一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件及其制备方法
【专利摘要】本发明属于有机光电子【技术领域】，特别涉及一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件及其制备方法。本发明电双稳器件由基底、缓冲层、第一功能层、第二功能层和电极层构成，其中基底、缓冲层、第一功能层、第二功能层和电极层顺次相连；本发明通过在附有导电材料的玻璃基片上，依次制作缓冲层，第一功能层、第二功能层和电极层，得到所需一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件。本发明器件可以通过外加偏压来调节其导电状态，在同一电压下器件电流不同的效果，样品器件的电流差最大达到了103倍。同时，通过施加周期性的电压脉冲信号对器件进行“写入、读取、擦出、读取”的循环测试，以检验器件的重复使用能力，样品器件在循环测试中保持了较大的开关比。
【专利说明】一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明属于有机光电子【技术领域】，特别涉及一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电双稳态是半导体存储元件的基本特性，其主要现象为器件在相同的外加电压下会出现两种不同的导电状态。具体来说，当在器件功能层薄膜两边的施加电压时，随着电压的变化，器件的导电特性也随之发生变化。当外加电压撤除时，发生转变的导电状态可以保持很长时间。且施加反向电压又可以使器件的导电状态还原，分别对应了存储元件的写入、读取和擦除过程。近年来，随着信息技术向低碳化、低成本、便携式、高容量及快速响应方向的发展，以无机半导体为介质的存储技术已经逐渐达到了发展极限，而基于有机材料作为功能层制备的的存储器件具有成本低、工艺简单、柔韧性好、结构多变、器件尺寸小等优点而成为最有应用前景的储存器，重新获得了学术界的关注，并取得了迅速的发展。同时，随着纳米技术制备工艺的成熟及其独特的特性，纳米颗粒在有机半导体器件中发挥的作用正越来越引起学者们的注意。其中，由金属纳米颗粒或半导体纳米晶与有机材料复合组成功能层的器件具有较强的电荷存储能力和独特的物理化学特性，在有机存储领域有较好的应用前景。
【发明内容】
[0003]本发明主要内容为制备一种聚合物掺杂结构的电双稳态器件。其中，半导体纳米晶采用了氧化锌无机半导体纳米颗粒，为器件提供载流子俘获中心，并使用聚氧化乙烯(PEO)进行包覆。同时采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成器件的功能层。
[0004]针对现有技术不足，本发明提供了一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件及其制备方法。
[0005]—种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件，所述电双稳器件由基底、缓冲层、第一功能层、第二功能层和电极层构成，其中基底、缓冲层、第一功能层、第二功能层和电极层顺次相连；
[0006]所述缓冲层为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)膜，PEDOT与PSS质量比为1:6，直接购买于公司Clevious P VP AI4083 ；
[0007]所述第一功能层为氧化锌纳米晶和聚氧化乙烯PEO的混合物膜，其中氧化锌纳米晶均匀分散包裹于聚氧化乙烯(PEO)中，所述氧化锌纳米晶和聚氧化乙烯(PEO)的质量比为1:1，经过反复试验，比例是1:1时为最佳比率，效果最好；
[0008]所述第二功能层为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。
[0009]所述基底为附有导电材料的玻璃基片。
[0010]所述导电材料为氧化铟锡(ITO)。
[0011]所述电极层为铝电极层。[0012]一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下:
[0013]步骤1，使用清洗剂将基底清洗干净，再将其依次置入去离子水、丙酮和酒精中浸泡，并各超声30分钟以上，经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理15分钟以上；
[0014]步骤2，将缓冲层材料聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)溶液均匀旋涂于经步骤I处理的基底上，形成缓冲层；
[0015]步骤3，将步骤2所得样品进行干燥，使水分充分蒸发；
[0016]步骤4，按比例称量聚氧化乙烯(PEO)，按比例加入氧化锌纳米晶的氯苯溶液，将所得混合溶液进行磁力搅拌使其充分混合；将所得混合均匀的混合溶液旋涂于缓冲层上，形成第一功能层；
[0017]步骤5，配置聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，并进行磁力搅拌使其充分溶解，将所得溶液均匀的旋涂于第一功能层上表面，形成第二功能层；
[0018]步骤6，在10_4Pa以上真空度的真空环境下将电极材料蒸镀到第二功能层上，形成电极层，得到所需一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件。
[0019]所述步骤2中旋涂转速为3000转/分钟，旋涂成膜时间为60秒。
[0020]所述步骤3中干燥温度为150°C，干燥时间为15分钟以上。
[0021]所述步骤4中旋涂转速为1000转/分钟，旋涂成膜时间为60秒。
[0022]所述步骤5中旋涂转速为2000转/分钟，旋涂成膜时间为60秒。
[0023]在附有导电材料ITO的玻璃基片上，依次制作缓冲层，功能有源层和铝电极。其中:缓冲层的材料为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，其作用为降低ITO与有源层之间的能量势垒，从而提高载流子的注入效率，同时降低衬底表面的粗糙度。缓冲层厚度为50nm?lOOnm。两层功能层分别为聚氧化乙烯(PEO)包覆的氧化锌纳米晶和PMMA双层结构。两层功能层厚度分别为150nm?200nm。
[0024]在功能层上蒸镀铝电极，提供电子注入通道，蒸镀在气压为10_4Pa的真空条件下进行。
[0025]本发明的有益效果为:
[0026]本发明所制备的器件可以通过外加偏压来调节其导电状态，在同一电压下器件电流不同的效果，样品器件的电流差最大达到了 IO3倍。同时，通过施加周期性的电压脉冲信号对器件进行“写入、读取、擦出、读取”的循环测试，以检验器件的重复使用能力，样品器件在循环测试中保持了较大的开关比。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的结构示意图；
[0028]图2为本发明实施例1基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的测试效果图，即电流电压曲线;
[0029]图中标号:1-基底、2-缓冲层、3-第一功能层、4-第二功能层、5-电极层。
【具体实施方式】
[0030]本发明提供了一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件及其制备方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0031]—种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件,所述电双稳器件由基底1、缓冲层2、第一功能层3、第二功能层4和电极层5构成，其中基底1、缓冲层2、第一功能层3、第二功能层4和电极层5顺次相连；
[0032]所述缓冲层2为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)膜，PEDOT与PSS质量比为1:6，直接购买于公司Clevious P VP AI4083 ；
[0033]所述第一功能层3为氧化锌纳米晶和聚氧化乙烯(PEO)的混合物膜，其中氧化锌纳米晶均匀分散包裹于聚氧化乙烯(PEO)中，所述氧化锌纳米晶和聚氧化乙烯(PEO)的质量比为1:1，经过反复试验，比例是1:1时为最佳比率，效果最好；
[0034]所述第二功能层4为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜。
[0035]所述基底I为附有导电材料的玻璃基片。
[0036]所述导电材料为氧化铟锡(ITO)。
[0037]所述电极层5为铝电极层。
[0038]实施例1
[0039]一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其具体步骤如下:
[0040]步骤1，使用清洗剂将刻蚀好的氧化铟锡(ITO)的基底I反复清洗(基底大小为16.1mmX 16.2mm)，再将其依次置入去离子水、丙酮和酒精中浸泡，并各超声30分钟以上，经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理15分钟以上；
[0041]步骤2，将缓冲层2材料聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)溶液60 μ L均匀旋涂于经步骤I处理的基底I上，转速3000转/分钟，成膜时间为60秒，所得缓冲层2厚度为IOOnm ；
[0042]步骤3，将步骤2所得样品置于温度为150°C的热台干燥15分钟，使水分充分蒸发；
[0043]步骤4,称量58mg的聚氧化乙烯(PEO),再加入ImL浓度为58mg/mL的氧化锌纳米晶的氯苯溶液，放入大小为C7的磁子，在磁力搅拌机上充分搅拌12小时，使其充分混合，其中聚氧化乙烯(PEO)和氧化锌纳米晶的质量比为1:1 ;将混合均匀的溶液旋涂于缓冲层2上，形成第一功能层3，转速为1000转/分钟，成膜时间60秒，所得第一功能层的厚度为150nm ；
[0044]步骤5，称量分子量为35000的PMMAlOmg，加入ImL的乙酸乙酯，使其充分溶解，形成10mg/mL的PMMA的乙酸乙酯溶液，将所得PMMA的乙酸乙酯溶液均匀的旋涂于第一功能层3上表面，形成第二功能层4，转速为2000转/分钟，成膜时间60秒，厚度为80nm ；
[0045]步骤6，在10_4Pa的真空环境下将金属铝蒸镀于第二功能层4上，形成电极层5，所得电极层5的厚度为IOOnm左右,得到所需一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件。
[0046]步骤7，施加电压，将做好的电双稳器件连接电压源，ITO接阳极，Al接阴极。扫描方式为从OV开始，每0.05秒增加0.1V，如15V，扫描到15V后，每0.05秒减少0.1V，一直扫描到-15V，然后每0.05秒增加0.1V，一直到0V，形成一个0—15V—015V—0V —个扫描周期。
[0047]本发明所使用的氧化锌纳米晶的制备工艺是按照J.Phys.Chem.B.Vol.109.N0.19.2005.Beek et at.上所报道的“氧化锌纳米晶制备方法”制备的。
【权利要求】
1.一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件，其特征在于:所述电双稳器件由基底(I)、缓冲层(2)、第一功能层(3)、第二功能层(4)和电极层(5)构成，其中基底(I)、缓冲层(2)、第一功能层(3)、第二功能层(4)和电极层(5)顺次相连； 所述缓冲层(2)为聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸膜； 所述第一功能层(3)为氧化锌纳米晶和聚氧化乙烯的混合物膜，其中氧化锌纳米晶均匀分散包裹于聚氧化乙烯中，所述氧化锌纳米晶和聚氧化乙烯的质量比为1:1 ; 所述第二功能层(4)为聚甲基丙烯酸甲酯膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件，其特征在于:所述基底(I)为附有导电材料的玻璃基片。
3.根据权利要求2所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件，其特征在于:所述导电材料为氧化铟锡。
4.根据权利要求1所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件，其特征在于:所述电极层(5)为铝电极层。
5.如权利要求1所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤1，使用清洗剂将基底(I)清洗干净，再将其依次置入去离子水、丙酮和酒精中浸泡，并各超声30分钟以上，经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理15分钟以上； 步骤2，将缓冲层(2)材料聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸溶液均匀旋涂于经步骤I处理的基底(I)上，形成缓冲层(2); 步骤3，将步骤2所得样品进行干燥，使水分充分蒸发； 步骤4，按比例称量聚氧化乙烯，按比例加入氧化锌纳米晶的氯苯溶液，将所得混合溶液进行磁力搅拌使其充分混合；将所得混合均匀的混合溶液旋涂于缓冲层(2)上，形成第一功能层⑶； 步骤5，配置聚甲基丙烯酸甲酯溶液，并进行磁力搅拌使其充分溶解，将所得溶液均匀的旋涂于第一功能层(3)上表面，形成第二功能层(4)； 步骤6，在10_4Pa以上真空度的真空环境下将电极材料蒸镀到第二功能层(4)上，形成电极层(5)，得到所需一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件。
6.根据权利要求5所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其特征在于:所述步骤2中旋涂转速为3000转/分钟，旋涂成膜时间为60秒。
7.根据权利要求5所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其特征在于:所述步骤3中干燥温度为150°C，干燥时间为15分钟以上。
8.根据权利要求5所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其特征在于:所述步骤4中旋涂转速为1000转/分钟，旋涂成膜时间为60秒。
9.根据权利要求5所述的一种基于共轭聚合物掺杂的电双稳器件的制备方法，其特征在于:所述步骤5中旋涂转速为2000转/分钟，旋涂成膜时间为60秒。
【文档编号】H01L51/00GK103972389SQ201410216917
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】曹亚鹏, 胡煜峰, 娄志东, 侯延冰, 滕枫 申请人:北京交通大学