研究聚(硅氧烷-酰亚胺)/钙钛矿浮栅结构对光敏晶体管存储器稳定性的影响

《Journal of Materials Chemistry C》：Investigating the energy level influence on the stability of phototransistor memory using the poly(siloxane-imide)/perovskite floating gate

钙钛矿光存储器件采用聚酰亚胺浮栅介质，通过调控能级对齐和界面接触优化电荷存储性能。6FDA-1/PVSK器件在可见光（455-656 nm）下实现超低操作电压（-1 V），ON/OFF电流比达104，光电流比105，循环稳定性优异且 retention 超过104秒。该设计兼具低功耗、柔性兼容和生物安全性，为可穿戴光电子器件提供新方案。

　　

钙钛矿（PVSK）材料由于其强大的光吸收能力、简单的结构以及非接触式的光编程特性，已成为存储设备中极具前景的光响应元件。在本研究中，使用了五苯并蒽作为电荷传输层，MAPbBr?纳米晶体作为光活性存储层，以及基于硅氧烷的聚酰亚胺（PIs）作为浮栅电介质，以调节能级对齐和界面性质。与容易发生水解和热降解的聚酰胺（PAA）相比，聚酰亚胺具有更高的芳香稳定性，并通过酰亚胺基团实现缺陷钝化，从而促进PVSK晶体的稳定生长。在四种聚酰亚胺变体中，6FDA衍生的聚酰亚胺含有较大的–CF?基团，这些基团会中断分子的共轭结构，提高最高占据分子轨道（HOMO）的能量水平并增大带隙。较短的硅氧烷链段进一步降低了表面能，增强了界面接触性，实现了最佳的电荷存储性能。优化后的6FDA-1/PVSK器件在可见光（455–656 nm）照射下表现出优异的光存储性能，工作电压极低（仅为-1 V），开关电流比约为10?，光电流比约为10?，循环稳定性良好，数据保留时间超过10?秒。这种极低的工作电压不仅降低了功耗，还为生物应用和可穿戴设备带来了潜在优势，包括提高安全性、减少热效应以及与柔性基底的兼容性。这些结果表明，低压操作是该设计的关键优势。研究结果表明，对基于硅氧烷的聚酰亚胺进行分子工程改造不仅能够稳定界面，还能实现低功耗、高可靠性的光存储功能，为便携式和柔性光电应用提供了可能性。