一种双层浮栅柔性有机存储器件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体存储器件领域，具体设及一种双层浮栅柔性有机存储器件及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 浮栅存储器件作为非挥发存储器件中重要一员，因其较高的读写速度、较长的存 储时间和使用寿命，使得浮栅存储器逐步取代了其他类型的存储器，目前常用的固态硬盘， 内存卡、和U盘等都是基于浮栅存储器件。但是对存储密度要求越来越高，虽然可W通过提 高集成度达到目的，但也出现了一些挑战，最明显的就是量子隧穿效应引起的电流泄露导 致器件的存储可靠性下降。为了解决遇到的问题，目前主要的发展方向是用有机材料代替 娃基半导体材料，有机半导体材料具有柔性，可大面积制备，生产成本低的优点。目前兴起 的智能穿戴设备，电子标签，智能卡等电子消费产品需要存储器件具有柔性、较高的读写速 度、存储的稳定性W及简便的制造工艺。
【发明内容】
[0003] 为了适应未来消费电子产品对存储器件柔性、低成本和高可靠性的要求，本发明 提出了 一种生产工艺简单，成本低，高稳定性的柔性有机存储器件。利用有机半导体材料具 有柔性和可大面积制备的优点降低成本，利用氧化石墨締材料的高介电性减少隧穿电流的 产生，利用双层金属纳米晶浮栅提高对电荷的俘获能力，实现较大的存储窗口，利用飞秒激 光还原技术实现在常溫下电极和介质层的一体化制备，本发明主要由衬底、介质层、控制 栅、阻挡层、第一浮栅层、隔离层、第二浮栅层、隧穿层、有机半导体层、源电极和漏电极构 成，其中源电极和漏电极位于隧穿层之上。
[0004] 所述的衬底是有机柔性衬底，本发明所用的衬底材料是聚对苯二甲酸乙二醋 (PET)，PET具有较高的分解溫度、机械强度和耐溶解性，除此之外聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)、聚碳酸醋(PC)或者聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)等也可作为衬底材料。
[0005] 所述的介质层、阻挡层、隔离层和隧穿层所用的材料都为氧化石墨締，氧化石墨締 具有较高的介电常数，电导率达到了 1.74Xl(T9s/cm，具有很好的绝缘性，可有效减少控制 栅与阻挡层，隧穿层和有机半导体层间泄露电流，有助有提高存储器件的稳定性。氧化石墨 締子在二维的碳原子平面的延伸边缘上有许多含氧活性基团，含氧活性基团能够提高氧化 石墨締的溶解度，形成稳定的溶液，有利于在旋涂工艺制备高质量的薄膜，减少表面缺陷造 成的电荷陷阱，提高器件的稳定性。
[0006] 所述的控制栅、源电极和漏电极所用材料为石墨締，石墨締具有优良的热稳定性 和电学性能，石墨締中的电子的迁移率达到了2X10 5cm2/v. S，是一种优良的导体，石墨締 的杨氏拉伸模量可W达到42N/m，具有良好的机械初性，制备的电极在应力下不易断裂，通 过飞秒激光还原技术可将氧化石墨締还原为石墨締，简化生产工艺，减少中间环节对器件 的污染，提局广品的良率。
[0007] 所述的第一浮栅层和第二浮栅层所用的材料为金，金具有较高的功函数，可降低 势垒，有利于电荷的俘获，通过使用两层纳米晶可有效提高电荷俘获量，增大对沟道电场的 影响，改变器件的阔值电压，从而产生较大的存储窗口。为了提高存储的稳定性，要求纳米 晶的密度至少为l(ri 2/cm2,纳米晶的直径为5-8皿，为了降低成本，简化生产工艺，本发明制 备纳米晶所采用的是方法是快速热处理法，先在阻挡层上热蒸发一层l-2nm的金薄膜，然后 在真空下进行退火，使薄膜在表面应力和迁移力作用下自发凝聚分离形成孤立的金属纳米 晶。
[0008] 所述的半导体层为并五苯(pent) ,pent是目前使用最为广泛的有机半导体材料， pent在空气中具有高的耐水氧性能，迁移率达到非晶娃的水平，并且可W在低溫下蒸发制 备，有利于降低生产成本，简化生产工艺。制备有机半导体层有多种成熟的方法，主要有化 学气相沉积，真空热蒸发，等离子瓣射等方法。本发明所述的有机半导体层用热真空蒸发锻 膜的方法在隧穿层上沉积一层pent。
[0009] 技术方案
[0010] 1)将阳T裁成2cmX2.5cm的片子，然后用去污粉擦洗，随后用丙酬、乙醇、去离子水 分别超声清洗，氮气吹干后放入干燥箱；
[0011] 2)将纯化的氧化石墨締和乙醇混合在磁力揽拌器中混合，配成溶液浓度为15mg/ ml ；
[0012] 3)设置匀胶机低速转300转/分钟，3秒，高速转1000转/分钟，60秒，将I)中的衬底 阳T放在吸头上，用取液器抽取2)中的溶液，滴加在片子上，旋涂制备介质层，然后放入真空 干燥箱80°C，2小时，用台阶仪检测后介质层的厚度为20nm;
[OOU] 4)设置飞秒激光器的参数，波长为800nm，输出功率为4mW，100fs的脉冲，重复频率 为化化，定义栅电极长度为1mm，宽度2mm。在介质层上对设置的栅极区域进行线性扫描，将 氧化石墨締还原为石墨締，用台阶仪检测后栅电极的厚度为12nm;
[0014] 5)纯化的氧化石墨締和乙醇混合在磁力揽拌器中混合，配成溶液浓度为30mg/ml;
[0015] 6)设置匀胶机低速转500转/分钟，5秒，高速转2000转/分钟，60秒，将4)中的片子 放在吸头上，用取液器抽取5)中的溶液滴加在片子上，旋涂制备阻挡层，然后放入真空干燥 箱80°C，2小时，用台阶仪检测后介质层的厚度为Iwii;
[0016] 7)将5)中干燥后的片子放入真空蒸发室中，在阻挡层上沉积一层1-化m的金薄膜， 然后放入真空干燥箱在0.09化，100°C下退火2小时形成第一层浮栅；
[0017] 8)7)中的片子放在旋涂机上，按照步骤3)中方法旋涂制备隔离层，用台阶仪检测 后隔离层的厚度为20nm;
[0018] 9)将8)中的片子放入真空蒸发室中，按照7)中的步骤制备第二浮栅层；
[0019] 10)在第二浮栅层上按照步骤3)的方法制备隧穿层，隧穿层厚度20nm;
[0020] 11)按照步骤4)的方法在隧穿层上制备源电极和漏电极，定义源电极和漏电极的 长度为5mm，宽度2mm，源电极和漏电极之间的沟道长度为50皿，沟道宽度2mm。
[0021] 12)将片子放入真空蒸发室中，制备有机半导体层，真空度达到IX ICT6Pa,不需加 热，沉积速率为25A/S，pent的厚度为IOOnm;
[0022] 技术分析
[0023] 采用双层的金纳米晶作为浮栅层，增加了浮栅层电荷的存储量，有利于提高存储 器件的存储窗口，使器件可W在更大范围的电压下工作;利用飞秒激光还原技术，将氧化石 墨締还原为石墨締，实现了控制栅在介质层，源电极、漏电极在隧穿层的制备，减少中间反 复沉积电极的环节，简化了生产流程，降低了生产中的污染渗杂，有利于提高产品良率，本 发明所用的阻挡层、隔离层、遂穿层都是采用高介电常数的氧化石墨締，可有效降低泄露电 流，提升存储器的稳定性，可降低工作电压。本发明所用的材料均具有柔性，可弯曲，可应用 于柔性电路。本发明所述制备过程用到飞秒激光还原技术、真空热蒸发和旋涂技术，工艺成 熟，可实现大规模生产，有利于降低生产成本。
【附图说明】
[0024] 图1为一种双层浮栅柔性有机存储器件及其制备方法的结构简图。图中1为衬底、2 为介质层、3为控制栅、4为阻挡层、5为第一浮栅层，6为隔离层，7为第二浮栅层，8为隧穿层、 9为源电极、10为漏电极、11为有机半导体层。
【具体实施方式】
[0025] 实施例1
[00%] 1.1将阳T裁剪成2cmX2.5cm的片子，然后用去污粉擦洗，随后分别用丙酬、乙醇、 去离子水在超声清洗