一種摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器。
【背景技術(shù)】
[0002]存儲器在半導(dǎo)體世界中占有重要地位，在全世界半導(dǎo)體市場中存儲器占據(jù)了 40%的份額，并且存儲器的更新?lián)Q代速度非常快，存儲器以外的其他半導(dǎo)體產(chǎn)品每2年更新一代，而存儲器則是每18個月一代。隨著人們對器件速度和尺寸要求的不斷提高，集成電路尺寸不斷減小，集成度不斷提高，現(xiàn)在已經(jīng)可以實現(xiàn)22nm工藝在指甲蓋大小的面積上集成29億個晶體管，而隨著集成電路尺寸的減小，量子效應(yīng)將越來越明顯，導(dǎo)致宏觀概念的實效，基于傳統(tǒng)宏觀概念的器件將不能正常工作。存儲器的發(fā)展同樣面對著器件進(jìn)一步減小所帶來的困難，以動態(tài)存儲器(DRAM)為例，存儲單元的電容不能太小，如果這個電容小到不能提供足夠多的電子給放大器，那么整個存儲器將被噪聲所淹沒，將不能保證信息存儲的可靠性；同時，當(dāng)每個存儲單元的電子數(shù)目因集成度的提高變得越來越小時，存儲器中的MOS場效應(yīng)晶體管逐漸變得不穩(wěn)定。
[0003]傳統(tǒng)半導(dǎo)體存儲器的種種限制，使得納米材料和納米加工技術(shù)的研宄發(fā)展越來越受關(guān)注，其中有機(jī)聚合物由于其低成本和易于大規(guī)模制備而具有巨大前景，碳納米管則以其特有的電學(xué)特性成為了下一代電子器件的首選材料。
[0004]有機(jī)聚合物雖然具有其低成本和易于大規(guī)模制備的優(yōu)勢，但是它的電學(xué)特性還很差，載流子迀移率目前最高只能達(dá)到10 CnT2/Vs左右，相對傳統(tǒng)硅材料還有很大差距。碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)特性，但以碳納米管為基礎(chǔ)的器件和電路制作中，單根碳納米管的精確放置一直困擾著人們，現(xiàn)階段，人們一般使用原子力顯微鏡(AFM)或掃描隧道顯微鏡(STM)控制單根碳納米管將其拖拉到位，或者使用“隨機(jī)取向”等特殊的方法。這些方法都有效率低，不易獲得良好的接觸等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器及其制備方法，以提高有機(jī)聚合物導(dǎo)電特性，減小在碳納米管為基礎(chǔ)的器件的制作中碳納米管的準(zhǔn)確放置的制作難度。
[0006]本發(fā)明提出的摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器，包括:硅襯底，硅襯底表面是氧化形成的二氧化硅絕緣層，在二氧化硅絕緣層上設(shè)置有源極和漏極兩個電極，兩個電極之間淀積有一層摻有碳納米管的有機(jī)薄膜，作為導(dǎo)電通路，并與兩端的電極形成接觸。
[0007]本發(fā)明中，所述的電極是在絕緣層上淀積形成，兩個電極之間具有間距，利用光刻膠在兩個電極之間刻蝕有一窗口，窗口的長度為兩電極間距，作為導(dǎo)電通路的有機(jī)薄膜在該窗口中。
[0008]本發(fā)明中，所述的源極、漏極兩個電極的材料可以為貴金屬，如為鈀或金。
[0009]本發(fā)明中，所述的有機(jī)薄膜的材料為有機(jī)共軛聚合物，如F8T2，P3HT。
[0010]本發(fā)明中，所述的碳納米管可以是單壁碳納米管。
[0011 ] 本發(fā)明中，所述的摻有碳納米管的有機(jī)薄膜使用的是單壁碳納米管與有機(jī)共軛聚合物的混合溶液淀積形成，所述的碳納米管與有機(jī)共軛聚合物的混合溶液中有機(jī)共軛聚合物包裹在碳納米管表面作為分離劑以避免碳納米管聚合成團(tuán)。
[0012]本發(fā)明所述的摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器，其數(shù)據(jù)讀寫方法為:寫入“I”時在襯底(背柵)施加正電壓，寫入“O”時在襯底施加負(fù)電壓，通過測量源極、漏極在零柵壓下的電流大小讀出存儲的數(shù)據(jù)。。
[0013]本發(fā)明所提出的新型摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器，在獲得高性能的同時可以有效地降低制作難度和生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2-圖5為依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備過程示意圖，其中圖2、圖3為剖面不意圖，圖4、圖5為俯視圖。
[0016]圖6為依據(jù)本發(fā)明的實例采用電壓施加方法得到的電流電壓回線。
[0017]圖中標(biāo)號:1.硅襯底，2.二氧化硅絕緣層，3.金屬電極，4.摻有碳納米管的有機(jī)薄膜。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合圖示在參考實施例中更具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明提供優(yōu)選實施例，但不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于在此闡述的實施例。在圖中，為了方便說明，放大了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。
[0019]參考圖是本發(fā)明的理想化實施例的示意圖，本發(fā)明所示的實施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點，但在本發(fā)明實施例中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。
[0020]圖1為本發(fā)明器件的結(jié)構(gòu)示意圖。該器件結(jié)構(gòu)包括:作為襯底同時也作為背柵的硅襯底1，作為柵絕緣層的二氧化硅絕緣層2，覆蓋在絕緣層2上的金屬電極3以及連接金屬電極3的摻有碳納米管的有機(jī)薄膜4。
[0021]圖2?圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備過程示意圖。下面結(jié)合制備方法對本發(fā)明存儲器結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明:
圖2為硅襯底和二氧化硅絕緣層剖面示意圖。選擇(100)取向的硅作襯底1，利用常規(guī)方法在襯底I上氧化出一個100納米厚的二氧化硅絕緣層2。
[0022]圖3為在絕緣層上制作金屬電極的剖面示意圖，圖4為金屬電極的俯視圖。利用常規(guī)方法在二氧化硅絕緣層2上淀積金屬電極3，電極形狀為矩形，電極為50微米長，100微米寬，厚度為55納米，包括5納米的鈦及其上50納米的金，兩個電極的間距為100微米。
[0023]圖5為在電極之間摻有碳納米管的有機(jī)薄膜的俯視圖。在硅片上旋涂一層2微米厚的光刻膠，在兩個電極3之間刻蝕出一個110微米長，100微米寬的窗口，窗口兩端邊緣稍微超出電極5微米；將碳納米管與有機(jī)共軛聚合物的混合溶液旋涂在硅片上，再將硅片放在100°C熱板上加熱，使有機(jī)薄膜中的溶劑揮發(fā)，進(jìn)而以在窗口中淀積形成有機(jī)薄膜4，用丙酮去除光刻膠，最后對器件進(jìn)行封裝。
[0024]圖6為依據(jù)本發(fā)明的實例采用電壓施加方法得到的電流電壓回線。在襯底(背柵)加正電壓寫入“ 1”，加負(fù)電壓寫入“0”，襯底所加電壓為OV時，在源漏兩電極間加電壓，測量源漏電流大小讀出存儲的數(shù)據(jù)。
[0025]在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
【主權(quán)項】
1.一種摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器，其特征在于包括:硅襯底，硅襯底表面是氧化形成的二氧化硅絕緣層，在二氧化硅絕緣層上設(shè)置有源極和漏極兩個電極，兩個電極之間淀積有一層摻有碳納米管的有機(jī)薄膜，作為導(dǎo)電通路，并與兩端的電極形成接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜存儲器，其特征在于所述的電極是在絕緣層上淀積形成，兩個電極之間具有間距，利用光刻膠在兩個電極之間刻蝕有一窗口，窗口的長度為兩電極間距，作為導(dǎo)電通路的有機(jī)薄膜在該窗口中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜存儲器，其特征在于:所述的源極和漏極兩個電極的材料為貴金屬鈕或金。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜存儲器，其特征在于:所述的有機(jī)物為有機(jī)共軛聚合物F8T2或P3HT。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜存儲器，其特征在于:所述的碳納米管是單壁碳納米管。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜存儲器，其特征在于:所述的摻有碳納米管的有機(jī)薄膜使用單壁碳納米管與有機(jī)共軛聚合物的混合溶液淀積形成，所述的碳納米管與有機(jī)共軛聚合物的混合溶液中有機(jī)共軛聚合物包裹在碳納米管表面作為分離劑以避免碳納米管聚合成團(tuán)。7.一種如權(quán)利要求1所述的摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器的數(shù)據(jù)讀寫方法，其特征在于:寫入“I”時在襯底柵電極施加正電壓，寫入“O”時在襯底柵電極施加負(fù)電壓，通過測量源極、漏極在零柵壓下的電流大小讀出存儲的數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種摻有碳納米管的有機(jī)薄膜存儲器。該存儲器包括：以硅為襯底柵電極，襯底表面氧化形成二氧化硅絕緣層作為柵介質(zhì)層，在絕緣層上淀積源極、漏極兩個金屬電極，兩個電極具有一定的間距，在兩電極之間淀積一層摻有碳納米管的有機(jī)薄膜作為導(dǎo)電通路，并與兩端的電極形成接觸。通過在襯底（背柵）施加正負(fù)電壓來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與擦除，測量源極、漏極在零柵壓下的電流大小來實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)讀出。該器件結(jié)構(gòu)簡單，易于制作與集成。
【IPC分類】H01L51/30, H01L51/05, H01L51/40
【公開號】CN104934536
【申請?zhí)枴緾N201510300325
【發(fā)明人】李輝, 瞿敏妮, 仇志軍, 張世理, 劉冉
【申請人】復(fù)旦大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月4日