合物材料可大面积溶液加工，降低了生产成本。

技术研发人员：张广维,韩秋数,朱金成,郑硕,高展,史乐,卞临沂,凌海峰,崔雅欣
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15