Authors:	Lenz, Thomas
Title:	Device physics and nanostructuring of organic ferroelectric memory diodes
Online publication date:	18-Jun-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	Organic ferroelectric memory diodes are promising data storage devices for flexible electronics. They strongly depend on the interface between the polymer semiconductor poly(9,9-octylfluorene) (PFO) and the ferroelectric polymer P(VDF-TrFE). Therefore, a technique called solution micromolding was established in this work to obtain well-defined bilinear arrays of PFO and P(VDF-TrFE), which were stacked between two electrodes. The resulting diodes showed excellent memory characteristics including data retention. Moreover, downscaling the feature dimensions of the array using solution micromolding led to an unexpected performance improvement. The device physics of the memory diodes was analyzed with a numerical device simulator. The derived operational mechanism can be summarized as follows: since the injecting bottom electrode forms a Schottky contact with PFO, the current density is normally low: the diode is in the Off-state (Boolean “0”). If P(VDF-TrFE) is fully polarized, a stray electric field between the polarization charges and the resulting image charges in the electrode rises, which enables efficient charge injection into the semiconducting PFO via barrier tunnelling. The injected charges form a strong accumulation layer along the PFO/P(VDF-TrFE) interface, which governs the high current density On-state (Boolean “1”). Although being a two terminal device, the memory diode works like a field-effect transistor. Speicherdioden basierend auf dem halbleitenden Polymer PFO und dem ferroelektrischen Polymer P(VDF-TrFE) sind vielversprechende Alternativen für Informationsspeicher im Anwendungsgebiet der flexiblen Elektronik. Da die Grenzfläche zwischen PFO und P(VDF-TrFE) eine entscheidende Rolle spielt, wurde in dieser Arbeit ein Nanostrukturierungsverfahren entwickelt, welches die beiden Polymere in einem alternierenden Linienmuster anordnet. Die Dioden, in denen das Polymer-Array zwischen zwei Elektroden integriert ist, weisen hervorragende Eigenschaften als Informationsspeicher auf. Ein Skalierungseffekt der Grenzflächen kann nachgewiesen werden. Die physikalische Funktionsweise dieses Halbleiterbauelements wurde mit Hilfe numerischer Simulationen untersucht; es lassen sich folgende Kernergebnisse zusammenfassen. Gold wird bewusst als injizierende Elektrode verwendet, weil der Schottky-Kontakt mit PFO für eine geringe Stromdichte im Bauelement sorgt. Dieser Normalzustand entspricht in der Booleschen Algebra dem Wert „0“. Wenn das ferroelektrische P(VDF-TrFE) durch eine ausreichende Spannung polarisiert wird, entsteht ein starkes elektrisches Streufeld zwischen den Polarisationsladungen und den entsprechenden Spiegelladungen in der Gold-Elektrode. Dadurch können Ladungsträger (Löcher) leicht in den Halbleiter tunneln und die Stromstärke in der Speicherdiode steigt um Größenordnungen. Ein Ladungstransportkanal vergleichbar mit der Situation bei einem Feldeffekttransistor bildet sich aus aufgrund des horizontalen Beitrages der ferroelektrischen Polarisation. Die Diode hat nun den Wert „1“. Sowohl „0“ als auch „1“ sind nicht-flüchtig.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-865
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000013656
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	viii, 160 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen