基于1D电纺半导体聚合物/钙钛矿复合纳米纤维的光子晶体管存储器

2022年10月10日00:26:45 热门 1043

台湾大学陈文章Adv. Mater. Technol.：基于1D电纺丝半导体聚合物/钙钛矿复合纳米纤维的光子晶体管存储器

DOI: 10.1002/admt.202100080

与传统的电压驱动存储器件相比，光子场效应晶体管（FET）存储器件具有非接触编程能力、快速数据传输和低功耗等独特优势。本文首次报道了一种仅由纳米纤维组成的光子FET存储器件。将嵌入钙钛矿纳米晶体（βNC）的聚噻吩用作纳米纤维基质的一维半导体通道。最佳器件的开/关电流比约为103，数据保留时间超过104s，这可归因于纳米纤维中共轭聚合物的有利能级排列和分子堆积。复合纳米纤维体系表现出优异的光响应性和电荷保持性，由于其规则的一维受限结构和良好分散的βNCs，该复合体系的性能优于薄膜基对应物。总体而言，纳米纤维中结构微调的共轭聚合物和一维受限结构保证了良好的数据辨别力和高度容错的光子存储器件。此外，纤维基柔性存储器件具有优异的光子存储性能，表明其在可穿戴电子产品中应用的完整性。该体系首次将一维钙钛矿型纳米晶/共轭聚合物复合纳米纤维应用于高性能光子存储器件，揭示了复合纳米结构在新型开创性光子器件应用中的巨大潜力。

图1.同轴静电纺丝体系和定向同轴纳米纤维的制备过程示意图，分别由共轭聚合物-钙钛矿NCs复合材料和PEO作为核和壳组成。

图2.a）添加了包括辛胺和β-CD在内的表面活性剂的钙钛矿纳米晶粉末的XRD谱。b）纯β-CD和钙钛矿纳米晶体的FTIR光谱。

图3.a）同轴电纺复合材料RP-17/βNC纳米纤维的TEM图像。b）去除PEO壳后，核RP-17/βNC纳米纤维的TEM图像，比例尺为0.2µm。

图4.a）纳米纤维基光子晶体管存储器的示意图。b）复合纳米纤维基光子晶体管存储器在VDS=-60V下运行的时间IDS曲线。c）纳米纤维钙钛矿纳米晶体（βNC）和聚噻吩电荷传输介质的能量图。d）光写120s后RP-17/βNC复合纳米纤维在14000s内的长期稳定性。插图显示了多次光编程和电擦除循环后的漏电流。

图5.由RP-17复合材料组成的复合钙钛矿纳米晶纳米纤维的2D掠入射X射线衍射（2D GIXD）图（聚噻吩和钙钛矿纳米晶的指定晶面分别用蓝色和黑色字体表示）。b）各种复合纳米纤维的全窗1D掠入射X射线衍射（1D GIXD）图。c）各种复合纳米纤维的（100）层状堆积的方位角分析。入射光平行（d）和垂直（e）于纤维轴时定向纳米纤维的2D-GIXD图。f）复合纳米纤维中聚合物堆积的示意图（红线代表黄色共轭聚合物介质中聚合物主链的方向），同时以纤维轴为基准暴露于不同取向的入射光束。（聚噻吩和钙钛矿纳米晶体的指定晶面分别用红色和白色字体表示）

图6.a）在不同光编程时间下，对使用RP-17基复合纳米纤维的光子晶体管进行光编程，当VDS=-60V时的时间IDS曲线。b）在10s内光照1s，对使用RP-17基复合纳米纤维的光子晶体管进行短脉冲光编程。c）比较使用RP-17基复合纳米纤维和薄膜的光子晶体管在VDS=-60V下的时间IDS曲线。d）所研究的复合RP-17/βNC纳米纤维和薄膜的光响应性、时间常数和记忆窗口的变化。