一种柔性薄膜记忆晶体管及其制备方法

本发明涉及薄膜晶体管，尤其是指一种柔性薄膜记忆晶体管及其制备方法。

背景技术：

1、随着物联网和人工智能的快速发展，海量数据和数据源智能处理的巨大需求催生了边缘智能的新范式。这种新兴领域激起了研究人员的兴趣，他们发明了具有多种神经形态行为的受大脑启发的电子元件。作为一个典型和有前途的候选器件，忆阻器因其模拟型响应和记忆特性而引起越来越多的关注。使用双端忆阻器来模拟突触的同突触可塑性的尝试已经成功，然而，引入第三个终端被证明是模拟异突触可塑性的关键。具有可控和可调忆阻特性的记忆晶体管由此被提出。栅极调控提供了额外的自由度，可用于调节单个器件中的忆阻强度。另一方面，数据源处的设备通常涉及灵活、便携和可穿戴的需求，因此在这种情况下，柔软和轻质的有机材料是首选。因此，开发出柔性薄膜记忆晶体管有利于更灵活调节和模仿复杂的异突触可塑性。器件中离子和载流子密度之间的关联可以用于探索用于边缘智能的有机神经形态硬件。此外，由于额外的第三端栅极，柔性薄膜晶体管在智能传感器中可以起到信号的放大和处理功能。

2、现有技术目前具有以下缺点：

3、(1)现有技术通常基于两端的忆阻器结构模拟突触功能，缺少第三端的灵活调控，无法实现异突触可塑性。

4、(2)现有技术中涉及离子传导机制的器件大多基于导电细丝机制，由于导电细丝形成不规则，较难对器件实现电阻的连续调控。

5、(3)现有技术的功能层通常涉及无机半导体，无机半导体的制备工艺对仪器设备要求高，成本也会相对高，此外，无机半导体与低温制备工艺以及柔性衬底兼容性较差。

6、也就是说，现有技术通常基于两端的忆阻器结构模拟突触功能，无法实现异突触可塑性，此外，现有技术中涉及离子传导机制的器件大多基于导电细丝机制，由于导电细丝的形成不规则，较难对器件实现电阻的连续调控。

7、因此，亟需提出一种可以实现异突触可塑性和电阻连续可调的柔性薄膜记忆晶体管。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性薄膜记忆晶体管及其制备方法，即提供一种基于离子转移界面的柔性薄膜记忆晶体管，所述记忆晶体管由顶部的富含金属离子的半导体聚合物层和底部用于接收离子的介质层组成，低温的溶液旋涂制备工艺与柔性衬底高度兼容。由于额外的第三端栅极，该柔性薄膜记忆晶体管的忆阻强度可通过施加栅极电压进行更大范围的调控。离子在转移界面上的再分配可以改变半导体层中的空穴/电子掺杂水平，从而实现电阻的连续可调。柔性薄膜记忆晶体管通过第三端栅极的调控，实现了半导体层的电导率的灵活调控和放大。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、本发明第一个目的是提供一种柔性薄膜记忆晶体管，所述柔性薄膜记忆晶体管的结构从下至上依次为：柔性衬底、栅电极、栅介质层、半导体复合膜层和源漏电极组；所述半导体复合膜层采用半导体与含金属离子的盐复合制成。

4、在本发明的一个实施例中，所述含金属离子的盐选自锂盐、钠盐、钙盐和银盐中的一种或多种。

5、在本发明的一个实施例中，所述锂盐选自高氯酸锂和/或有机锂盐。

6、在本发明的一个实施例中，所述半导体选自p3ht，c8-btbt和pcbm中的一种或多种。

7、在本发明的一个实施例中，所述半导体与含金属离子的盐的质量比为30:1-1:1。

8、在本发明的一个实施例中，所述柔性衬底选自pet、pi和pen中的一种或多种。

9、在本发明的一个实施例中，所述栅电极选自金、铝、铜和氧化铟锡透明电极中的一种或多种；所述栅电极的厚度为30nm-100nm。

10、在本发明的一个实施例中，所述栅介质层选自明胶、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的一种或多种；所述栅介质层的厚度为20nm-100nm。

11、在本发明的一个实施例中，所述源漏电极组包括源电极和漏电极；所述源电极和所述漏电极选自金和/或铜。

12、本发明第二个目的是提供所述的柔性薄膜记忆晶体管的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)清洗柔性衬底；

14、(2)在柔性衬底上制备栅电极；

15、(3)在栅电极上制备栅介质层；

16、(4)在栅介质层上制备半导体复合膜层；

17、(5)在半导体复合膜层上制备源漏电极组。

18、本发明中柔性薄膜记忆晶体管的实现机理是通过半导体的掺杂实现界面的离子再分布，可以对晶体管半导体层的横向电导率进行调控和放大。

19、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

20、(1)本发明提供了一种柔性薄膜记忆晶体管及其制备方法，即基于离子转移界面的柔性薄膜记忆晶体管，它由顶部的富含金属离子的半导体聚合物层和底部用于接收离子的介质层组成。相比于两端忆阻器，由于额外的第三端栅极，柔性薄膜记忆晶体管的忆阻强度可通过施加栅极电压进行更大范围的调控。

21、(2)基于离子转移界面可对界面处的离子重新再分布，从而实现电阻的连续可调，这点对于模拟神经形态功能尤为重要。基于有机材料的优势，其工艺制备方法简单，可大面积制备，制备温度低于60℃，与柔性衬底兼容性好。

22、(3)本发明的器件在800次弯曲后仍保持优异的电学性能，证明了其良好的可靠性和与柔性衬底良好的兼容性。

技术特征：

1.一种柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述柔性薄膜记忆晶体管的结构从下至上依次为：柔性衬底、栅电极、栅介质层、半导体复合膜层和源漏电极组；所述半导体复合膜层采用半导体与含金属离子的盐复合制成。

2.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述含金属离子的盐选自锂盐、钠盐、钙盐和银盐中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述锂盐选自高氯酸锂和/或有机锂盐。

4.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述半导体选自p3ht，c8-btbt和pcbm中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述半导体与含金属离子的盐的质量比为30:1-1:1。

6.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述柔性衬底选自pet、pi和pen中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述栅电极选自金、铝、铜和氧化铟锡透明电极中的一种或多种；所述栅电极的厚度为30nm-100nm。

8.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述栅介质层选自明胶、聚氧化乙烯和聚乙烯醇中的一种或多种；所述栅介质层的厚度为20nm-100nm。

9.根据权利要求1所述的柔性薄膜记忆晶体管，其特征在于，所述源漏电极组包括源电极和漏电极；所述源电极和所述漏电极选自金和/或铜。

10.权利要求1-9任一项所述的柔性薄膜记忆晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种柔性薄膜记忆晶体管及其制备方法，属于薄膜晶体管技术领域。本发明柔性薄膜记忆晶体管的结构从下至上依次为：柔性衬底、栅电极、栅介质层、半导体复合膜层和源漏电极组；所述半导体复合膜层采用半导体与含金属离子的盐复合制成。相比于两端忆阻器，由于额外的第三端栅极，柔性薄膜记忆晶体管的忆阻强度可通过施加栅极电压进行更大范围的调控。且基于离子转移界面可对界面处的离子重新再分布，从而实现电阻的连续可调，这点对于模拟神经形态功能尤为重要。基于有机材料的优势，其工艺制备方法简单，可大面积制备，制备温度低于60℃，与柔性衬底兼容性好。

技术研发人员：张中达,王穗东,仲亚楠,高旭,徐建龙
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25