专利名称：基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管存储器及其制造方法
技术领域：
本发明.涉及浮栅寧构的非易失性有机薄膜晶体管存储器及其制造 方法。
背景技术：
非易失性存储器在当前的集成电路、存储领域中占有极其重要的 地位。在各类非易失性存储器中，基于浮栅结构的无机晶体管存储器，
即所谓的闪存技术，于近十年来为全球ic行业的发展作出了巨大贡献，
也逐渐占据了存储领域的主流地位，被广泛的应用于电脑硬盘、移动
硬盘、u盘及各类电子产品的存储内存。
有机电致发光器件(0LED)、有机薄膜晶体管(0TFT)与有机太阳 能电池的相继发明彰显了有机半导体的巨大魅力，具有材料选择范围 宽、制作工艺简单、成本低，并易实现大面积和柔性应用等诸多优点， 并形成一个新兴的学科——有机电子学。近二十年来，器件性能的不 断提升逐渐展现了有机电子器件潜在的巨大商业应用前景。目前，有 机半导体器件领域的研究已不限于学术界，几乎所有国际知名的电子 大公司以及化学公司都投入巨大的人力和资金进入这一研究领域，呈 现研究、开发与产业化齐头并进的局面。
目前，关于非易失性有机薄膜晶体管存储器的报道很少，均是采
用铁电材料做栅绝缘层，并用它的极化特性来实现存储的(纳勃尔等
自然材料，4期，243页，2004年，R. C. G. Naber, C. Tanase, P. W. M. Blom. G H. Gelinck, A. W. Marsman, F. J. Touwslager, S. Setayesh, and D. M. de leeuw, Nat. Mater 4, 243 (2004);斯科洛德，马爵斯科，哥雷尔，先进材 料，16期，633页，2004年，R. Schroeder, L. A. Majewski andM. Grell. Adv. Mater. 16,633 (2004));纳伯尔，波尔，伯鲁慕，德鲁，应用物理 快报，87期，203509， 2005年，R. C. G. Naber, B. de Boer, P. W. M. Blom and D. M. de Leeuw, Appl. Phys. Lett. 87, 203509 (2005))。而在当前存 储领域中占据主流的闪存技术，即浮栅结构有机薄膜晶体管存储器还 未见专利申请和文献报道。
发明内容
本发明是提供浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管存储器及其制 造方法。采用浮栅结构首次实现了非易失性有机薄膜晶体管存储器。
有机薄膜晶体管分顶栅和底栅两种结构，本发明将浮栅结构分别 引入到这两种结构的有机薄膜晶体管，实现了非易失性有机薄膜晶体 管存储器。图1和图2分别是实施本发明的基于浮栅结构的非易失性 有机薄膜晶体管存储器一种结构，但不是全部的结构。
如图1所示，本发明提供的浮栅结构的顶栅非易失性有机薄膜晶
体管存储器，它是由衬底l、源漏电极层2、源漏电极层2电极之间
为器件的沟道区域、有机半导体层3、浮栅介质层4、浮栅层5、控制 栅介质层6和控制栅电极层7构成；在衬底1上制备一层导电薄膜， 并图形化形成器件的源漏电极层2，然后依次在真空室内蒸镀制备有机
半导体层3，浮栅介质层4，浮栅层5，控制栅介质层6和控制栅电极 层7;
衬底1是玻璃或聚碳酸酯柔性衬底；
源漏电极层2采用氧化铟锡(简称IT0)、聚二氧乙基噻吩聚对 苯乙烯磺酸(简称PED0T: PSS)、金、银、镍、钯、铜、鉑、铝或钐；
有机半导体层3采用并多苯、酞菁类化合物、碳60、碳70、齐聚 噻吩、联多苯、聚噻吩、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物或全氟代 烷基取代的齐聚六噻吩中的任何一种；
浮栅介质层4采用尼龙6、聚甲基炳烯酸甲脂(简称PMMA)、特氟
龙、聚酰亚胺及其衍生物、氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化 镍、氧化铝、氧化硅或氧化钛绝缘材料中的任何一种； 浮栅层5采用如下种类的材料
① 纳米结构的金属镍、银、铝、钯、铜、金、铂或钐中的任何
一种；
② 具有磁性的铁或镍及其氧化物中的任何一种；
③ 齐聚噻吩、并多苯、联多苯、聚噻吩、酞菁类化合物、碳60、 碳70、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物和全氟代烷基取代的齐聚六 噻吩有机半导体材料中的任何一种；
④ 纳米粒子氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、或氧 化锌中的任何一种；
控制栅介质层6采用与浮栅介质层4相同的绝缘材料；为提高器 件性能还可以采用尼龙6/氟化钙、尼龙6/特富龙、氟化钙/特富龙、
PMMA/特富龙、PMMA/氟化钙、尼龙6/氧化铝、P麗A/氧化铝多种绝缘 材料组成的复合层；
控制栅电极层7采用氧化铟锡(简称IT0)、 PED0T: PSS、金、银、 镍、钯、铜、铂、铝或钐中的任何一种。
当在栅电极层7、源漏电极层2之间施加工作电压时，基于浮栅结 构的非易失性有机薄膜晶体管存储器件可以实现存储性能。
如图1所示的本发明的基于浮栅结构的顶栅非易失性有机薄膜晶 体管存储器的制造方法如下
先对衬底层1上的氧化铟锡、PED0T: PSS或金属导电层2进行光 刻图形化，制备源漏电极层2，源漏电极层2电极之间即为器件的沟道 区域，然后清洗，氮气吹干，把它转移到真空镀膜系统中，待真空度 达到1至5X10—4帕时，依次在源漏电极层2上制备有机半导体层3， 浮栅介质层4，浮栅层5，控制栅介质层6和控制栅电极层7;
其中沟道长度1 150微米，宽度50 5000微米；有机半导体层3 的厚度为50 100纳米；浮栅介质层4的厚度为2 40纳米；浮栅层5 的厚度为2 40纳米；控制栅介质层6的厚度为100 800纳米；控制 栅电极层7的厚度为80 140纳米。
如图2所示，本发明提供的浮栅结构的底栅非易失性有机薄膜晶
体管存储器，它是由衬底l、控制栅电极层7、控制栅介质层6、浮
栅层5、浮栅介质层4、有机半导体层3及源漏电极层2构成；其中， 在衬底层1上制备一层导电层并进行光刻图形化形成控制栅电极层7， 在控制栅电极层7上旋涂制备控制栅介质层6，然后在真空室内蒸镀镍和铝薄膜，其中镍薄膜担当浮栅层5，采用氧等离子技术处理铝薄膜使 其氧化形成浮栅介质层4，再次真空蒸镀有机半导体层3和源漏电极层 2，源漏电叙层2电极之间即为器件的沟道区域； 衬底1是玻璃或聚碳酸酯柔性衬底；
控制栅电极层7采用IT0、 PED0T: PSS、金、银、镍、钯、铜、鉑、 铝或钐中的任何一种；
控制栅介质层6采用尼龙6、聚甲基炳烯酸甲脂、特氟龙、聚酰亚
胺及其衍生物、氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、氧化铝、 氧化硅或氧化钛绝缘材料中的任何一种；为提高器件性能还可以采用 尼龙6/氟化钙、尼龙6/特富龙、氟化钙/特富龙、PMMA/特富龙、PMMA/ 氟化钙、尼龙6/氧化铝、PMMA/氧化铝多种绝缘材料组成的复合层； 浮栅层5采用如下种类的材料
① 纳米结构的金属镍、银、铝、钯、铜、金、铂或钐中的任何 一种；
② 具有磁性的铁或镍及其氧化物中的任何一种；
③ 齐聚噻吩、并多苯、联多苯、聚噻吩、酞菁类化合物、碳60、 碳70、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物和全氟代烷基取代的齐聚六 噻吩有机半导体材料中的任何一种；
④ 纳米粒子氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、或氧 化锌中的任何一种；
浮栅介质层4采用与控制栅介质层6相同的绝缘材料 有机半导体层3采用并多苯、酞菁类化合物、碳60、碳70、齐聚噻吩、联多苯、聚噻吩、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物或全氟代 烷基取代的齐聚六噻吩中的任何一种；
源漏电极层2采用IT0、 PEDOT: PSS、金、银、镍、钯、铜、铀、 铝、钐中的任何一种；还可采用钙/铝、镁/铝或氟化锂/铝组成的复合 层；
当在栅电极层7、源漏电极层2之间施加工作电压时，基于浮栅结 构的底栅非易失性有机薄膜晶体管存储器件可以实现存储性能。
如图2所示的本发明的基于浮栅结构的底栅非易失性有机薄膜晶
体管存储器的制备方法如下
先对衬底层1上的氧化铟锡、PEDOT: PSS或金属导电层7进行光 刻图形化形成控制栅电极层7，然后清洗，氮气吹干，在控制栅电极层 7上旋涂PMMA制备控制栅介质层6，然后在真空室内蒸镀镍和铝薄膜， 其中镍薄膜担当浮栅层5，采用氧等离子技术处理铝薄膜使其氧化形成 浮栅介质层4，再次真空蒸镀有机半导体层3和源漏电极层2，源漏电 极层2电极之间即为器件的沟道区域；
其中器件沟道长度20 100微米，宽度500 2000微米；控制栅 电极层7的厚度为40 100纳米；控制栅介质层6的厚度为200 800 纳米；浮栅层5的厚度为2 15纳米；浮栅介质层4的厚度为2 40 纳米；有机半导体层3的厚度为50 100纳米；源漏电极层2的厚度 为60 100纳米。
有益效果本发明的优点是将浮栅结构引入到有机薄膜晶体管中， 使器件具有良好的存储性能。在常温常压下，制备的器件场效应迁移
率最高可达10"cm"Vs，经-15 V的脉冲写入电压或10 V的脉冲擦除电 压，在-2V的读电压下，器件存储高低电流比为5 20，推算其数据保 持时间可达2小时。
本发明的一个优点是可以精确控制器件的沟道大小及有机半导体 层、浮栅介质层、浮栅层及控制栅介质层的厚度，进而可以通过合理 的结构设计，达到对器件工作电压及存储性能的调控，有很好的产业 化前景。
本发明的另一个优点是整个器件的工艺制备过程可以在真空室内 一次性完成，与大多数已报道的有机薄膜晶体管相比，这使得器件在 制备过程中大大减小了因工艺环境改变而有可能引起沾污的几率，有 利于提高器件性能。'
图1是基于浮栅结构的顶栅有机薄膜晶体管存储器件结构的剖面 示意图。图l也是摘要附图。
图2是基于浮栅结构的底栅有机薄膜晶体管存储器件结构的剖面 示意图。
图3是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件的实施 例1在不同栅电压下的输出特性曲线。器件具有明显的场效应特性， 在20伏的工作电压下，开态电流可达到3.2微安。
图4是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件实施例1 在不同固定源漏电压下的转移特性曲线。器件工作电流开关比可达 103，有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞
高低电流比大于10。
图5是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件实施例1 的存储循环特性曲线。在经过脉冲写入和擦除电压后，存储电流比约 10倍，且可以保持较长的时间。
图6是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件实施例1
中的存储数据保留特性曲线。经过约io秒的写入或擦除电压后，存储
的"1"或"0"态数据可以保持较长的时间。
图7是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件实施例2 在不同固定源漏电压下的转移特性曲线。器件工作电流开关比 102， 有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低 电流比约50倍。
图8是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件实施例2 的存储循环特性曲线。在经过脉冲写入和擦除电压后，存储电流比约3倍。
图9是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件实施例1 中的存储数据保留特性曲线。经过约IO秒的写入或擦除电压后，存储 的"1"或"0"态数据可以保持较长的时间。插图是"1"与"0"数 据比值倍数随时间的函数。
具体实施例方式
实施例1 :
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成两条10毫米长、1毫米宽 (即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之间间距为20微米(即
沟道长度)；然后清洗，氮气吹干。在真空度为1至5X10—4帕的镀膜 系统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀70纳米厚的并五苯、25纳米 厚的尼龙6、 8纳米厚的镍、200纳米厚的尼龙6、 150纳米厚的特富龙， 并通过掩模板给予图形化，最后是100纳米厚的宽度为1毫米的铝条， 通过另一个掩模板给予图形化。并五苯薄膜生长速率控制在0. 05纳米 每秒，镍薄膜生长速率控制在0.02纳米每秒，尼龙6与特富龙的生长 速率控制在0. 1纳米每秒。附图3给出了基于浮栅结构的有机薄膜晶 体管存储器件在不同栅电压下的输出特性曲线。器件具有明显的场效 应特性，在20伏的工作电压下，开态电流可达到3.2微安。附图4给
出了基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件在不同固定源漏电压下 的转移特性曲线。器件工作电流开关比可达103，有明显的迟滞效应， 不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低电流比大于10。计算 可得器件的场效应迁移率约为10—2 10—1 cm7Vs。附图5是本发明的基 于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件的存储循环特性曲线。附图6 是基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器件的存储数据保留特性曲 线。在经过不同脉冲栅电压的写入或擦除后，存储的"1"或"0"态 数据可以保持较长的时间。 实施例2:
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成两条10毫米长、1毫米宽 (即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之间间距为100微米(即 沟道长度)；然后清洗，氮气吹干。在真空度为1至5X10—4帕的镀膜 系统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀70纳米厚的并五苯、25纳米
厚的尼龙6、 15纳米厚的氟化钙、200纳米厚的尼龙6、 150纳米厚的 特富龙，并通过掩模板给予图形化，最后是100纳米厚的宽度为1毫 米的铝条，通过另一个掩模板给予图形化。并五苯薄膜生长速率控制 在0. 05纳米每秒，氟化钙薄膜生长速率控制在0. 05纳米每秒，尼龙6 与特富龙的生长速率控制在0. 1纳米每秒。器件具有明显的场效应特 性，器件工作电压可以降低至15伏内。附图7给出了基于浮栅结构的 有机薄膜晶体管存储器件在不同固定源漏电压下的转移特性曲线。器 件工作电流开关比 102，有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值 电压差别明显，迟滞高低电流比达50倍。计算可得器件的场效应迁移 率约为10—2 10—' cm7Vs。附图5是本发明的基于浮栅结构的有机薄膜 晶体管存储器件的存储循环特性曲线。附图6是基于浮栅结构的有机 薄膜晶体管存储器件的存储数据保留特性曲线。在经过不同脉冲栅电 压的写入或擦除后，存储的"1"或"0"态数据可以保持较长的时间。 实施例3:
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成两条10毫米长、50微米宽 (即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之间间距为l微米(即沟 道长度)；然后清洗，氮气吹干。在真空度为1至5X10—4帕的镀膜系 统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀50纳米厚的并五苯、2纳米厚 的特富龙、2纳米厚的镍、IOO纳米厚的特富龙，并通过掩模板给予图 形化，最后是80纳米厚的宽度为l毫米的铝条，通过另一个掩模板给 予图形化。并五苯薄膜生长速率控制在0.05纳米每秒，镍薄膜生长速 率控制在0.02纳米每秒，特富龙的生长速率控制在O. l纳米每秒。器
件具有明显的场效应特性，器件工作电压约io伏。器件工作电流开关
比 103，有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值电压差别明显，
迟滞高低电流比达102倍。计算可得器件的场效应迁移率约为10—2
cm7Vs。可以观察到器件有明显的存储循环特性曲线，电流存储的"l" 或"0"态数据比例 102，且可以保持较长的时间。
先将在玻璃衬底上真空蒸镀40纳米厚的金薄膜层，然后光刻成两 条10毫米长、5毫米宽(即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之 间间距为150微米(即沟道长度)；然后清洗，氮气吹干。在真空度为 1至5X10—4帕的镀膜系统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀100纳 米厚的并五苯、40纳米厚的PMMA、 40纳米厚的氟化钡、600纳米厚的 尼龙6、 200纳米厚的特富龙，并通过掩模板给予图形化，最后是140 纳米厚的宽度为1毫米的铝条，通过另一个掩模板给予图形化。并五 苯薄膜生长速率控制在0.1纳米每秒，CaF2薄膜生长速率控制在0.1 纳米每秒，PMMA生长速率控制在O. l纳米每秒，尼龙6与特富龙的生 长速率控制在0.5纳米每秒。器件具有明显的场效应特性，器件工作 电压约30伏。器件工作电流开关比 104，有明显的迟滞效应，不同扫 描方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低电流比达102倍。计算可得器 件的场效应迁移率约为10—1 cm7Vs。可以观察到器件有明显的存储循 环特性曲线，电流存储的"1"或"0"态数据比例 102，且可以保持 较长的时间。
实施例5:
先在玻璃衬底上的真空蒸镀厚度为50纳米的银薄膜层，然后光刻 成两条10毫米长、1毫米宽的电极(即源漏电极)，电极之间间距为
50微米；然后清洗，氮气吹干。在真空度为1至5X10—4帕的镀膜系统 中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀70纳米厚的十六氟酞菁铜、25 纳米厚的尼龙6、 5纳米厚的银、200纳米厚的尼龙6、 150纳米厚的特 富龙，并通过掩模板给予图形化，最后是100纳米厚的宽度为1毫米 的铝条，通过另一个掩模板给予图形化。十六氟酞菁铜薄膜生长速率 控制在0.05纳米每秒，银薄膜生长速率控制在0. 1纳米每秒，尼龙6 与特富龙的生长速率控制在0. 1纳米每秒。器件具有明显的场效应特 性，器件工作电压可低至10伏。器件在固定源漏电压下的转移特性曲 线具有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞 高低电流比30 80倍。测试其存储循环特性，"1"或"0"态数据读 电流差别明显，并能维持一段较长的时间。 实施例6:
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成两条10毫米长、1毫米宽 (即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之间间距为50微米(即 沟道长度)；然后清洗，氮气吹干。在真空度为1至5X10—4帕的镀膜 系统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀70纳米厚的并五苯、25纳米 厚的尼龙6、 15纳米厚的氟化钙、10纳米厚的铝(生长速度控制在0. 1 纳米每秒)、150纳米厚的氟化钙、150纳米厚的特富龙，并通过掩模 板给予图形化，最后是100纳米厚的宽度为1毫米的铝条，通过另一 个掩模板给予图形化。并五苯薄膜生长速率控制在0， 1纳米每秒，氟
化钙生长速率控制在0. 2纳米每秒，特富龙的生长速率控制在0. 1纳 米每秒。器件具有明显的场效应特性，器件工作电压可低至io伏。器 件在固定源漏电压下的转移特性曲线具有明显的迟滞效应，不同扫描
方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低电流比50 100倍。测试其存 储循环特性，"i"或"o"态数据读电流差别明显，并能维持一段较长
的时间。
实施例7:
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成两条10毫米长、1毫米宽 (即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之间间距为50微米(即 沟道长度)；然后清洗，氮气吹干。在真空度为1至5X1(T帕的镀膜 系统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀70纳米厚的并五苯，生长速 率控制在O. l纳米每秒；25纳米厚的尼龙6，生长速率控制在O. l纳 米每秒；15纳米厚的氟化钙，生长速率控制在0. 1纳米每秒；150纳 米厚的氟化钙，生长速率控制在0.2纳米每秒；150纳米厚的特富龙， 生长速率控制在0. 1纳米每秒；并通过掩模板给予图形化。最后是100 纳米厚、宽度为1毫米的铝条，通过另一个掩模板给予图形化。器件 具有明显的场效应特性，器件工作电压可低至IO伏。器件在固定源漏 电压下的转移特性曲线具有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值 电压差别明显，迟滞高低电流比 102倍。测试其存储循环特性，"1" 或"0"态数据读电流比约102，并能维持一段较长的时间。 实施例8:
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成两条10毫米长、1毫米宽
(即沟道宽度)的电极(即源漏电极)，电极之间间距为50微米(即
沟道长度);然后清洗，氮气吹干。在真空度为1-5X10—4帕的镀膜系 统中，在氧化铟锡源漏电极上依次蒸镀70纳米厚的酞菁铜，生长速率 控制在0.05纳米每秒；25纳米厚的尼龙6，生长速率控制在O. l纳米
每秒；15纳米厚的氟化药，生长速率控制在O. l纳米每秒；150纳米
厚的氟化钙，生长速率控制在0.2纳米每秒；150纳米厚的特富龙，生
长速率控制在0.1纳米每秒；并通过掩模板给予图形化。最后是100
纳米厚、宽度为1毫米的铝条，通过另一个掩模板给予图形化。器件
具有明显的场效应特性，器件工作电压可低至10伏。器件在固定源漏
电压下的转移特性曲线具有明显的迟滞效应，不同扫描方向下的阈值
电压差别明显，迟滞高低电流比20 50倍。测试其存储循环特性，"1" 或"0"态数据读电流比约10 30，并能维持一段较长的时间。 实施例9:
先将氧化铟锡玻璃上的氧化铟锡光刻成20毫米长、1毫米宽的电 极，然后清洗，氮气吹干。以旋涂工艺制备PMMA薄膜，并于10(TC下 退火，改善薄膜性能，其中溶液浓度为1.5%，溶剂为氯仿。通过调节 转速，可以控制薄膜厚度范围为200 800纳米，进而器件的工作电压 范围为20 100伏。然后转移到真空系统中，在真空度为 4X10—4帕 时，依次热蒸镀2纳米的镍薄膜、2纳米的铝薄膜。然后用氧等离子对 其进行处理，使得铝薄膜表面被氧化，形成氧化铝浮栅介质层。再次 将其转移至真空系统，在真空度为 4X10—4帕时，在氧化镍薄膜上蒸 镀50纳米厚的并五苯，生长速率控制在0. 1纳米每秒。最后生长60
纳米厚的金做源漏电极，通过掩模板给予图形化，沟道长度为20微米， 宽度为500微米。器件具有明显的场效应特性，器件迁移率约
0. 3cm7Vs。在固定源漏电压下的转移特性曲线具有明显的迟滞效应， 不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低电流比 103倍。测试 其存储循环特性，"1"或"0"态数据读电流比高于500，并能维持一 段较长的时间。 实施例10:
在聚碳酸酯柔性衬底上热生长100纳米厚、20毫米长、1毫米宽 的铝，作栅电极。以旋涂工艺制备PMMA薄膜，并于100。C退火，改善 薄膜性能，其中溶液浓度为1.5%，溶剂为氯仿。通过调节转速，可以 控制薄膜厚度范围为200 800纳米，进而器件的工作电压范围为20 100伏。然后旋涂纳米银水溶液，制备的薄膜厚度约15纳米。再次将 其转移至真空系统，在真空度为 4X1(T帕时，依次热蒸镀40纳米厚 的尼龙6、 IOOO纳米厚的并五苯、60纳米厚的金分别担当器件的浮栅 介质层、有源层、源漏电极层，通过掩模板给予图形化。沟道长度为 100微米，宽度为2000微米。器件具有明显的场效应特性，器件迁移 率约0. lcm7Vs。在固定源漏电压下的转移特性曲线具有明显的迟滞效 应，不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低电流比 102倍。 测试其存储循环特性，"1"或"0"态数据读电流比高于50 100，并 能维持一段较长的时间。
实施例11:
在聚碳酸酯柔性衬底上热生长100纳米厚、20毫米长、1毫米宽的铝，作栅电极。以旋涂工艺制备P應A—GMA薄膜，并于IO(TC下退火， 改善薄膜性能，其中溶液浓度为1.5%，溶剂为氯仿。通过调节转速， 可以控制薄膜厚度范围为200 800纳米，进而器件的工作电压范围为 20 100伏。然后转移到真空系统中，在真空度为 4X1(T帕时，依 次热蒸镀10纳米的镍薄膜、IO纳米的铝薄膜。然后用氧等离子对其进 行处理，使得铝薄膜表面被氧化，形成氧化铝浮栅介质层。再次将其 转移至真空系统，在真空度为 4X10—4帕时，在氧化镍薄膜上蒸镀60 纳米厚的碳60，生长速率O. l纳米每秒。最后生长l纳米的氟化锂与 IOO纳米厚的铝复合层做源漏电极，通过掩模板给予图形化，沟道长度 为50微米，宽度为1000微米。器件具有明显的场效应特性，器件迁 移率 UTcm7Vs。在固定源漏电压下的转移特性曲线具有明显的迟滞 效应，不同扫描方向下的阈值电压差别明显，迟滞高低电流比 102倍。 测试其存储循环特性，"1"或"0"态数据读电流比高于20 50，并能 维持一段较长的时间。
权利要求
1.基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管存储器，其特征在于，它是由衬底1、源漏电极层2、源漏电极层2电极之间为器件的沟道区域、有机半导体层3、浮栅介质层4、浮栅层5、控制栅介质层6和控制栅电极层7构成；在衬底1上制备一层导电薄膜，并图形化形成器件的源漏电极层2，然后依次在真空室内蒸镀制备有机半导体层3，浮栅介质层4，浮栅层5，控制栅介质层6和控制栅电极层7；衬底1是玻璃或聚碳酸酯柔性衬底；源漏电极层2采用氧化铟锡、聚二氧乙基噻吩聚对苯乙烯磺酸、金、银、镍、钯、铜、铂、铝或钐；有机半导体层3采用并多苯、酞菁类化合物、碳60、碳70、齐聚噻吩、联多苯、聚噻吩、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物或全氟代烷基取代的齐聚六噻吩中的任何一种；浮栅介质层4采用尼龙6、聚甲基炳烯酸甲脂、特氟龙、聚酰亚胺及其衍生物、氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、氧化铝、氧化硅或氧化钛绝缘材料中的任何一种；浮栅层5采用如下种类的材料①纳米结构的金属镍、银、铝、钯、铜、金、铂或钐中的任何一种；②具有磁性的铁或镍及其氧化物中的任何一种；③齐聚噻吩、并多苯、联多苯、聚噻吩、酞菁类化合物、碳60、碳70、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物和全氟代烷基取代的齐聚六噻吩有机半导体材料中的任何一种；④纳米粒子氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、或氧化锌中的任何一种；控制栅介质层6采用与浮栅介质层4相同的绝缘材料；为提高器件性能还可以采用尼龙6/氟化钙、尼龙6/特富龙、氟化钙/特富龙、聚甲基炳烯酸甲脂/特富龙、聚甲基炳烯酸甲脂/氟化钙、尼龙6/氧化铝、聚甲基炳烯酸甲脂/氧化铝多种绝缘材料组成的复合层；控制栅电极层7采用氧化铟锡氧化物、聚对苯乙烯磺酸、金、银、镍、钯、铜、铂、铝或钐中的任何一种。
2、 如权利要求1所述的基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管 存储器，其特征在于，所述的沟道长度1 150微米，宽度50 5000 微米；有机半导体层3的厚度为50 100纳米；浮栅介质层4的厚度 为2 40纳米；浮栅层5的厚度为2 40纳米；控制栅介质层6的厚 度为100 800纳米；控制栅电极层7的厚度为80 140纳米。
3、 如权利要求1所述的基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管存储器的制造方法，其特征在于，步骤和条件如下先对衬底层1上的铟锡氧化物、聚对苯乙烯磺酸或金属导电层2进行光刻图形化，制 备源漏电极层2，源漏电极层2电极之间即为器件的沟道区域，然后清 洗，氮气吹干，把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1至5X10—4 帕时，依次在源漏电极层2上制备有机半导体层3，浮栅介质层4，浮 栅层5，控制栅介质层6和控制栅电极层7。
4、 如权利要求2所述的基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管 存储器的制造方法，其特征在于，步骤和条件如下先对衬底层1上 的氧化铟锡物、聚对苯乙烯磺酸或金属导电层2进行光刻图形化，制备源漏电极层2，源漏电极层2电极之间即为器件的沟道区域，然后清 洗，氮气吹干，把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1至5X10一4 帕时，依次在源漏电极层2上制备有机半导体层3，浮栅介质层4，浮 栅层5，控制栅介质层6和控制栅电极层7;所述的沟道长度1 150 微米，宽度50 5000微米；有机半导体层3的厚度为50 100纳米； 浮栅介质层4的厚度为2 40纳米；浮栅层5的厚度为2 40纳米； 控制栅介质层6的厚度为100 800纳米；控制栅电极层7的厚度为 80 140纳米。
5、 基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管存储器，其特征在于， 它是由衬底1、控制栅电极层7、控制栅介质层6、浮栅层5、浮栅介 质层4、有机半导体层3及源漏电极层2构成；其中，在衬底层l上制 备一层导电层并进行光刻图形化形成控制栅电极层7，在控制栅电极层 7上旋涂制备控制栅介质层6，然后在真空室内蒸镀镍和铝薄膜，其中 镍薄膜担当浮栅层5，采用氧等离子技术处理铝薄膜使其氧化形成浮栅 介质层4，再次真空蒸镀有机半导体层3和源漏电极层2，源漏电极层 2电极之间即为器件的沟道区域；衬底1是玻璃或聚碳酸酯柔性衬底；控制栅电极层7采用铟锡氧化物、聚对苯乙烯磺酸、金、银、镍、 钯、铜、铂、铝或钐中的任何一种； 控制栅介质层6采用尼龙6、聚甲基炳烯酸甲脂、特氟龙、聚酰亚 胺及其衍生物、氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、氧化铝、 氧化硅或氧化钛绝缘材料中的任何一种；为提高器件性能还可以采用 尼龙6/氟化钙、尼龙6/特富龙、氟化钙/特富龙、聚甲基炳烯酸甲脂/ 特富龙、聚甲基炳烯酸甲脂/氟化钙、尼龙6/氧化铝、聚甲基炳烯酸甲 脂/氧化铝多种绝缘材料组成的复合层；浮栅层5采用如下种类的材料① 纳米结构的金属镍、银、铝、钯、铜、金、铂或钐中的任何一种；② 具有磁性的铁或镍及其氧化物中的任何一种；③ 齐聚噻吩、并多苯、联多苯、聚噻吩、酞菁类化合物、碳60、 碳70、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物和全氟代烷基取代的齐聚六 噻吩有机半导体材料中的任何一种；④ 纳米粒子氟化钙、氟化锂、氟化铯、氟化钡、氧化镍、或氧 化锌中的任何一种；浮栅介质层4采用与控制栅介质层6相同的绝缘材料 有机半导体层3采用并多苯、酞菁类化合物、碳60、碳70、齐聚噻吩、联多苯、聚噻吩、全氟代金属酞菁、萘苷及其衍生物或全氟代烷基取代的齐聚六噻吩中的任何一种；源漏电极层2采用铟锡氧化物、聚对苯乙烯磺酸、金、银、镍、钯、铜、鉑、铝、钐中的任何一种；还可采用钙/铝、镁/铝或氟化锂/铝组成的复合层；
6、如权利要求5所述的基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管存储器，其特征在于，所述的器件沟道长度20 100微米，宽度500 2000微米；控制栅电极层7的厚度为40 100纳米；控制栅介质层6 的厚度为200 800纳米；浮栅层5的厚度为2 15纳米；浮栅介质层 4的厚度为2 40纳米；有机半导体层3的厚度为50 100纳米；源漏 电极层2的厚度为60 100纳米。
7、如权利要求5所述的基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管 存储器的制造方法，其特征在于，步骤和条件如下先对衬底层1上 的氧化铟锡、聚对苯乙烯磺酸或金属导电层7进行光刻图形化形成控 制栅电极层7，然后清洗，氮气吹干，在控制栅电极层7上旋涂聚甲基 炳烯酸甲脂制备控制栅介质层6，然后在真空室内蒸镀镍和铝薄膜，其 中镍薄膜担当浮栅层5，采用氧等离子技术处理铝薄膜使其氧化形成浮 栅介质层4，再次真空蒸镀有机半导体层3和源漏电极层2，源漏电极 层2电极之间即为器件的沟道区域。
8、如权利要求6所述的基于浮栅结构的非易失性有机薄膜晶体管 存储器的制造方法，其特征在于，先对衬底层1上的氧化铟锡氧化物、 聚对苯乙烯磺酸或金属导电层7进行光刻图形化形成控制栅电极层7， 然后清洗，氮气吹干，在控制栅电极层7上旋涂聚甲基炳烯酸甲脂制 备控制栅介质层6，然后在真空室内蒸镀镍和铝薄膜，其中镍薄膜担当 浮栅层5，采用氧等离子技术处理铝薄膜使其氧化形成浮栅介质层4， 再次真空蒸镀有机半导体层3和源漏电极层2，源漏电极层2电极之间 即为器件的沟道区域；所述的器件沟道长度20 100微米，宽度500 2000微米；控制栅电极层7的厚度为40 100纳米；控制栅介质层6 的厚度为200 800纳米；浮栅层5的厚度为2 15纳米；浮栅介质层 4的厚度为2 40纳米；有机半导体层3的厚度为50 100纳米；源漏 电极层2的厚度为60 100纳米。
全文摘要
本发明属于基于浮栅结构的有机薄膜晶体管存储器及其制造方法。分别采用了顶栅、底栅结构及与其相匹配的制备工艺技术，将浮栅引入浮栅介质层与控制栅介质层之间，实现了有机薄膜晶体管的非易失性存储功能。器件制造工艺简单，成本低，体积小，功耗低，稳定性好。
文档编号H01L51/05GK101179108SQ200710193528
公开日2008年5月14日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者剑 林, 伟 王, 马东阁 申请人:中国科学院长春应用化学研究所