一種記憶存儲器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種記憶存儲器及其制備方法，它包括半導(dǎo)體基板、相隔設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的兩個電極、連接兩個電極的薄膜層，所述的薄膜層由包覆有導(dǎo)電聚合物的貴金屬納米粒子組成。為了制備該記憶存儲器，包括以下步驟：（a）在半導(dǎo)體基板上旋涂一層光刻膠，并刻出空腔；（b）在空腔內(nèi)沉積金屬形成相隔的兩個電極；（c）制備貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料；（d）將復(fù)合材料用去離子水稀釋后滴入所述相隔的兩個電極之間。通過在兩個電極間連接薄膜層，該薄膜層由包覆有導(dǎo)電聚合物的貴金屬納米粒子組成，使得記憶存儲器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、集成度高、成本低、高響應(yīng)信號、高穩(wěn)定性。
【專利說明】一種記憶存儲器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機微電子材料領(lǐng)域，具體涉及一種記憶存儲器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)碼相機、手機、MP3播放器等器件在這幾年來的成長十分迅速，使得消費者對儲存媒體的需求也急速增加。記憶存儲器是這些儲存媒體的重要組成部分，具有數(shù)據(jù)非易失性、省電、體積小，以及無機械結(jié)構(gòu)等特性。
[0003]導(dǎo)電聚合物以及以導(dǎo)電聚合物為基礎(chǔ)的電子器件被廣泛研究，其具有制作過程簡單、成本低、高響應(yīng)信號、高穩(wěn)定性等優(yōu)點。這些電子器件包括發(fā)光二極管、場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等。聚吡咯(即PPy)是一種常見的導(dǎo)電聚合物，具有共軛鏈氧化、對應(yīng)陰離子摻雜結(jié)構(gòu)，其電導(dǎo)率可達(dá)l(Tl03S/cm，拉伸強度可達(dá)5(Tl00MPa，以及很好的電化學(xué)氧化-還原可逆性。近年來，導(dǎo)電聚合物與金屬納米粒子復(fù)合材料由于同時具備導(dǎo)電聚合物的耐高溫、光電性質(zhì)以及納米材料的量子尺寸效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，因此一直是科技研究的熱點。
[0004]傳統(tǒng)的記憶存儲器由半導(dǎo)體材料制成，例如公告授權(quán)號為CN 100340000C的中國發(fā)明專利公開了一種記憶性半導(dǎo)體儲存器，它包括半導(dǎo)體基板、相隔設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的位元區(qū)、源極區(qū)、信道、浮動閘極、控制閘極、形成于位元區(qū)與源極區(qū)間的半導(dǎo)體基板上的第一介電層；浮動閘極呈上尖下寬的中空火山口狀；依浮動閘極設(shè)有覆蓋于浮動閘極上方周圍的第二介電層及與第二介電層結(jié)合的第三介電層；其中第二介電層順應(yīng)性地覆蓋浮動閘極的火山口內(nèi)側(cè)及外側(cè)，且第三介電層的高度低于浮動閘極的尖端；浮動閘極的底面與下方的源極區(qū)部分重疊；控制閘極設(shè)置于第二、第三介電層上。該記憶性半導(dǎo)體儲存器雖然節(jié)省芯片上空間且控制閥極的寬度不受光學(xué)微影術(shù)限制，但是其成本昂貴、制作工藝復(fù)雜、半導(dǎo)體材料難以控制。
[0005]此外，負(fù)微分電阻一般指η型的GaAs和InP等雙能谷半導(dǎo)體中由于電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)而產(chǎn)生的一種效果一電壓增大、電流減小所呈現(xiàn)的電阻。負(fù)微分電阻效應(yīng)常常出現(xiàn)在半導(dǎo)體以及有機聚合物電子器件中，例如在負(fù)阻區(qū)，半導(dǎo)體中載流子濃度局部的微小漲落即可引起非平衡多數(shù)載流子的大量積累而產(chǎn)生空間電荷。負(fù)微分電阻器件可用于許多電路應(yīng)用，包括多重-數(shù)值邏輯電路、靜態(tài)存儲(SRAM)元件、閂鎖電路以及振蕩器等。因此，可控的負(fù)微分電阻效應(yīng)顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種成本低、穩(wěn)定性高且具有負(fù)微分電阻效應(yīng)的記憶存儲器。
[0007]為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是:一種記憶存儲器，它包括半導(dǎo)體基板、相隔設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的兩個電極、連接兩個電極的薄膜層，所述的薄膜層由包覆有導(dǎo)電聚合物的貴金屬納米粒子組成。
[0008]優(yōu)化地，所述半導(dǎo)體基板上涂覆有光刻膠層，所述光刻膠層上設(shè)有與電極及薄膜層相對應(yīng)的空腔。
[0009]進一步地，所述電極與半導(dǎo)體基板間鍍有金屬鉻層。
[0010]進一步地，所述的導(dǎo)電聚合物為聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩，所述的貴金屬納米粒子為納米金、納米銀、納米鈀、納米鉬，所述的電極為金電極。
[0011 ] 進一步地，所述的金屬鉻層厚度為31納米，所述的電極厚度為15~30納米，所述的貴金屬納米粒子直徑為10-?5納米。
[0012]更進一步地，所述兩個電極的間隔為2飛微米。
[0013]本發(fā)明還提供一種記憶存儲器的制備方法，包括以下步驟:
(a)在半導(dǎo)體基板上旋涂一層光刻膠，置于8(T12(TC下加熱3飛分鐘后在光刻膠上刻出空腔；
(b)在所述的空腔內(nèi)沉積金屬形成相隔的兩個電極；
(c)在反應(yīng)容器中依次加入去離子水、三氯化鐵溶液、導(dǎo)電聚合物單體溶液，反應(yīng)10-60分鐘后加入貴金屬納米粒子溶液，離心得貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料；
Cd)將所述的貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料用去離子水稀釋后滴入所述相隔的兩個電極之間，蒸發(fā)除水形成薄膜層即可。
[0014]優(yōu)化地，所述步驟(b)中，在空腔內(nèi)沉積金屬形成相隔的兩個電極前先沉積形成金
屬鉻層。
[0015]優(yōu)化地,步驟(C)中,所述的貴金屬納米粒子通過在貴金屬納米粒子前驅(qū)體溶液中加入還原劑制備。
[0016]優(yōu)化地,步驟(C)中，步驟(C)中，所述貴金屬納米粒子、三氯化鐵、導(dǎo)電聚合物單體的質(zhì)量比 I~2:3X104~6X104:1X102"1X IO30
[0017]由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:本發(fā)明記憶存儲器，通過在兩個電極間連接薄膜層，該薄膜層由包覆有導(dǎo)電聚合物的貴金屬納米粒子組成，一方面使得記憶存儲器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、集成度高，具有很大的工業(yè)化潛力，另一方面使得記憶存儲器成本低、高響應(yīng)信號、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，具有顯著的負(fù)微分電阻效應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]附圖1為本發(fā)明記憶存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明記憶存儲器各組成部分拆解示意圖；
附圖3為聚吡咯厚度為3nm存儲器的電壓-電流曲線特性圖；
附圖4為聚吡咯厚度為3nm存儲器的讀寫特性測試數(shù)據(jù)圖；
附圖5為實施例1中金納米粒子/聚吡咯復(fù)合材料中聚吡咯具有不同厚度對應(yīng)記憶存儲器的電壓-電流特性曲線；
其中，1、半導(dǎo)體基板；2、光刻膠層；21、空腔；3、電極；4、薄膜層；5、金屬鉻層。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行詳細(xì)說明:
實施例1
本實施例提供一種記憶存儲器，如圖1和圖2所示，主要包括半導(dǎo)體基板1、電極3和薄膜層4。其中，電極3為兩個，相隔設(shè)置于半導(dǎo)體基板I上平面；薄膜層4也設(shè)置于半導(dǎo)體基板I上平面且連接在兩個電極3之間，薄膜層4由包覆有導(dǎo)電聚合物的貴金屬納米粒子組成(即貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料)。利用該復(fù)合材料形成薄膜層4，使得記憶存儲器結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、集成度高，具有很大的工業(yè)化潛力，而且記憶存儲器成本低、高響應(yīng)信號、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，具有顯著的負(fù)微分電阻效應(yīng)。
[0020]在本實施例中，半導(dǎo)體基板I的成分為Si02/Si ;電極3為金電極，厚度優(yōu)選為15~30nm，兩個電極3之間的間隔優(yōu)選為2飛μ m，間隔太大不利于形成均勻的薄膜層4;半導(dǎo)體基板I的上平面(即設(shè)置電極3的表面)涂覆有光刻膠層2，并且光刻膠層2上設(shè)有與電極3及薄膜層4相對應(yīng)的空腔21，這樣可以以該空腔21為模板在熱蒸鍍或磁控濺射技術(shù)下沉積形成形狀規(guī)則的電極3 ;為了增加電極3與半導(dǎo)體基板I的粘附性，電極3與半導(dǎo)體基板I間鍍有金屬鉻層5，厚度優(yōu)選為3~8nm。[0021]導(dǎo)電聚合物可以使用常規(guī)的那些，如聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩，貴金屬納米粒子可以為常規(guī)的那些，其直徑優(yōu)選為l(Tl5nm，例如納米金(Au)、納米銀(Ag)、納米鈀(Pd)、納米鉬(Pt)。在本實施例中，導(dǎo)電聚合物為聚批咯,貴金屬納米粒子是直徑為13nm的納米Au粒子；而且通過調(diào)節(jié)納米Au粒子外包裹的聚吡咯厚度可以改變記憶存儲器的電流-電壓特性，分別選取聚吡咯厚度為1.9nm、3nm、3.9nm、4.8nm時制備的記憶存儲器，使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀對其電流-電壓特性曲線、讀寫特性進行測試。圖3是聚吡咯厚度為3nm的記憶存儲器(簡寫為金/金納米粒子@3nm PPy/金)的電流電壓曲線圖，(a)是從OV至5V，5V至OV的循環(huán)曲線；(b)是從OV至-5V，-5V至OV的循環(huán)曲線圖，圖4該記憶存儲器的讀寫特性曲線。而圖5中Ca)至(d)對應(yīng)于聚吡咯厚度分別為1.9nm、3nm、3.9nm、4.8nm的記憶存儲器電流電壓特性，從(a)至(d)中可以看出，隨著聚吡咯厚度增加，電流逐漸減小，記憶存儲性能在聚吡咯厚度為3nm時最好，具有明顯的負(fù)微分電阻效應(yīng)。
[0022]實施例2
本實施例提供一種實施例1中記憶存儲器的制備方法，包括以下步驟:
Ca)在半導(dǎo)體基板上旋涂一層光刻膠，置于8(T12(TC下加熱廣3分鐘后在光刻膠上刻出空腔；
(b)采用光刻技術(shù)或磁控濺射技術(shù)在空腔內(nèi)先沉積:TSnm厚的金屬鉻層，再沉積15^30nm厚的金層，形成相隔的兩個金電極，隨后置于丙酮中超聲清洗30分鐘左右；
(c)向90.5mL去離子水中加入3.6mL0.004g/mL的氯金酸溶液攪拌加熱至沸騰，隨后加入5mL0.0114g/mL的檸檬酸鈉溶液，保持沸騰15min制得13nm的金納米粒子溶液；
在250mL錐形瓶中依次加入25mL去離子水、5mL濃度為0.125g/mL的三氯化鐵溶液、50微升吡咯溶液(0.967g/mL)，攪拌反應(yīng)10-60分鐘后加入2mL離心過的13nm的金納米粒子溶液(濃度約為7.34X10_9mol/L)(先用兩個1.5mL的離心管取13nm金粒子溶液離心，經(jīng)8000~15000轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速離心10-30分鐘后取出上清液，加入去離子水至1.5mL，合并兩個離心管中溶液，總體積3mL，取出2mL加入反應(yīng)液中)，立即離心得貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料(實施例1中1.9nm、3nm、3.9nm、4.8nm厚度的聚吡咯分別是在反應(yīng)容器中加入25mL去離子水、5mL0.025g/mL三氯化鐵溶液和50微升0.967g/mL吡咯溶液后，與金納米粒子溶液分別反應(yīng)10、25、33、40分鐘后得到)；
Cd)將金納米粒子/聚吡咯復(fù)合材料用去離子水稀釋成不同濃度(5X10^3.67X 10_7mol/L)，隨后用微量注射器滴入相隔的兩個電極之間，蒸發(fā)除水形成薄
膜層即可。
[0023]本方法操作簡單，只需控制時間即可制備高穩(wěn)定性的金納米粒子OPPy復(fù)合材料。
[0024]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化 或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種記憶存儲器，其特征在于:它包括半導(dǎo)體基板、相隔設(shè)置于半導(dǎo)體基板上的兩個電極、連接兩個電極的薄膜層，所述的薄膜層由包覆有導(dǎo)電聚合物的貴金屬納米粒子組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的記憶存儲器，其特征在于:所述半導(dǎo)體基板上涂覆有光刻膠層，所述光刻膠層上設(shè)有與電極及薄膜層相對應(yīng)的空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記憶存儲器，其特征在于:所述電極與半導(dǎo)體基板間鍍有金屬鉻層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記憶存儲器，其特征在于:所述的導(dǎo)電聚合物為聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩，所述的貴金屬納米粒子為納米金、納米銀、納米鈀、納米鉬，所述的電極為金電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記憶存儲器，其特征在于:所述的金屬鉻層厚度為31納米，所述的電極厚度為15~30納米，所述的貴金屬納米粒子直徑為10-15納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的記憶存儲器，其特征在于:所述兩個電極的間隔為2~5微米。
7.—種權(quán)利要求2中所述記憶存儲器的制備方法，包括以下步驟: Ca)在半導(dǎo)體基板上旋涂一層光刻膠，置于80~120。C下加熱3~5分鐘后在光刻膠上刻出空腔； (b)在所述的空腔內(nèi)沉積金屬形成相隔的兩個電極； (c)在反應(yīng)容器中依次加入去離子水、三氯化鐵溶液、導(dǎo)電聚合物單體溶液，反應(yīng)10-60分鐘后加入貴金屬納米粒子溶液，離心得貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料； Cd)將所述的貴金屬納米粒子/導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料用去離子水稀釋后滴入所述相隔的兩個電極之間，蒸發(fā)除水形成薄膜層即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的記憶存儲器的制備方法，其特征在于:所述步驟(b)中，在空腔內(nèi)沉積金屬形成相隔的兩個電極前先沉積形成金屬鉻層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的記憶存儲器的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，所述的貴金屬納米粒子溶液為在貴金屬納米粒子前驅(qū)體溶液中加入還原劑反應(yīng)后離心得到的上清液。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的記憶存儲器的制備方法，其特征在于:步驟(c)中，所述貴金屬納米粒子、三氯化鐵、導(dǎo)電聚合物單體的質(zhì)量比1~2:3X IO4^ex IO4:1X l(Tl X ΙΟ3。
【文檔編號】H01L51/40GK103928611SQ201410172981
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】江林, 張軍昌 申請人:蘇州大學(xué)