Orthogonal printing of uniform nanocomposite monolayer and oriented organic semiconductor crystals for high-performance nano-crystal floating gate memory

材料科学 单层 半导体 微电子 光电子学 结晶度 纳米技术 聚苯乙烯 纳米复合材料 图层(电子) 胶体晶体 聚合物 复合材料 化学工程 胶体 工程类
作者
Xi Mao,Yonghao Yang,Lisong Yang,Haowen Qian,Li Wang,Wenqi Zhao,Shuai Deng,Shaohong Jin,Liangzhu Jiang,Changxu Liu,Wen Li,Mingdong Yi,Renhua Deng,Jintao Zhu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:668: 232-242 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.160
摘要

Inkjet printing is of great interest in the preparation of optoelectronic and microelectronic devices due to its low cost, low process temperature, versatile material compatibility, and ability to precisely manufacture multi-layer devices on demand. However, interlayer solvent erosion is a typical problem that limits the printing of organic semiconductor devices with multi-layer structures. In this study, we proposed a solution to address this erosion problem by designing polystyrene-block-poly(4-vinyl pyridine)-grafted Au nanoparticles (Au@PS-b-P4VP NPs). With a colloidal ink containing the Au@PS-b-P4VP NPs, we obtained a uniform monolayer of Au nano-crystal floating gates (NCFGs) embedded in the PS-b-P4VP tunneling dielectric (TD) layer using direct-ink-writing (DIW). Significantly, PS-b-P4VP has high erosion resistance against the semiconductor ink solvent, which enables multi-layer printing. An active layer of semiconductor crystals with high crystallinity and well-orientation was obtained by DIW. Moreover, we developed a strategy to improve the quality of the TD/semiconductor interface by introducing a polystyrene intermediate layer. We show that the NCFG memory devices exhibit a low threshold voltage (<3 V), large memory window (66 V), stable endurance (>100 cycles), and long-term retention (>10 years). This study provides universal guidance for printing functional coatings and multi-layer devices.

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