專(zhuān)利名稱(chēng)：基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體行業(yè)存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的不斷深入，電子產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入人們生活工作的每個(gè)環(huán)節(jié)。在日常生活中人們對(duì)低成本、柔性、低重量、便攜的電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越大。傳統(tǒng)的基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的器件和電路很難滿(mǎn)足這些要求，因此可以實(shí)現(xiàn)這些特性的基于有機(jī)聚合物、有機(jī)小分子等半導(dǎo)體材料的有機(jī)集成電路技術(shù)在這一趨勢(shì)下 得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器在有機(jī)電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)器以浮柵型存儲(chǔ)器為主，浮柵型有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)與普通的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管類(lèi)似，不同之處在于浮柵型有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的絕緣介質(zhì)層由控制絕緣介質(zhì)層、存儲(chǔ)浮柵層和隧穿絕緣介質(zhì)層構(gòu)成，控制絕緣介質(zhì)層和隧穿絕緣介質(zhì)層可以由常用的有機(jī)絕緣介質(zhì)構(gòu)成，而存儲(chǔ)浮柵層一般為金屬或金屬氧化物的納米晶層。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，申請(qǐng)人意識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)缺陷由金屬或金屬氧化物的納米晶層形成存儲(chǔ)浮柵層柔性性能差。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題為解決上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法，以降低基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器的成本，提高其柔性性能。( ニ )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供了一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元。該存儲(chǔ)単元包括導(dǎo)電襯底；形成于導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層；形成于絕緣介質(zhì)層上的富勒烯層；形成于富勒烯層上的P型有機(jī)半導(dǎo)體層；以及形成于P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)的源極和漏極。優(yōu)選地，本發(fā)明存儲(chǔ)單元中，富勒烯層為采用自組裝法，L-B法或真空蒸鍍法沉積的單層富勒烯層。優(yōu)選地，本發(fā)明存儲(chǔ)單元中，絕緣介質(zhì)層為采用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法形成的無(wú)機(jī)絕緣介質(zhì)層，或采用旋涂法形成的有機(jī)絕緣介質(zhì)層，其厚度介于5nm至I μ m之間。優(yōu)選地，本發(fā)明存儲(chǔ)單元中，對(duì)于P型有機(jī)半導(dǎo)體層其厚度介于IOnm至200nm之間；其材料為以下材料中的ー種并五苯層，酞菁化合物層或3-己基噻吩P3HT ;其制備方法為以下方法中的ー種真空蒸鍍法或旋涂法。優(yōu)選地,本發(fā)明存儲(chǔ)單元中，對(duì)于源極和漏極其厚度介于IOnm至200nm之間；其材料為金屬或有機(jī)導(dǎo)體材料；其制備方法為磁控濺射發(fā)或噴墨打印法。
優(yōu)選地，本發(fā)明存儲(chǔ)單元中，導(dǎo)電襯底為低電阻率的導(dǎo)電材料；絕緣介質(zhì)層為采用旋涂法沉積的300nm的聚苯こ烯層；富勒烯層為采用自組裝法沉積的單層富勒烯層；P型半導(dǎo)體層為采用真空蒸鍍法沉積的50nm的并五苯層；源極和漏極偽采用蒸發(fā)法沉積的50nm的銅電極。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，還提供了一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器包括讀寫(xiě)單元、地址選擇単元和若干個(gè)上述的存儲(chǔ)單元；其中地址選擇単元，與若干個(gè)存儲(chǔ)単元相連，用于選擇進(jìn)行操作的存儲(chǔ)單元；讀寫(xiě)單元，與地址選擇単元和若干個(gè)存儲(chǔ)單元相連，用于對(duì)所選擇的存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位、復(fù)位或編程操作。根據(jù)本發(fā)明的再ー個(gè)方面，還提供了一種制備上述存儲(chǔ)單元的方法。該方法包括在導(dǎo)電襯底上形成絕緣介質(zhì)層；在絕緣介質(zhì)層上形成富勒烯層；在富勒烯層上形成P型有機(jī)半導(dǎo)體層；以及在P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)形成源極和漏扱。 (三)有益效果本發(fā)明提供的基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器利用富勒烯材料獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，以單層富勒烯薄膜同時(shí)作為存儲(chǔ)浮柵層和隧穿介質(zhì)層，在存儲(chǔ)單元制備中避免了采用金屬或者金屬氧化物，降低了器件的制備成本，提高的器件的柔性性能，并且制備エ藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、穩(wěn)定性高。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單兀的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備存儲(chǔ)單元方法的流程圖；圖3-1為圖2所示流程圖步驟SlO完成后光存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-2為圖2所示流程圖步驟S20完成后光存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-3為圖2所示流程圖步驟S30完成后光存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-4為圖2所示流程圖步驟S40完成后光存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。在本發(fā)明的一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)施例中，公開(kāi)了ー種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元。該存儲(chǔ)単元包括導(dǎo)電襯底；形成于導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層；形成于絕緣介質(zhì)層上的富勒烯層；形成于富勒烯層上的P型有機(jī)半導(dǎo)體層；形成干P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)的源極和漏極。本實(shí)施例提供的基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元，由于富勒烯的分子結(jié)構(gòu)形似于足球，由P型有機(jī)半導(dǎo)體層注入的載流子可以隧穿通過(guò)富勒烯結(jié)構(gòu)的表面存儲(chǔ)到富勒烯分子的內(nèi)部或者富勒烯分子與絕緣介質(zhì)層的界面之中，因此可以單層富勒烯層代替現(xiàn)有技術(shù)中存儲(chǔ)單元的隧穿介質(zhì)層和存儲(chǔ)浮柵層。本發(fā)明避免了采用金屬或者金屬氧化物，降低了存儲(chǔ)單元的制備成本，提高了其柔性性能。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例中，富勒烯層為采用自組裝法，L-B法或真空蒸鍍法沉積的單層富勒烯層。
此外，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，絕緣介質(zhì)層為采用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法形成的無(wú)機(jī)絕緣介質(zhì)層，或采用旋涂法形成的有機(jī)絕緣介質(zhì)層，其厚度介于5nm至I μ m之間。P型有機(jī)半導(dǎo)體層為采用真空蒸鍍法或旋涂法形成的并五苯層，酞菁化合物層或3-己基噻吩P3HT層，其厚度介于IOnm至200nm之間。源極和漏極為采用蒸發(fā)法，磁控濺射發(fā)或噴墨打印法制備的金屬電極或有機(jī)導(dǎo)體電極，其厚度介于IOnm至200nm之間。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，還公開(kāi)了一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器包括讀寫(xiě)單元、地址選擇単元和若干上述的存儲(chǔ)單元；其中地址選擇単元，與若干存儲(chǔ)單元相連，用于選擇進(jìn)行操作的存儲(chǔ)單元；讀寫(xiě)單元，與地址選擇単元和若干存儲(chǔ)單元相連，用于對(duì)所選擇的存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位、復(fù)位或編程操作。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面，還公開(kāi)了一種制備存儲(chǔ)單元的方法。該方法用于制備上述的存儲(chǔ)單元，包括在導(dǎo)電襯底上形成絕緣介質(zhì)層；在絕緣介質(zhì)層上形成富勒烯層；在富勒烯層上形成P型有機(jī)半導(dǎo)體層；在P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)形成源極和漏扱。該存儲(chǔ)器與制備存儲(chǔ)単元的方法具有同上述存儲(chǔ)單元相同的有益效果，此處不再 贅述。以下將在上述實(shí)施例的技術(shù)上，給出本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)單元的實(shí)施例和制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)施例。需要說(shuō)明的，該最優(yōu)的實(shí)施例僅用于理解本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。并且，最優(yōu)實(shí)施例中的特征，在無(wú)特別注明的情況下，均同時(shí)適用于存儲(chǔ)単元、存儲(chǔ)器和制備方法，在相同或不同實(shí)施例中出現(xiàn)的技術(shù)特征在不相互沖突的情況下可以組合使用。圖I為本發(fā)明實(shí)施例存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，該存儲(chǔ)單元包括導(dǎo)電襯底101、絕緣介質(zhì)層102、有機(jī)存儲(chǔ)層103、P型有機(jī)半導(dǎo)體層104、源極105以及漏極106。其中導(dǎo)電襯底101采用低電阻率的導(dǎo)電材料作為有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的柵電極。絕緣介質(zhì)層102為采用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的無(wú)機(jī)絕緣介質(zhì)層，或采用旋涂法生長(zhǎng)的有機(jī)絕緣介質(zhì)層。有機(jī)存儲(chǔ)層103為采用自組裝法，L-B法或真空熱蒸鍍法沉積生長(zhǎng)的單層富勒烯膜。P型有機(jī)半導(dǎo)體層104為采用真空熱蒸鍍法或旋涂法沉積生長(zhǎng)的并五苯，酞菁化合物，3-己基噻吩P3HT等一系列P型有機(jī)半導(dǎo)體材料。源極105和漏極106為采用蒸發(fā)法，磁控濺射法或噴墨打印法制備的金屬電極或有機(jī)導(dǎo)體電極。圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元方法的流程圖。該制備方法可以用于制作圖I所示有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器。圖3為圖2所示流程圖中各步驟對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示,該制備方法包括步驟10，在導(dǎo)電襯底表面采用旋涂成膜的技術(shù)生長(zhǎng)300nm厚的聚苯こ烯PS層，導(dǎo)電襯底采用低電阻率的導(dǎo)電材料作為有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的柵電極，如圖3-1所示；步驟20，在PS層表面采用L-B法生長(zhǎng)單層富勒烯膜，如圖3_2所示；步驟30，在富勒烯膜表面采用真空蒸鍍法生長(zhǎng)50nm的并五苯層，如圖3_3所示。步驟40，在并五苯層表面采用蒸發(fā)法沉積生長(zhǎng)50nm的銅作為源極和漏扱，如圖3-4所示。
通過(guò)上述方法，制備出如圖I所示的基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元。采用同樣的方法，申請(qǐng)人還制備了如下存儲(chǔ)單元在根據(jù)本發(fā)明所制備的第二種存儲(chǔ)器件中，其絕緣介質(zhì)層為采用化學(xué)氣相沉積法制備的5nm的聚苯こ烯層；其單層富勒烯層為采用自組裝法制備的富勒烯層；其P型半導(dǎo)體層為采用真空蒸鍍法制備的IOnm的并五苯層，其源極和漏極偽采用蒸發(fā)法沉積的IOnm的銅。在根據(jù)本發(fā)明所制備的第三種存儲(chǔ)器件中，其絕緣介質(zhì)層為采用化學(xué)氣相沉積法制備的500nm的聚苯こ烯層；其單層富勒烯層為采用自組裝法制備的富勒烯層；其P型半導(dǎo)體層為采用真空蒸鍍法制備的IOOnm的并五苯層，其源極和漏極偽采用蒸發(fā)法沉積的IOOnm的銅。在根據(jù)本發(fā)明所制備的第四種存儲(chǔ)器件中，其絕緣介質(zhì)層為采用化學(xué)氣相沉積法 制備的I P m的聚苯こ烯層；其單層富勒烯層為采用自組裝法制備的富勒烯層；其P型半導(dǎo)體層為采用真空蒸鍍法制備的200nm的并五苯層，其源極和漏極偽采用蒸發(fā)法沉積的200nm的銅。綜上所述，本發(fā)明提供的基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器利用富勒烯材料獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，以單層富勒烯薄膜同時(shí)作為存儲(chǔ)浮柵層和隧穿介質(zhì)層，避免了采用金屬或者金屬氧化物，降低了器件的制備成本，提高的器件的柔性性能，并且制備方法エ藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、穩(wěn)定性高。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元，其特征在于，該存儲(chǔ)單元包括 導(dǎo)電襯底； 形成于所述導(dǎo)電襯底上的絕緣介質(zhì)層； 形成于所述絕緣介質(zhì)層上的富勒烯層； 形成于所述富勒烯層上的P型有機(jī)半導(dǎo)體層；以及 形成于所述P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)的源極和漏扱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述富勒烯層為采用自組裝法，L-B法或真空蒸鍍法沉積的單層富勒烯層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層為采用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法形成的無(wú)機(jī)絕緣介質(zhì)層，或采用旋涂法形成的有機(jī)絕緣介質(zhì)層，其厚度介于5nm至I μ m之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，對(duì)于所述P型有機(jī)半導(dǎo)體層 其厚度介于IOnm至200nm之間； 其材料為以下材料中的ー種并五苯層，酞菁化合物層或3-己基噻吩P3HT ； 其制備方法為以下方法中的ー種真空蒸鍍法或旋涂法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的存儲(chǔ)單元，其特征在于，對(duì)于所述源極和漏極 其厚度介于IOnm至200nm之間； 其材料為金屬或有機(jī)導(dǎo)體材料； 其制備方法為磁控濺射發(fā)或噴墨打印法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的存儲(chǔ)單元，其特征在干， 所述導(dǎo)電襯底為低電阻率的導(dǎo)電材料； 所述絕緣介質(zhì)層為采用旋涂法沉積的300nm的聚苯こ烯層； 所述富勒烯層為采用自組裝法沉積的單層富勒烯層； 所述P型半導(dǎo)體層為采用真空蒸鍍法沉積的50nm的并五苯層； 所述源極和漏極偽采用蒸發(fā)法沉積的50nm的銅電扱。
7.一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)器，其特征在干，該存儲(chǔ)器包括讀寫(xiě)單元、地址選擇單元和若干個(gè)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的存儲(chǔ)單元；其中 所述地址選擇單元，與所述若干個(gè)存儲(chǔ)単元相連，用于選擇進(jìn)行操作的存儲(chǔ)單元； 所述讀寫(xiě)単元，與所述地址選擇單元和所述若干個(gè)存儲(chǔ)単元相連，用于對(duì)所選擇的存儲(chǔ)單元進(jìn)行置位、復(fù)位或編程操作。
8.一種制備存儲(chǔ)單元的方法，用于制備如權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述存儲(chǔ)單元，其特征在于，該方法包括 在導(dǎo)電襯底上形成絕緣介質(zhì)層； 在所述絕緣介質(zhì)層上形成富勒烯層； 在所述富勒烯層上形成P型有機(jī)半導(dǎo)體層；以及 在所述P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)形成源極和漏扱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備存儲(chǔ)単元的方法，其特征在干，所述富勒烯層為采用自組裝法，L-B法或真空蒸鍍法沉積的單層富勒烯層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備存儲(chǔ)単元的方法，其特征在干，所述在導(dǎo)電襯底上形成絕緣介質(zhì)層的步驟包括在低電阻率的導(dǎo)電襯底上采用旋涂法生長(zhǎng)300nm的聚苯こ烯層； 所述在絕緣介質(zhì)層上形成富勒烯層的步驟包括在所述聚苯こ烯層上采用L-B法制備單層富勒烯層； 所述在富勒烯層上形成P型有機(jī)半導(dǎo)體層的步驟包括在所述單層富勒烯表面采用真 空蒸鍍法沉積50nm的并五苯層； 所述在P型有機(jī)半導(dǎo)體層上方兩側(cè)形成源極和漏極的步驟包括在所述并五苯表面采用蒸發(fā)法沉積50nm的銅作為源漏扱。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)器及其制備方法。該存儲(chǔ)單元利用富勒烯材料獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，以單層富勒烯薄膜同時(shí)作為存儲(chǔ)浮柵層和隧穿介質(zhì)層，避免了在存儲(chǔ)單元制備中采用金屬或者金屬氧化物，降低了器件的制備成本，提高的器件的柔性性能。
文檔編號(hào)H01L51/30GK102723439SQ20111007673
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者劉明, 劉欣, 商立偉, 姬濯宇, 王宏, 王艷花, 陳映平, 韓買(mǎi)興 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所