CN105336859B - 一种有机小分子薄膜电双稳器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机小分子薄膜电双稳器件及其制作方法，包括：由上至下依次设置的电极层、功能层、绝缘层、基底，基底、绝缘层、功能层、电极层顺次相连；绝缘层为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，功能层是三(2‑苯基吡啶‑C2,N)合铱(III)的薄膜；或：绝缘层为真空蒸镀的二氧化硅，功能层是三(2‑苯基吡啶‑C2,N)合铱(III)的薄膜。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会有不同的效果，样品器件的电流差最大达到了104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、擦除、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。
Description
技术领域
本发明涉及有机光电子技术领域，具体说是一种有机小分子薄膜电双稳器件及其制作方法。尤指以聚合物为绝缘层，基于有机小分子薄膜电双稳器件及其制作方法。
背景技术
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，当在器件的功能层薄膜两边施加电压时，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存储器，重新获得了学术界的关注，并且取得了迅速的发展。
目前，有机小分子薄膜由于其制备简单且效果稳定，获得了大家的关注。利用不同的有机小分子的物理化学特性，经过退火处理产生相分离现象，在界面处会有缺陷，使器件有电荷存储能力，可以制作出稳定的器件，在有机存储领域有较好的应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种一种有机小分子薄膜电双稳器件及其制作方法，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会有不同的效果，样品器件的电流差最大达到了104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、擦除、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。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于，包括：由上至下依次设置的电极层4、功能层3、绝缘层2、基底1，基底、绝缘层、功能层、电极层顺次相连；
绝缘层2为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺；
或：
绝缘层2为真空蒸镀的二氧化硅，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺。
在上述技术方案的基础上，所述基底1为附有导电材料的玻璃基片，所述的导电材料为氧化铟锡。
在上述技术方案的基础上，所述电极层4的材料为低功函数材料。
在上述技术方案的基础上，当绝缘层2为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底1先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底1上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底1上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯形成绝缘层2，其溶剂为乙酸乙酯，浓度是30～50mg/ml；旋涂转速是500～1500r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是20～40min，使溶剂完全挥发；
步骤3：在氮气环境下，在绝缘层2上旋涂三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)形成功能层3，其溶剂为二甲基甲酰胺，浓度是5mg/ml～10mg/ml，旋涂转速是500～2000r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是10～30min，使溶剂完全挥发，同时让Ir(ppy)3更好地结晶；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层3上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层4，厚度是120nm～200nm。
在上述技术方案的基础上，当绝缘层2为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底1先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底1上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底1上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯形成绝缘层2，其溶剂为乙酸乙酯，浓度是30～50mg/ml；旋涂转速是500～1500r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是20～40min，使溶剂完全挥发；
步骤3：使用真空蒸镀Ir(ppy)3的方法，使其厚度达到40～80nm，真空蒸镀的温度是180℃～260℃；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层3上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层4，厚度是120nm～200nm。
在上述技术方案的基础上，当绝缘层2为真空蒸镀的二氧化硅，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底1先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底1上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底1上真空蒸镀二氧化硅形成绝缘层2，真空蒸镀在气压为10-4Pa的真空条件下进行，真空蒸镀厚度为20～60nm；
步骤3：在氮气环境下，在绝缘层2上旋涂三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)形成功能层3，其溶剂为二甲基甲酰胺，浓度是5mg/ml～10mg/ml，旋涂转速是500～2000r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是10～30min，使溶剂完全挥发，同时让Ir(ppy)3更好地结晶；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层3上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层4，厚度是120nm～200nm。
在上述技术方案的基础上，当绝缘层2为真空蒸镀的二氧化硅，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底1先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底1上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底1上真空蒸镀二氧化硅形成绝缘层2，真空蒸镀在气压为10-4Pa的真空条件下进行，真空蒸镀厚度为20～60nm；
步骤3：使用真空蒸镀Ir(ppy)3的方法，使其厚度达到40～80nm，真空蒸镀的温度是180℃～260℃；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层3上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层4，厚度是120nm～200nm。
本发明所述的有机小分子薄膜电双稳器件及其制作方法，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会有不同的效果，样品器件的电流差最大达到了104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、擦除、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。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的结构图；
图2本发明器件1的电流电压曲线；
图3本发明器件2的电流电压曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的有机小分子薄膜电双稳器件，包括：由上至下依次设置的电极层4、功能层3、绝缘层2、基底1，基底、绝缘层、功能层、电极层顺次相连；
绝缘层2为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺；此方案制备出的电双稳器件称为器件1；
或：
绝缘层2为真空蒸镀的二氧化硅，功能层3是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺；此方案制备出的电双稳器件称为器件2。
在上述技术方案的基础上，所述基底1为附有导电材料的玻璃基片，所述的导电材料为氧化铟锡(ITO)。
在上述技术方案的基础上，所述电极层4的材料为低功函数材料，包括不限于银、铝、锂、钙。铝为优选。
本发明所述的有机小分子薄膜电双稳器件，器件1的制备步骤为：
步骤1：将基底1先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底1上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min，优选15min；
步骤2：在基底1上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成绝缘层2，其溶剂为乙酸乙酯，浓度是30～50mg/ml，优选50mg/ml；旋涂转速是500～1500r/min，优选转速是1000r/min；旋转时间是40～60s，优选时间是40s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，优选100℃；退火时间是20～40min，优选40min，使溶剂完全挥发；
步骤3：在氮气环境下，在绝缘层2上旋涂三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)(Ir(ppy)3)形成功能层3，其溶剂为二甲基甲酰胺，浓度是5mg/ml～10mg/ml(实验点是5mg/ml)，旋涂转速是500～2000r/min，优选转速是1000r/min；旋转时间是40～60s，优选时间是40s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，优选100℃；退火时间是10～30min，优选20min；使溶剂完全挥发，同时让Ir(ppy)3更好地结晶；
步骤3的旋涂过程是在手套箱中完成的；
本步骤亦可使用真空蒸镀Ir(ppy)3的方法，使其厚度达到40～80nm，优选60nm，真空蒸镀的温度是180℃～260℃，优选温度是256℃；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层3上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层4，实验选择的是铝,厚度是120nm～200nm，优选厚度是180nm。
上述制作得到的聚合物电双稳器件，减少了操作流程，由于采用真空旋涂，改善了成膜性，提高了器件制作效率，具有良好的应用前景。
本发明所述的有机小分子薄膜电双稳器件，器件2的制备步骤为：
步骤1：将基底1先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底1上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min，优选15min；
步骤2：在基底1上真空蒸镀二氧化硅形成绝缘层2，真空蒸镀在气压为10-4Pa的真空条件下进行，真空蒸镀厚度为20～60nm，优选40nm；
步骤3：在氮气环境下，在绝缘层2上旋涂三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)(Ir(ppy)3)形成功能层3，其溶剂为二甲基甲酰胺，浓度是5mg/ml～10mg/ml(实验点是5mg/ml)，旋涂转速是500～2000r/min，优选转速是1000r/min；旋转时间是40～60s，优选时间是40s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，优选100℃；退火时间是10～30min，优选20min；使溶剂完全挥发，同时让Ir(ppy)3更好地结晶；
步骤3的旋涂过程是在手套箱中完成的；
本步骤亦可使用真空蒸镀Ir(ppy)3的方法，使其厚度达到40～80nm，优选60nm，真空蒸镀的温度是180℃～260℃，优选温度是256℃；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层3上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层4，实验选择的是铝，厚度是120nm～200nm，优选厚度是180nm。
上述制作得到的聚合物电双稳器件，减少了操作流程，由于采用真空旋涂，改善了成膜性，提高了器件制作效率，具有良好的应用前景。
如图2所示，器件1的电流电压曲线。从图中可以看出器件具有明显的高低态，开关比103以上，最大达到104，可以很好的满足记忆存储的条件。
如图3所示，器件2的电流电压曲线。从图中可以看出器件具有明显的高低态，开关比102以上，最大达到103，可以满足记忆存储的条件。
在上述技术方案的基础上，步骤3的有机小分子功能层的旋涂过程是在手套箱中完成的。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于，包括：由上至下依次设置的电极层(4)、功能层(3)、绝缘层(2)、基底(1)，基底、绝缘层、功能层、电极层顺次相连；
绝缘层(2)为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层(3)是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺；
或：
绝缘层(2)为真空蒸镀的二氧化硅，功能层(3)是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺；
当绝缘层(2)为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层(3)是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底(1)先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底(1)上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底(1)上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯形成绝缘层(2)，其溶剂为乙酸乙酯，浓度是30～50mg/ml；旋涂转速是500～1500r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是20～40min，使溶剂完全挥发；
步骤3：在氮气环境下，在绝缘层(2)上旋涂三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)形成功能层(3)，其溶剂为二甲基甲酰胺，浓度是5mg/ml～10mg/ml，旋涂转速是500～2000r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，需进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是10～30min，使溶剂完全挥发，同时让Ir(ppy)3更好地结晶；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层(3)上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层(4)，厚度是120nm～200nm。
2.如权利要求1所述的有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于：所述基底(1)为附有导电材料的玻璃基片，所述的导电材料为氧化铟锡。
3.如权利要求1所述的有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于：所述电极层(4)的材料为低功函数材料；所述低功函数材料包括银、铝、锂和钙。
4.如权利要求1所述的有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于：当绝缘层(2)为聚甲基丙烯酸甲酯的薄膜，其溶剂是乙酸乙酯，功能层(3)是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底(1)先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底(1)上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底(1)上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯形成绝缘层(2)，其溶剂为乙酸乙酯，浓度是30～50mg/ml；旋涂转速是500～1500r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是20～40min，使溶剂完全挥发；
步骤3：使用真空蒸镀Ir(ppy)3的方法，使其厚度达到40～80nm，真空蒸镀的温度是180℃～260℃；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层(3)上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层(4)，厚度是120nm～200nm。
5.如权利要求1所述的有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于：当绝缘层(2)为真空蒸镀的二氧化硅，功能层(3)是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底(1)先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底(1)上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底(1)上真空蒸镀二氧化硅形成绝缘层(2)，真空蒸镀在气压为10-4Pa的真空条件下进行，真空蒸镀厚度为20～60nm；
步骤3：在氮气环境下，在绝缘层(2)上旋涂三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)形成功能层(3)，其溶剂为二甲基甲酰胺，浓度是5mg/ml～10mg/ml，旋涂转速是500～2000r/min，旋转时间是40～60s；待旋涂完毕之后，进行退火处理，退火温度是80～120℃，退火时间是10～30min，使溶剂完全挥发，同时让Ir(ppy)3更好地结晶；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层(3)上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层(4)，厚度是120nm～200nm。
6.如权利要求1所述的有机小分子薄膜电双稳器件，其特征在于：当绝缘层(2)为真空蒸镀的二氧化硅，功能层(3)是三(2-苯基吡啶-C2,N)合铱(III)的薄膜，其溶剂是二甲基甲酰胺时，制备步骤为：
步骤1：将基底(1)先后放入丙酮、乙醇中清洗，并各进行30分钟的超声清洗，基底(1)上的ITO作为阳极电极，然后经氮气流干燥后，在紫外臭氧环境中处理10～20min；
步骤2：在基底(1)上真空蒸镀二氧化硅形成绝缘层(2)，真空蒸镀在气压为10-4Pa的真空条件下进行，真空蒸镀厚度为20～60nm；
步骤3：使用真空蒸镀Ir(ppy)3的方法，使其厚度达到40～80nm，真空蒸镀的温度是180℃～260℃；
步骤4：在真空度为10-4Pa环境下，在功能层(3)上，利用掩膜版，蒸镀低功函数材料形成电极层(4)，厚度是120nm～200nm。
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