本發(fā)明屬于半導體存儲器陣列的，涉及一種低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著社會發(fā)展的信息化程度加深，大量數據源源不斷的產生，對先進存儲技術提出了更高要求。在信息存儲中，目前既希望存儲器能夠集成為存儲陣列實現大規(guī)模信息的存儲，并使存儲的信息可以隨時讀取；也希望存儲陣列可以對存儲的信息進行高效的計算處理，實現存儲與計算并行。為了解決規(guī)?；畔⒋鎯εc計算帶來的高能耗和高成本問題，發(fā)展先進的低功耗存儲器及其陣列尤為重要。

2、有機場效應晶體管(organic?field-effecttransistor，ofet)憑借柔韌輕薄和有機半導體及介電材料易于調控的特性，可實現信息的有效寫入讀取、數據存儲以及存內計算等功能，成為新興存儲技術的有效載體，在新一代存儲器件領域具有重要潛力。將有機場效應晶體管用于集成為存儲陣列，不僅能保證其可調諧的存儲特性，還能實現陣列級的規(guī)?；畔⒋鎯?。因此，這種集成結構使存儲陣列有望突破當前計算機體系采用的馮諾依曼結構，大幅減少數據信息在處理器和存儲器之間傳遞所需的大量時間，從而顯著提升數據處理速度。同時，有機場效應晶體管也是一種優(yōu)良的傳感器載體，具有豐富的傳感機制和獨特的信號放大特性。基于有機場效應晶體管的各類傳感器已廣泛應用于智能穿戴、電子皮膚、生物醫(yī)學檢測、環(huán)境保護等領域，而且有機場效應晶體管存儲器在實際應用時憑借自身的傳感與存儲能力可進一步提升應用價值，能夠將檢測信息直接存儲于陣列中，實現長時間的存儲并用于后續(xù)的信息計算和處理，從而提升有機場效應晶體管存儲器陣列的存續(xù)效率與運行速度。

3、利用有機場效應晶體管存儲器陣列對光電信號的響應，可將輸入信號轉換為電信號，實現電脈沖成像，并能夠直接對成像圖進行處理計算，增強數據處理速度和功能，為提升計算機運行速度提供了一條有效途徑。因此，設計和發(fā)展集成式低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列具有廣泛需求和重要的實際意義，將在脈沖成像、圖像處理、智能傳感芯片和神經形態(tài)計算等領域中展現巨大的潛力和應用價值。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列；本發(fā)明的目的之二在于提供一種低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列的制備方法；本發(fā)明的目的之三在于提供一種低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列在脈沖成像、圖像處理、人工突觸或神經形態(tài)計算技術方面中的應用。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、1.根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列，所述存儲器陣列是通過集成基于離子遷移效應實現存儲功能的有機場效應晶體管存儲器所形成的存儲器陣列；

4、所述存儲器陣列為頂柵底接觸結構，從下到上依次包括基底1、源/漏電極對、有機半導體層4、介電鈍化層5、摻雜型聚電解質介電層6和柵極7；

5、所述源/漏電極對位于基底1的表面和有機半導體層4之間，所述源/漏電極對由源極2和漏極3并排構成，所述源極2和漏極3之間形成微納尺度間距的溝道；

6、所述源/漏電極對以及所述柵極7的數量均為4個及以上，所述柵極7區(qū)域覆蓋相應源/漏電極對的溝道區(qū)域。

7、優(yōu)選的，所述基底1的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚乙烯醇、玻璃、硅片(即二氧化硅/硅)或藍寶石中的任意一種或幾種。

8、進一步優(yōu)選的，所述基底1的材料為聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺或聚二甲基硅氧烷中的任意一種。

9、優(yōu)選的，所述源極2、漏極3或柵極7的材料為金、銀、鋁、銅、鉻、鉑、鈦、鎳、氧化銦錫、氟摻雜氧化錫、鋅鋁氧化物、碳納米管、石墨烯或導電聚合物中的任意一種或幾種；

10、所述導電聚合物的主鏈上具有共軛主電子體系且以通過摻雜達到導電態(tài)的高分子材料，所述導電聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)或聚乙炔中的任意一種。

11、進一步優(yōu)選的，所述源極2、漏極3或柵極7的材料為金、銀、鋁或銅中的任意一種。

12、優(yōu)選的，所述有機半導體層4的材料為有機小分子半導體材料或共軛高分子半導體材料；

13、所述有機小分子半導體材料包括并五苯或其衍生物、7,7,8,8-四氰基對苯二醌二甲烷或其衍生物、酞菁銅中的任意一種或幾種；

14、所述共軛高分子半導體材料包括聚3-己基噻吩或其衍生物、引達省并二噻吩-苯并噻二唑共聚物、7,7,8,8-四氰基對苯二醌二甲烷摻雜的引達省并二噻吩-苯并噻二唑共聚物、聚{4,8-雙[(2-乙基己基)氧]苯并[1,2-b:4,5-b’]二硫苯-2,6-二基}{3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基}或其衍生物、并三噻吩和苝酰亞胺單元的共聚物中的任意一種或幾種。

15、進一步優(yōu)選的，所述有機半導體層4的材料為共軛高分子半導體材料，選自聚3-己基噻吩及其衍生物、引達省并二噻吩-苯并噻二唑共聚物、7,7,8,8-四氰基對苯二醌二甲烷摻雜的引達省并二噻吩-苯并噻二唑共聚物中的任意一種或幾種。

16、優(yōu)選的，所述介電鈍化層5的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物、聚苯乙烯或其衍生物、非晶氟樹脂或其衍生物、氧化鋁、二氧化鉿或二氧化鋯中的任意一種或幾種。

17、進一步優(yōu)選的，所述介電鈍化層5的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或其衍生物、聚苯乙烯或其衍生物、非晶氟樹脂或其衍生物中的任意一種或幾種。

18、優(yōu)選的，所述摻雜型聚電解質介電層6為可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電薄膜材料；

19、所述可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電薄膜材料中聚電解質的材料為聚丙烯酸或其衍生物、聚丙烯酰胺或其衍生物、由聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸甲酯復合形成的聚電解質復合介電材料、由聚丙烯酸和聚乙二醇復合形成的聚電解質復合介電材料、由聚丙烯酸和聚乙烯醇復合形成的聚電解質復合介電材料中的至少一種；

20、所述可溶性鋅鹽為氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅、乙酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅、氟硅酸鋅、氟硼酸鋅或葡萄糖酸鋅中的任意一種或幾種。

21、進一步優(yōu)選的，可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電薄膜材料中所述聚電解質的材料為聚丙烯酸及其衍生物、聚丙烯酰胺及其衍生物、聚丙烯酸和聚乙二醇復合形成的聚電解質復合介電材料中的至少一種；

22、所述可溶性鋅鹽為氯化鋅、溴化鋅、碘化鋅中的任意一種或幾種。

23、更進一步優(yōu)選的，所述可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電薄膜材料按照如下方法制備：

24、首先，將聚電解質材料溶解于溶劑中得到聚電解質前驅液；然后，加入可溶性鋅鹽并充分溶解均勻，即得到可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電材料溶液；最后，通過溶液加工方法將該溶液加工成膜并經過退火處理后制備形成可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電薄膜材料；

25、所述可溶性鋅鹽的摻雜含量占整體聚電解質材料及鋅鹽材料總質量的0.5～10wt.％。

26、2.根據本發(fā)明的另一個方面，提供了上述低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

27、(1)在基底表面通過真空熱蒸鍍、磁控濺射、原子層沉積、噴墨打印或滴涂中的任意一種方法制備形成大于等于4對由源極和漏極并排構成的源/漏電極對，所述源極和漏極之間形成微納尺度間距的溝道；

28、(2)在所述源極、漏極和基底表面上，通過旋涂、刮涂或噴墨打印中的任意一種方法制備形成有機半導體層；

29、(3)在所述有機半導體層的表面上，通過原子層沉積、真空熱蒸鍍、磁控濺射、旋涂、刮涂或噴墨打印中的任意一種方法制備形成介電鈍化層；

30、(4)在所述介電鈍化層的表面上，通過溶液加工方法將可溶性鋅鹽摻雜聚電解質的介電材料的溶液加工成膜，經過退火處理后制備形成摻雜型聚電解質介電層；

31、(5)在所述摻雜型聚電解質介電層的表面上，結合掩模板并通過磁控濺射、真空熱蒸鍍、原子層沉積、噴墨打印或滴涂中的任意一種方法制備形成柵極，其中所述柵極的數量與源/漏電極對的對數相同，從而得到低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列。

32、優(yōu)選的，步驟(4)中，所述溶液加工方法為旋涂、刮涂或噴墨打印中的任意一種；

33、步驟(4)中，所述旋涂加工方法中采用的溶液中所述聚電解質材料的濃度為5～50mg/ml，所述旋涂的轉速為200～4000rpm、旋涂的時間為30～120s；

34、步驟(4)中，所述退火處理的溫度為50～200℃，所述退火的時間不少于60min。

35、進一步優(yōu)選的，步驟(4)中，所述旋涂加工方法中采用的溶液中所述聚電解質材料的濃度為10～40mg/ml，所述退火處理的溫度為60～180℃。

36、更進一步優(yōu)選的，步驟(4)中，所述旋涂加工方法中采用的溶液中所述聚電解質材料的濃度為15～35mg/ml，所述退火處理的溫度為70～150℃。

37、3.根據本發(fā)明的又一個方面，提供了上述低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列在脈沖成像、圖像處理、人工突觸或神經形態(tài)計算技術方面中的應用。

38、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明公開的一種低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列，具有以下諸多優(yōu)點：

39、(1)本發(fā)明的有機場效應晶體管存儲器陣列，基于鋅鹽摻雜聚電解質介電層這一新穎介電材料體系的離子遷移增強效應實現存儲功能，并且可通過電壓大小調控離子遷移的記憶存儲特性，從而成功開發(fā)了低電壓、多級存儲特性的柔性有機場效應晶體管存儲器陣列。該類新型有機場效應晶體管存儲器陣列突破了傳統上基于浮柵器件結構實現存儲特性的策略，為高性能的低功耗晶體管存儲器陣列提供了新選擇和有益思路。

40、(2)本發(fā)明的有機場效應晶體管存儲器陣列可以充分利用器件陣列中單個存儲器單元的三端結構優(yōu)勢，通過對柵極施加不同電壓，實現了對不同幅值的電脈沖寫入，并且能夠在實現反向編程柵極脈沖電壓擦除，并能夠實現電脈沖的快速寫入滿足信息學習與記憶功能型存儲器的應用需求，在機器視覺、深度學習等方面有著巨大潛力。

41、(3)本發(fā)明的有機場效應晶體管存儲器陣列還具有結構簡單、性能優(yōu)良、能耗低等優(yōu)勢，并可有效集成為高密度的多像素點存儲陣列用于電脈沖成像、圖像處理等應用。該類有機場效應晶體管存儲器陣列的存儲計算應用在完成成像的同時，可同時輸出對成像圖的平滑處理結果，可以高效準確的完成存儲、成像和計算。相較于傳統技術，本發(fā)明的低功耗有機場效應晶體管存儲器陣列不僅制造過程簡易，并且具有工藝簡便、制備成本低、可有效推廣等特點，還可以集成本征柔韌的有機半導體和介電材料以及柔性基底構筑大面積柔性存儲陣列和集成器件，為將來新型存儲技術和神經形態(tài)計算技術的應用發(fā)展提供新啟發(fā)。

42、(4)本發(fā)明的有機場效應晶體管存儲器陣列，還可以作為重要載體與各類柔性感知材料、器件和芯片進行融合與集成，大幅提升數據處理速度和結合傳感、存儲和計算三種功能，從而為發(fā)展新型感-存-算功能一體化集成電子設備和智能終端的研制及其應用提供重要基礎。

43、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現和獲得。