Organic nano-floating gate memory (NFGM) devices with enhanced retention characteristics are ex-plored based on C60 thin-film transistors (TFTs) in which distributed silver nanoparticles (Ag-NPs) are em-bedded as charge storage nodes within a bilayer gate dielectric. A polymeric layer of benzocyclobutene (BCB), which is known to provide an ideal interface for C60 semiconductors in terms of performance and stability, is adopted as a tunneling dielectric layer covering the Ag-NPs. Reference devices of C60 TFTs with the BCB/SiO2 bilayer gate dielectric indeed exhibit hysteresis-free transfer characteristics with the carrier mobility as high as a few cm2/Vs, as expected. With the Ag-NPs embedded in between SiO2 and BCB layers, the same C60 TFTs exhibit memory characteristics with the ample memory window. The spatial density of spin-coated Ag-NPs, controlled by the concentration of the seed solution and the spinning speed, is shown to be effective in controlling the memory window. However, it is shown that the devices with the as-prepared Ag-NPs have only limited retention characteristics. In order to suppress the “leakage” of stored charges, self-assembled monolayers (SAMs) with a large dipole moment is coated over Ag-NPs, effectively increasing the work-function of Ag-NPs and thus providing a large energy barrier for back-tunneling process from Ag-NPs to channels via the BCB layer. The proposed memory devices are shown to exhibit the retention characteristics with 60-70% of the initial memory window still kept even after 3×107 sec (?? 1 year), showing the orders-of-magnitude enhancement over the devices without the SAM treatment.
이중 구조의 게이트 절연 막 사이에 전하 저장 공간으로서 은 나노 입자가 삽입된 C60 박막 트랜지스터 기반의 향상된 유지 시간을 갖는 유기 나노 플로팅 게이트 메모리를 연구하였다. 성능과 안정성 면에서 C60 유기 반도체에 이상적인 계면 형성을 돕는다고 알려진 BCB라는 고분자 층을 은 나노 입자를 덮는 터널링 절연 막으로써 사용하였다. BCB/SiO2 이중 구조 게이트 절연 막을 가진 C60 박막 트랜지스터 소자의 경우 예상했던 대로 히스테리시스를 전혀 보이지 않았고 이동도 또한 1~2 cm2/Vs 라는 값을 보였다. SiO2와 BCB층 사이에 은 나노 입자가 삽입된 동일한 C60 박막 트랜지스터의 경우 충분한 메모리 윈도우를 가지면서 메모리 특성을 보였다. 용액 내의 은 나노 입자의 농도와 스핀 코팅 속도를 통해 조절된 은 나노 입자의 밀도를 조절 함으로써 메모리 윈도우를 효과적으로 조절할 수 있다는 점을 보였다. 그러나 이러한 소자들의 경우 꽤 제한적인 저장된 전하의 유지 시간을 갖고 있었다. 이에 저장된 전하의 누설을 막기 위해서, 즉 효과적으로 은 나노 입자의 일 함수를 증가시킴과 동시에 은 나노 입자에서 BCB 층을 통한 채널 쪽으로의 백-터널링 과정을 막기 위한 큰 에너지 장벽을 만들 수 있는 큰 양의 쌍극자 모멘트를 갖는 자기조립 단분자막을 은 나노 입자 위에 도포하였다. 이 제안된 메모리 소자는 1년이 지난 후에도 초기 메모리 윈도우의 60-70%를 유지한다는 결과를 보임으로써 자기조립 단분자막 처리를 하지 않은 소자의 전하 유지 시간에 비해 월등한 증가를 보였다.
