《Mater.Horiz.》离子纳米团簇聚合物用于低压柔性有机非易失性存储晶体管学术资讯

来源：高分子科学前沿

作者：汉远星光

信息数据的安全存储和搜索在当今信息社会中至关重要。目前，商业化的存储设备基本上都是由场效应晶体管 (FETs)和单个电容中的充电单元所组成的。传统的存储设备因为是基于无机材料的，所以无法兼顾器件的可弯折性和可拉伸性，所以基于有机材料，特别是聚合物的场效应晶体管(OFETs)新型柔性非易失性存储器件的开发受到了广泛的关注。低压运行是便携式存储设备低功耗长时间运行的先决条件之一。然后，目前仅有为数不多几种方法可以使OFETs基的非易失性存储设备在低电压(<5–10 V)范围工作时仍然具有良好的保留性。所以，为了实现柔性电子存储器件的成功商业化，开发新的用于构建OFETs存储器件的聚合物材料体系就是非常关键。

近日，韩国成均馆大学化工学院的有机纳米电子实验室和KNU纳米光子应用研究所的Youngkyoo Kim教授领导的团队在低压下正常工作的有机非易失性存储晶体管的聚合物材料制备上取得进展。相关的工作于2019年6月14日，题为“Ionic nanocluster-evolved polymers for low voltage flexible organic nonvolatile memory transistors“首先发表在Materials Horizons上。

在这项工作中，Youngkyoo Kim团队首次使用聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸)(PAMPSA)作为OFETs栅极绝缘记忆存储层。通过调节苯胺(AN) 与PAMPSA的摩尔比，使PAMPSA聚合物与AN发生中和反应，生成具有永久电荷的PAMPSA – AN复合材料。结果表明，具有PAMPSA-AN层的柔性OFETs能在低电压(-1 ~ -5 V)下正常工作，并在大于10000个存储周期内表现出优异的保留特性。

图1：(a)聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸)(PAMPSA)与苯胺(AN)的中和反应，生成PAMPSA – AN (左)。该PAMPSA - AN在OFET中作为栅极绝缘记忆层 (右)。(b) PAMPSA-AN溶液的摩尔比对溶液pH的影响。(c) PAMPSA-AN薄膜在石英基片上的光学吸收光谱。

Youngkyoo Kim团队发现当AN摩尔比为0.5时，器件具有最佳的晶体管性能和漏电流滞后率。迟滞现象的起源是由于PAMPSA-AN层中离子对(- SO3 和 +NH3-)的强电荷相互作用而形成的离子纳米团簇(尺寸约1.2 nm)。记忆操作测试表明，PAMPSA-AN层(比值为0.5，在150℃下退火，玻璃基板)的OFETs在高达10,000 写-读-擦除-读的循环操作下表现出非常稳定的保留特性。

在这项工作中，Youngkyoo Kim团队也利用薄膜基板制作了具有PAMPSA-AN层的柔性阵列(10×10)存储器件。所述柔性阵列器件在整个器件区域内均表现出良好的记忆子单元结构，且无特殊缺陷。在1000个循环的写-读-擦除-读操作中，子单元表现出良好的保留特性。

图2：具有PAMPSA-AN层的柔性存储阵列(10×10)设备和性能。

本文的第一作者为Chulyeon Lee，通讯作者为Youngkyoo Kim。这项工作得到了韩国国家研究基金会(NRF)的财政支持。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh00519f#!divAbstract

来源：Polymer-science 高分子科学前沿

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