本发明涉及新型半导体
技术领域：
：，具体涉及一种易失性与非易失性混合存储器及其制备方法。技术背景随着“大数据”时代的到来，海量信息出现在我们的生活中，与此同时这些海量信息的存储成为了存储技术发展面临的一大挑战，探求更大存储容量、更快读写速度、更便捷的使用、更低廉的成本以及更高的环保性能，成为当前“大数据”背景下存储器发展的必然趋势。存储器按照其存储类型的的不同可以划分为易失性(volatile)存储与非易失性(non-volatile)存储,其中易失性存储在器件断电后会丢失掉已存储的数据，而非易失性存储则不会因为器件的断电而丢失已经存储的数据。易失性存储主要包括静态随机存储器(SRAM)与动态随机存储器(DRAM)两类，静态随机存储器需要持续对其供电而不必刷新就能保持其存储状态，静态随机存储器具有极快的响应速度但是其造价也非常高，因此静态随机存储多用于电脑的高速缓存，动态随机存储器则需要使用动态不连续的电压或者脉冲电流对其进行周期刷新来维持数据的存储状态。非易失性存储主要包括一次写入多次读取(WORM)和闪存(Flash)即可重复擦写(Rewritable)两类。一次写入多次读取存储器的特性保证了其存储的数据不会因为意外的发生而丢失或被修改，其常被用于存档重要数据或者射频标签领域。闪存器件作为一种具有可重复擦写的非易失性存储器，目前已经在电脑硬盘存储和优盘存储中得到了广泛应用。专利申请号为201110302115.2，名称为“非易失性存储器件和非易失性存储器件的制造方法”，是日本索尼公司申请的专利，其公开了一种能够抑制由于焦耳热导致的信息存储层的升温，能够抑制读干扰现象的发生。但是其仍然是单一的存储器件。“MoreThanMoore”存储是当前研究半导体科学发展的主要方向，这其中功能多样性是其主要特征之一。传统存储器主要集中于单一功能器件的实现上，随着“后摩尔”时代的来临，传统的单一功能存储器已经越来越无法满足人们的使用需求，所以，设计制备多功能存储器成为当前半导体科学发展中一个急需解决的问题。技术实现要素：鉴于传统存储器所遇到的上述挑战，本发明的主要目的在于提出了一种多功能存储器件的设计思路与制备方法。该方法制备的存储器能够集易失性与非易失性两种存储功能于一体，且存储器具有可全湿法制备，误读率低，耐久性佳、可靠性高等优点。本发明所采用的技术方案如下：易失性与非易失性混合多功能存储器，包括基底、底电极、存储活性层和顶电极，所述底电极位于基底表面，所述存储活性层位于交叉的底电极与顶电极之间。基底为透明石英玻璃，底电极位于透明的石英玻璃表面；底电极与顶电极为PEDOT:PSS聚合物图案化薄膜；存储活性层为氧化石墨烯薄膜。易失性与非易失性混合多功能存储器的制备方法，包括以下步骤：(1)通过湿法喷涂在基底材料上制备底电极；(2)通过湿法旋涂在所述底电极上制备活性存储活性层薄膜；(3)通过湿法喷涂在活性中间层上制备与底电极垂直交叉的顶电极。步骤(1)所述基底材料为石英玻璃，基底的清洗采用超纯水、无水酒精、丙酮分别超声清洗15分钟，再由氮气吹干。步骤(1)与步骤(3)所述底电极与顶电极材料为PEDOT:PSS导电聚合物水溶液，溶液固含量为1.2wt％，且溶液中掺杂有4wt％的DMSO。步骤(1)与步骤(3)所述湿法喷涂中基底的加热温度为100℃，并在电极喷涂完成后继续加热1小时以固化PEDOT:PSS聚合物薄膜。步骤(2)所述活性中间存储层薄膜材料为氧化石墨烯，该氧化石墨烯由膨化石墨通过Hummer’s法制备。步骤(2)所述旋涂法中旋涂转速为2000rpm，且旋涂所得氧化石墨烯薄膜需置于40℃真空干燥箱中干燥30min。有益效果本发明的技术方案设计存储器具有易失性与非易失性双重存储特性；并且采用全湿法制备存储器件，步骤简单；存储器具备优良透明性，制备得到的易失性与非易失性存储器透光率达到60～70％；其具有高稳定性与重复性，存储器的非易失性与易失性存储过程的开关电流比分别高达104和102，其中非易失存储过程的耐久性长达104秒以上，易失性存储过程的循环次数达到103次以上。附图说明图1.多功能存储器件结构示意图。图2.存储器易失性与非易失性存储过程的I-V关系曲线。图3.存储器非易失性存储过程耐久性测试曲线。图4.存储器易失性存储过程耐久性测试曲线。具体实施方式为了更好地理解本发明专利的内容，下面通过具体实例来进一步说明。但这些实施例并不限制本发明，本领域技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明保护范围。如图1所示，易失性与非易失性混合多功能存储器的结构包括基底、底电极、存储活性层和顶电极；由下至上依次为基底、底电极、存储活性层、顶电极。基底采用石英玻璃衬底，底电极为PEDOT:PSS导电聚合物薄膜，存储活性层为氧化石墨烯薄膜，顶电极为PEDOT:PSS导电聚合物薄膜。易失性与非易失性混合多功能存储器的制备方法，包括以下步骤：(1)由PEDOT:PSS水溶液通过湿法喷涂在石英基底上制备底电极；(2)由氧化石墨烯醇溶液通过湿法旋涂在所述底电极上制备存储活性层；(3)由PEDOT:PSS水溶液通过湿法喷涂在存储活性层上制备顶电极。对采用上述方法制备的易失性与非易失性混合多功能存储器的性能，进行分析，如图2-4所示：如图2所示，由存储器易失性与非易失性存储过程的I-V关系曲线可以看到，当施加负向扫描电压时，电流出现急剧的上升趋势，表明在0～－3V时，器件首先呈现出“低阻态”。当我们继续加大扫描电压时，电流出现明显的下降，表明器件由低阻态转变为“高阻态”。电流由1.22×10-4A降低至1.01×10-8A，该过程即存储器的“写入”过程。在“写入”之后，扫描电压从－10V至+10V的过程中，存储器的电流一直保持在较低水平。该过程即为器件的非易失性存储过程，此时存储器中“写入”的数据不能再被修改，表明存储器在信息安全领域具有潜在应用价值。然而当扫描电压从+10V降低至0V时，电流从1.08×10-8A降低至2.69×10-12A，此时器件呈现相对的“低阻态”，而且我们发现当扫描电压重新增至－10V时，器件又重新变为相对“高阻态”，当我们施加循环扫描电压时，器件的存储性能始终稳定，表现出典型的易失性存储特征。从该性能测试来看，本发明的存储器具有易失性和非易失性存存储的双重特征。如图3所示，为存储器非易失性存储过程耐久性测试曲线，当我们对器件施加－2V的脉冲测试电压时，我们发现104秒后，器件的“低阻态”与“高阻态”电流基本保持在同一数量级而没有出现明显的衰减，表明了非易失存储过程具有良好的耐久性。如图4所示，为存储器易失性存储过程耐久性测试曲线，我们对器件进行了1000次循环测试，并对2V时器件的电流进行统计分析，发现器件的开关电流比始终未发生明显变化，表明了易失性存储过程具有良好的耐久性。进一步由两个实施例详细的阐述氧化石墨烯活性中间层以及碳基多功能存储器件制备方法。实施例1：氧化石墨烯活性中间层的制备方法。氧化石墨烯制备：将2g膨化石墨、1gNaNO3、6gKMnO4与46ml浓H2SO4在冰水浴条件下混合后搅拌30分钟，然后加热至35℃并持续搅拌8小时。之后加入92ml40℃的超纯水，持续搅拌并将体系加热至95℃，反应15分钟。最后加入280ml40℃的去离子水和20ml双氧水。冷却至室温，用5wt％盐酸水溶液离心清洗3次，再该用去离子水离心清洗5次，得到氧化石墨烯。氧化石墨烯中间活性层制备：配制0.05mg/ml的氧化石墨烯水溶液，超声分散1分钟，而后3000rpm离心除去溶液中的极少量大片颗粒。旋涂成膜时，旋涂仪的转速是2000rpm,旋涂所得氧化石墨烯薄膜需置于40℃真空干燥箱中干燥30分钟。实施例2：碳基多功能存储器件的制备方法石英玻璃基底经过去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗后，覆盖上图案化掩模版，通过加热喷涂法制备底电极，电极材料为固含量为1.2wt％的PEDOT:PSS导电聚合物，并掺杂有4wt％的DMSO。喷涂时基底的加热温度是100℃，喷涂后继续加热1小时是的PEDOT:PSS电极完全固化。底电极制备好后，通过旋涂法制备氧化石墨烯活性中间层，最后通过加热喷涂法制备顶电极，得到基于碳材料的多功能存储器，器件的性能有半导体参数分析仪测试得到。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3