一種浮柵型柔性有機存儲器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲器件領(lǐng)域，具體涉及一種浮柵型柔性有機存儲器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 非揮發(fā)性存儲器被廣泛應(yīng)用于電子消費產(chǎn)品，如電腦、手機、相機、內(nèi)存卡等，傳統(tǒng) 的非揮發(fā)存儲器有磁存儲器，鐵電存儲器，浮柵存儲器，阻變存儲器。浮柵存儲器因其制備 工藝簡單、擦寫速度較快、可靠性高以及和傳統(tǒng)CMOS工藝兼容，使得浮柵存儲器逐步取代 了其他類型的存儲器，1987年日本東芝公司又提出了閃存的概念，閃存與浮柵存儲器有一 樣的結(jié)構(gòu)，但是存儲速度更快，目前閃存已成為存儲技術(shù)的主流。目前常用的U盤，SD卡， TF卡等都是基于閃存技術(shù)。但是隨著工藝技術(shù)的進步，無機材料的電子性能已經(jīng)發(fā)展到了 極限，繼續(xù)減小尺寸，降低成本將面臨很多問題。目前最新的工藝特征尺寸已經(jīng)到了 14nm，， 傳統(tǒng)的基于硅基存儲技術(shù)的閃存也遇到挑戰(zhàn)，最明顯的就是量子隧穿效應(yīng)引起的電流泄露 導(dǎo)致器件的存儲可靠性下降。為了解決遇到的問題，人們把目光轉(zhuǎn)向了有機半導(dǎo)體領(lǐng)域，自 從1977年，A.J.Heeger等合成導(dǎo)電高分子聚乙炔，揭示了有機材料導(dǎo)電的事實，開辟了有 機電子學(xué)這一新的學(xué)科領(lǐng)域，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，有機電子學(xué)已經(jīng)取得了一些進展，科學(xué) 家們已經(jīng)合成了多種有機半導(dǎo)體材料，在性能方面可代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅鍺材料，并且也制成了一 些基本的原件，如有機二極管（0LED)，有機場效應(yīng)管（0FET)，有機存儲器等。而目前興起 的智能穿戴設(shè)備，電子標(biāo)簽，智能卡等電子消費產(chǎn)品需要存儲器件具有柔性、較快的擦寫速 度、存儲的穩(wěn)定性以及簡便的制造工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了適應(yīng)目前電子消費產(chǎn)品對存儲器件的要求，簡化生產(chǎn)工藝，提高存儲器件的 擦寫速度和存儲的可靠性、降低小尺寸下面臨的量子遂穿效應(yīng)，本發(fā)明提出了一種浮柵型 柔性有機存儲器件，利用有機材料低成本，具有柔性，可大面積制備，制備工藝簡便的優(yōu)點， 可有效降低存儲器件的生產(chǎn)成本，利用納米晶可分布式存儲電荷從而降低電流的泄露提高 存儲可靠性。本發(fā)明所述的一種浮柵型柔性有機存儲器由主要由襯底、控制柵、阻擋層、浮 柵、隧穿層、有機半導(dǎo)體層、源電極和漏電極構(gòu)成。
[0004] 所述的襯底是有機柔性襯底，本發(fā)明所用的襯底材料是聚酰亞胺（PI)，PI的分解 溫度500°C，是目前有機聚合物熱穩(wěn)定性最好的材料之一，另外PI具有高韌性，高強度、耐 溶劑等性能，除此之外聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯（PC)或者聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)等也可作為襯底材料。
[0005] 所述的控制柵材料是導(dǎo)電氧化物，本發(fā)明所用的控制柵材料是氧化銦錫（IT0)， IT0是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性能良好，具有很好的耐磨損和化學(xué)穩(wěn)定性，除此之外， 氧化鋁合銅（CuA102)和氧化鋅（ZnO)也可作為控制柵材料。
[0006] 所述的控制柵通過在襯底上生長導(dǎo)電薄膜制備，目前柔性襯底上制備IT0薄膜的 方法主要有激光脈沖沉積、磁控濺射和電子束蒸發(fā)等，磁控濺射技術(shù)制備的IT0薄膜厚度 均勻，致密性好、參數(shù)容易控制，本發(fā)明所用的控制柵是在PI上磁控濺射ITO薄膜來制備。
[0007] 所述的阻擋層和遂穿層材料是高介電常數(shù)的有機聚合物，本發(fā)明的阻擋層和隧穿 層都是聚乙烯醇（PVA)，因為PVA可溶于水、良好的機械性能、可降解，是一種理想的絕緣材 料，除此之外聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯酚（PVP)、聚乙烯咔唑（PVK)、聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚四氟乙烯（PTFE)等也可作為阻擋層和隧穿層。為了降低生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)工 藝，本發(fā)明所述的阻擋層和隧穿層通過旋涂法制備，將PVA配置成水溶液，在勻膠機上旋涂 成PVA薄膜，然后放在真空干燥箱中干燥。
[0008] 本發(fā)明所述的浮柵層為可以是金屬納米晶、異質(zhì)結(jié)納米晶和硅納米晶，本發(fā)明所 用的浮柵層為金納米晶，另外功函數(shù)較高的鋁、銀、鎂等金屬納米晶也可作為浮柵層。納米 晶夾在隧穿層和阻擋層之間，可以俘獲注入的電荷，改變器件的閾值電壓，從而達到存儲信 息的目的。為了提高存儲的穩(wěn)定性，要求納米晶的密度至少為l〇_12/cm2,納米晶的直徑為 5-8nm，目前制備納米晶有多種方法，例如快速熱處理法、混合沉積法、離子注入法和沉積自 組裝法等，為了降低成本，簡化生產(chǎn)工藝，本發(fā)明制備納米晶所采用的是方法是快速熱處理 法，先在阻擋層上熱蒸發(fā)一層l_2nm的金薄膜，然后在真空下進行退火，使薄膜在表面應(yīng)力 和迀移力作用下自發(fā)凝聚分離形成孤立的金屬納米晶。
[0009] 所述的半導(dǎo)體層為有機半導(dǎo)體材料，可以是空穴型傳輸材料或電子傳輸材料，例 如酞菁類金屬配合物、噻吩齊聚物、稠環(huán)芳香烴化合物等，本發(fā)明所用的有機半導(dǎo)體材料為 酞菁銅（CuPc)。制備有機半導(dǎo)體層有多種成熟的方法，主要有化學(xué)氣相沉積，真空熱蒸發(fā)， 等離子濺射等方法。本發(fā)明所述的有機半導(dǎo)體層用熱真空蒸發(fā)鍍膜的方法在隧穿層上沉積 一層CuPc〇
[0010] 本發(fā)明所述的源漏電極為金，除此之外功函數(shù)較大的銀、鎂、鋁等也可做電極。所 述的源漏電極通過在半導(dǎo)體層真空熱蒸發(fā)沉積而成，除此之外還可以用化學(xué)氣相沉積、電 子束蒸發(fā)和磁控濺射等方法。
[0011] 技術(shù)方案
[0012] 1)將PI襯底先用去污粉擦洗，然后分別用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，氮氣吹 干后放入干燥箱；
[0013] 2)將1中清洗的PI襯底放到濺射臺上，換上IT0靶，設(shè)置濺射臺轉(zhuǎn)速，濺射腔開始 抽真空，當(dāng)腔內(nèi)真空達到1X104Pa，通入氬氣，調(diào)整系統(tǒng)壓強維持在0. 4-0. 6Pa和濺射功率 為100w，設(shè)定濺射時間60分鐘，完成制備控制柵，IT0薄膜厚度為60nm;
[0014] 3)將PVA粉末和去離子水按比例混合，水浴加熱攪拌配置成質(zhì)量分數(shù)為10%的溶 液，放在室溫下冷卻；
[0015] 4)設(shè)置勻膠機高低轉(zhuǎn)速和時間，將3)中濺射好的PI襯底IT0面向上放在吸頭上， 用取液器抽取PVA溶液，均勻滴加在片子上，旋涂制備阻擋層，然后放入真空干燥箱干燥， PVA阻擋層厚度為1-1.4ym;
[0016] 5)將4)中干燥后的片子放入真空腔中，加熱金絲達到沸點，在阻擋層上沉積一層 l-2nm的金，然后放入真空干燥箱100°C下退火6小時完成浮柵層的制備，金納米晶的直徑 為5_8nm ;
[0017] 6)配置質(zhì)量分數(shù)為1 %的PVA溶液，在浮柵層上旋涂隧穿層，然后放入真空干燥 箱，隧穿層厚度為l〇〇nm;
[0018] 7)將6)中干燥好的片子放入真空腔，加熱CuPc，然后在隧穿層上沉積一層50nm 左右的有機半導(dǎo)體層；
[0019] 8)將8)中的片子放在掩膜板下，然后真空熱蒸發(fā)源漏電極，電極厚度為30nm。
[0020] 技術(shù)