专利名称：铁电型存储单元、存储器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及微电子行业存储器技术领域，尤其涉及一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元、存储器及其制备方法。
背景技术：
随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大。传统的基于无机半导体材料的器件和电路很难满足这些要求。因此，可以实现这些特性的基于有机聚合物、有机小分子等半导体材料的有机集成电路技术在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。有机场效应晶体管存储器在有机电子领域具有广泛的应用前景。
目前，全球各地的研究人员已经研发出基于有机场效应晶体管的铁电型存储器。在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术问题有机半导体层在铁电薄膜表面的结晶性差，造成此种铁电型存储器的载流子迁移率低。
发明内容
(一 )要解决的技术问题基于现有技术存在的上述技术问题，本发明提出一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元、存储器及其制备方法，以提高有机半导体层在铁电薄膜表面的结晶性，提高铁电型存储器的载流子迁移率。( ニ )技术方案根据本发明的ー个方面，提供了一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元。该铁电型存储单元包括导电衬底；形成于导电衬底上的铁电绝缘介质层；形成于铁电绝缘介质层上的用于提高有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层；形成于有机绝缘修饰层上的有机半导体层；以及形成于有机半导体层上方两侧的源极和漏扱。优选地，本发明铁电型存储单元中，有机绝缘修饰层的材料为以下材料中的ー种十八烷基三氯硅烷0TS，聚苯こ烯PS，或苯基三甲氧基硅烷PhTMS。优选地,本发明铁电型存储单元中，对于有机绝缘修饰层,其厚度介于Inm至IOnm之间；其制备方法采用以下方法中的ー种自组装法、L-B法或旋涂法。优选地，本发明铁电型存储单元中，对于铁电绝缘介质层，其厚度介于IOOnm到Iym之间；其材料为以下材料中的ー种锆钛酸铅PZT，偏氟こ烯-三氟こ烯共聚物P (VDF/TrFE)，聚芳香酰胺MXD6 ;其制备方法采用以下方法中的ー种热蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法或旋涂法。优选地，本发明铁电型存储单元中，对于有机半导体层，其厚度介于IOnm至IOOnm之间；其材料为以下材料中的ー种并五苯，酞菁化合物或噻吩类材料；其制备方法采用以下方法中的ー种真空热蒸镀或旋涂法。优选地，本发明铁电型存储单元中，导电衬底为低电阻率的导电材料；铁电绝缘介质层为采用旋涂法制备的200nm的P (VDF/TrFE)层；有机绝缘修饰层为采用旋涂法制备的5nm的OTS有机绝缘修饰层；有机半导体层为采用真空蒸镀法制备的50nm的并五苯层；源极和漏极为采用蒸发法制备的50nm的铜层。根据本发明的另ー个方面，还提供了一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储器。该铁电型存储器包括读写单元、地址选择単元和若干个上述的铁电型存储单元；其中地址选择単元，与若干个铁电型存储单元相连，用于选择进行操作的铁电型存储单元；读写单元，与地址选择単元和若干个铁电型存储单元相连，用于对所选择的铁电型存储单元进行置位、复位或编程操作。根据本发明的再ー个方面，还提供了一种制备铁电型存储单元的方法，用于制备上述铁电型存储单元。该方法包括在导电衬底上形成铁电绝缘介质层；在铁电绝缘介质层上形成用于提高有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层；在有机绝缘修饰层上形成有机半导体层；以及在有机半导体层上方两侧形成源极和漏扱。
(三)有益效果本发明基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元、存储器及其制备方法中，在铁电绝缘介质层和有机半导体层之间引入了一层用于改善铁电绝缘介质层界面性质的有机绝缘修饰层。该有机绝缘修饰层与有机半导体层之间的界面兼容性好，能够提高有机半导体层在其表面的结晶性，从而提高铁电型存储器的载流子迁移率。
图I为本发明实施例铁电型存储单元的结构示意图；图2为本发明实施例制备铁电型存储单元方法的流程图；图3-1为图2所示流程图步骤SlO完成后光存储单元的结构示意图；图3-2为图2所示流程图步骤S20完成后光存储单元的结构示意图；图3-3为图2所示流程图步骤S30完成后光存储单元的结构示意图；图3-4为图2所示流程图步骤S40完成后光存储单元的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本发明进ー步详细说明。在本发明的一个基础的实施例中，公开了ー种基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元。该铁电型存储单元包括导电衬底；形成于导电衬底上的铁电绝缘介质层；形成干铁电绝缘介质层上的用于提高有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层；形成于有机绝缘修饰层上的有机半导体层；以及形成于有机半导体层上方两侧的源极和漏扱。在本实施例铁电型存储单元中，在铁电绝缘介质层和有机半导体层之间引入了一层用于改善有机场效应晶体管中绝缘层界面性质的有机绝缘修饰层。该有机绝缘修饰层与有机半导体层之间的界面兼容性好，从而提高了有机半导体层在其表面的结晶性，铁电型存储单元的载流子迁移率也随之提高。在本发明进一步的实施例中，有机绝缘修饰层的材料为十八烷基三氯硅烷OTS，聚苯こ烯PS，或苯基三甲氧基硅烷PhTMS，其厚度介于Inm至IOnm之间，其制备方法采用以下方法中的一种自组装法、L-B法或旋涂法。在本实施例铁电型存储单元中，给出了该有机绝缘修饰层的具体材料及生成方法。尤其需要注意的是，该有机绝缘修饰层的厚度(Inm至IOnm之间)与铁电绝缘层的厚度(一般为IOOnm以上)相比可以忽略，从而对铁电绝缘层的铁电效应影响较小。因此，本实施例的铁电型存储单元在提高载流子迁移率的同时，不会影响其铁电性能。在本发明优选的实施例当中，对于铁电绝缘介质层，其厚度介于IOOnm到Ιμπι之间；其材料为以下材料中的ー种锆钛酸铅ΡΖΤ，偏氟こ烯-三氟こ烯共聚物P (VDF/TrFE)，聚芳香酰胺MXD6 ;其制备方法采用以下方法中的ー种热蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法或旋涂法。对于有机半导体层，其厚度介于IOnm至IOOnm之间,其材料为以下材料中的ー种并五苯，酞菁化合物或噻吩类材料；其制备方法采用以下方法中的ー种真空热蒸镀法或旋涂法。根据本发明的另ー个方面，还提供了一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储 器。该铁电型存储器包括读写单元、地址选择単元和若干上述的铁电型存储单元；其中地址选择単元，与该若干铁电型存储单元相连，用于选择进行操作的铁电型存储单元；读写単元，与地址选择単元和若干铁电型存储单元相连，用于对所选择的铁电型存储单元进行置位、复位或编程操作。此外，根据本发明的再ー个方面，还提供了一种制备铁电型存储单元的方法，用于制备上述的存储单元。该方法包括在导电衬底上形成铁电绝缘介质层；在铁电绝缘介质层上形成用于提高有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层；在有机绝缘修饰层上形成有机半导体层；以及在有机半导体层上方两侧形成源极和漏扱。该铁电型存储器与制备铁电型存储单元的方法具有同上述铁电型存储单元相同的有益效果，此处不再赘述。以下将在上述实施例的技术上，给出本发明的最优实施例。需要说明的，该最优的实施例仅用于理解本发明，并不用于限制本发明的保护范围。并且，最优实施例中的特征，在无特别注明的情况下，均同时适用于存储単元、存储器和制备方法，在相同或不同实施例中出现的技术特征在不相互冲突的情况下可以组合使用。图I为本发明实施例铁电型存储单元的结构示意图。如图I所示，本实施例铁电型存储单元包括导电衬底101 ;具有铁电性质的绝缘介质层102 ;有机绝缘修饰层103 ;有机半导体层104 ;源极105以及漏极106。其中导电衬底101采用低电阻率的导电材料作为有机场效应管的栅电扱。具有铁电性质的绝缘介质层102为采用蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法或者旋涂法来沉积生长具有铁电性质的无机和有机绝缘材料如PZT，P(VDF/TrFE)，MXD6等薄膜。有机绝缘修饰层103为采用自组装法，L-B法或旋涂法沉积生长常用的改善有机场效应晶体管中绝缘层界面性质的薄膜，例如OTS，PS, PhTMS等有机薄膜。有机半导体层104为采用真空热蒸镀的方法或旋涂成膜的方法沉积生长的并五苯，酞菁化合物，噻吩类材料等一系列有机半导体层。源极105、漏极106为采用蒸发技术，磁控溅射技术或喷墨打印技术制备的金属电极或有机导体电极。图2为本发明实施例制备铁电型存储单元方法的流程图。该方法可以用于制作图I所示的铁电型存储单元。图3为图2所示流程图中各步骤对应铁电型存储单元的结构示意图。參照图2及图3，本方法包括以下步骤步骤10，在导电衬底表面采用旋涂法生长200nm的P (VDF/TrFE)层，其中，导电衬底采用低电阻率的导电材料作为有机场效应管的栅电极，如图3-1所示；步骤20，在P (VDF/TrFE)层表面采用旋涂法沉积生长5nm的OTS有机绝缘修饰层，如图3-2所示；步骤30，在OTS表面采用真空蒸镀法生长50nm的并五苯层，如图3_3所示；步骤40，在并五苯层表面采用蒸发法沉积生长50nm的铜作为源极和漏扱，如图3-4所示。通过上述方法，制备出基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元。采用同样的方法，申请人还制备了如下存储单元在根据本发明所制备的第二种铁电型存储单元中，其P(VDF/TrFE)层的厚度为 lOOnm，其OTS层的厚度为Inm ;其并五苯层的厚度为IOnm ;其铜材料的源极和漏极的厚度为20nm。在根据本发明所制备的第三种铁电型存储单元中，其P(VDF/TrFE)层的厚度为I μ m，其OTS层的厚度为IOnm ;其并五苯层的厚度为IOOnm ;其铜材料的源极和漏极的厚度为50nm。测试表明，该三种铁电型存储单元的性能完全达到了设计要求，与现有技术铁电型存储器相比，均能实现提高载流子迁移率的技术效果。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进ー步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元，其特征在干，该铁电型存储单元包括 导电衬底； 形成于所述导电衬底上的铁电绝缘介质层； 形成于所述铁电绝缘介质层上的用于提高所述有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层； 形成于所述有机绝缘修饰层上的有机半导体层；以及 形成于所述有机半导体层上方两侧的源极和漏扱。
2.根据权利要求I所述的铁电型存储单元，其特征在于，所述有机绝缘修饰层的材料为以下材料中的ー种 十八烷基三氯硅烷OTS，聚苯こ烯PS，或苯基三甲氧基硅烷PhTMS。
3.根据权利要求2所述的铁电型存储单元，其特征在于，对于所述有机绝缘修饰层， 其厚度介于Inm至IOnm之间； 其制备方法采用以下方法中的ー种自组装法、L-B法或旋涂法。
4.根据权利要求3所述的铁电型存储单元，其特征在于，对于所述铁电绝缘介质层， 其厚度介于IOOnm到I μ m之间； 其材料为以下材料中的ー种锆钛酸铅PZT，偏氟こ烯-三氟こ烯共聚物P(VDF/TrFE)，聚芳香酰胺MXD6 ； 其制备方法采用以下方法中的ー种热蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法或旋涂法。
5.根据权利要求4所述的铁电型存储单元，其特征在于，对于所述有机半导体层， 其厚度介于IOnm至IOOnm之间； 其材料为以下材料中的ー种并五苯，酞菁化合物或噻吩类材料； 其制备方法采用以下方法中的ー种真空热蒸镀或旋涂法。
6.根据权利要求5所述的铁电型存储单元，其特征在干， 所述导电衬底为低电阻率的导电材料； 所述铁电绝缘介质层为采用旋涂法制备的200nm的P(VDF/TrFE)层； 所述有机绝缘修饰层为采用旋涂法制备的5nm的OTS有机绝缘修饰层； 所述有机半导体层为采用真空蒸镀法制备的50nm的并五苯层； 所述源极和漏极为采用蒸发法制备的50nm的铜层。
7.一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储器，其特征在干，该铁电型存储器包括读写单元、地址选择単元和若干个权利要求1-6中任一项所述的铁电型存储单元；其中 所述地址选择单元，与所述若干个铁电型存储单元相连，用于选择进行操作的铁电型存储单兀； 所述读写単元，与所述地址选择单元和所述若干个铁电型存储单元相连，用于对所选择的铁电型存储单元进行置位、复位或编程操作。
8.一种制备铁电型存储单元的方法，用于制备如权利要求I至6中任一项所述铁电型存储单元，其特征在于，该方法包括 在导电衬底上形成铁电绝缘介质层；在所述铁电绝缘介质层上形成用于提高所述有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层； 在所述有机绝缘修饰层上形成有机半导体层；以及 在所述有机半导体层上方两侧形成源极和漏扱。
9.根据权利要求8所述的制备铁电型存储单元的方法，其特征在干， 所述在导电衬底上形成铁电绝缘介质层的步骤中，对于所述铁电绝缘介质层其材料为锆钛酸铅PZT，偏氟こ烯-三氟こ烯共聚物P(VDF/TrFE)或聚芳香酰胺MXD6 ;其沉积方法为蒸发法、磁控溅射法、化学气相沉积法或者旋涂法，其厚度介于IOOnm到Ιμπι之间； 所述在铁电绝缘介质层上形成用于提高有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层的步骤中，对于所述有机绝缘修饰层其厚度介于Inm至IOnm之间；其材料为以下材料中的一种十八烷基三氯硅烷OTS，聚苯こ烯PS，或苯基三甲氧基硅烷PhTMS ;其制备方法采用以下方法中的ー种自组装法、L-B法或旋涂法；所述在有机绝缘修饰层上形成有机半导体层的步骤中，对于所述有机半导体层其材料为OTS，PS或PhTMS ;其沉积方法为自组装法、L-B膜法或旋涂法，其厚度小于等于IOnm ；所述在有机半导体层上方两侧形成源极和漏极的步骤中，对于所述源极和漏扱其材料为金属或有机导体；其沉积方法为蒸发法，磁控溅射法或喷墨打印法；其厚度小于IOOnm0
10.根据权利要求9所述的制备铁电型存储单元的方法，其特征在干， 所述在导电衬底上形成铁电绝缘介质层的步骤包括在导电衬底上采用旋涂法生长200nm 的 P (VDF/TrFE)薄膜； 所述在铁电绝缘介质层上形成用于提高所述有机半导体层结晶性的有机绝缘修饰层的步骤包括在所述P (VDF/TrFE)薄膜上采用旋涂法沉积5nm的OTS有机绝缘修饰层； 所述在有机绝缘修饰层上形成有机半导体层的步骤包括在OTS上采用真空蒸镀法生长50nm的并五苯层； 所述在有机半导体层上方两侧形成源极和漏极的步骤包括在并五苯层上采用蒸发法沉积50nm的铜作为源极和漏极。
全文摘要
本发明公开了一种基于有机场效应晶体管的铁电型存储单元、存储器及其制备方法。本发明在铁电绝缘介质层和有机半导体层之间引入了一层用于改善铁电绝缘介质层界面性质的有机绝缘修饰层。该有机绝缘修饰层与有机半导体层之间的界面兼容性好，能够提高有机半导体层在其表面的结晶性，从而提高铁电型存储器的载流子迁移率。
文档编号H01L51/40GK102723436SQ20111007641
公开日2012年10月10日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者刘明, 刘欣, 商立伟, 姬濯宇, 王宏, 王艳花, 陈映平, 韩买兴 申请人:中国科学院微电子研究所