一種單柵柔性有機(jī)存儲器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體存儲器件領(lǐng)域，具體設(shè)及一種單柵柔性有機(jī)存儲器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，目前W集成電路為核屯、的電子信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)超過了傳統(tǒng) 的石油、鋼鐵、汽車產(chǎn)業(yè)，成為全球第一大產(chǎn)業(yè)，帶動各行各業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。根據(jù)摩 爾定律，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提 升一倍。目前最新的集成電路制造工藝，晶體管的的特征尺寸已達(dá)到了 14nm，但是隨著集 成電路的集成度越來越高，也伴隨著一些問題出現(xiàn)，如量子隧穿效應(yīng)引起的電流泄漏等，運(yùn) 些問題將限制傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體的發(fā)展，科學(xué)家也提出了改進(jìn)器件結(jié)構(gòu)，采用高K材料作為 介質(zhì)層來解決目前的問題，但是從長遠(yuǎn)來看要從根本上解決問題必須采用全新的材料和方 法。自從人們發(fā)現(xiàn)滲雜的聚乙烘可W導(dǎo)電W來，用有機(jī)物代替?zhèn)鹘y(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體材料成為研 究的熱n，隨之興起一口新的學(xué)科一一有機(jī)電子學(xué)，有機(jī)物作為半導(dǎo)體材料比傳統(tǒng)的娃錯 材料有更多優(yōu)勢，比如材料無數(shù)種，可用化學(xué)合成和修飾滿足各種需要，最重要的是有機(jī)材 料具有柔性，可大面積制備，適合打印、印刷、旋涂等低成本生產(chǎn)工藝。目前科學(xué)家已經(jīng)將有 機(jī)材料應(yīng)用到了信息顯示、傳感、存儲、光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，存儲器件作為集成電路中的也基 本元件，被應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品，如我們常用優(yōu)盤、移動硬盤、內(nèi)存卡和手機(jī)等，現(xiàn)在逐漸興 起的智能穿戴設(shè)備如Google眼鏡、智能標(biāo)簽、智能手環(huán)等需要存儲器件具有良好的柔性和 機(jī)械強(qiáng)度，傳統(tǒng)的娃基存儲器已無法滿足要求，已有文獻(xiàn)報道了柔性的有機(jī)存儲器，但大部 分還是基于無機(jī)存儲器的結(jié)構(gòu)將無機(jī)材料換為了有機(jī)材料，目前有機(jī)類的存儲器按工作原 理可分為電荷俘獲型存儲器、鐵電存儲器、磁存儲器和阻變存儲器等，在電荷俘獲類的存儲 器中納米晶存儲器報道較多，該種存儲器與場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)類似，只是在柵介質(zhì)中加一層 納米晶個俘獲電荷層，納米晶俘獲電荷后會使闊值電壓偏移，通過外圍電路識別兩種變化 達(dá)到存儲信息的目的。但是納米晶存儲器的制作工藝比較復(fù)雜，多次擦除/編程操作后器 件的結(jié)構(gòu)容易破壞，納米晶俘獲電荷后電荷的泄露會導(dǎo)致存儲的可靠性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述納米晶存儲器件制作工藝復(fù)雜、耐受性差、存儲時間短、使用壽命短 的缺點，本發(fā)明提出了 一種單柵柔性有機(jī)存儲器件，工作原理類似于納米晶存儲器，采用能 存儲電荷的有機(jī)駐極體材料，在外加電場下，半導(dǎo)體/柵介質(zhì)界面處的電荷會被柵介質(zhì)俘 獲，從而使場效應(yīng)管的闊值電壓發(fā)生偏移，達(dá)到和納米晶浮柵存儲器相同的存儲效果，不需 要在介質(zhì)層中夾雜納米晶，簡化了制作工藝，而且存儲時間長、耐受性好、使用壽命長。本發(fā) 明的結(jié)構(gòu)與有機(jī)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)相同，主要由襯底、柵電極、介質(zhì)層、有機(jī)半導(dǎo)體層、源電極 和漏電極構(gòu)成。
[0004] 所述的襯底材料為柔性襯底材料，本發(fā)明所用的襯底材料是聚酷亞胺（PI)，PI具 有很好的耐高溫，耐溶劑和很好的機(jī)械強(qiáng)度和初性，是一種理想的襯底材料，另外聚甲基丙 締酸甲醋（PMMA)、聚碳酸醋（PC)或者聚糞二甲酸乙二醇醋（PEN)等也可作為襯底材料。
[0005] 所述的柵電極為導(dǎo)電氧化物，本發(fā)明所用的柵電極材料是氧化銅錫（ITO)，ITO是 一種導(dǎo)電性能良好的半導(dǎo)體材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，除此之外，氧化侶合銅（CuA1〇2) 和氧化鋒狂nO)也可作為柵電極材料。
[0006] 所述的柵電極通過在柔性襯底上生長導(dǎo)電薄膜制備，生長導(dǎo)電薄膜的常用方法有 磁控瓣射、真空熱蒸發(fā)、旋涂法和水熱法等，本發(fā)明所采用采用的是磁控瓣射法，柵電極厚 度為30nm，該種方法制備的ITO薄膜表面平整、附著強(qiáng)度高、厚度可控。
[0007] 所述的介質(zhì)層材料為駐極體，駐極體具有運(yùn)樣的性質(zhì)，在外部電場下可W使自身 的偶極電荷極化同時也可保存外部注入的電荷，在撤去電場后仍能保留電極化狀態(tài)和注入 的電荷，駐極體通常為有機(jī)聚合物，常見的駐極材料有聚乙締醇（PVA)，聚乙締（P巧、聚丙 締腫）、聚偏氣乙締（PVD巧、聚四氣乙締（PT曬等，駐極體可W增加電荷的存儲時間，防止 泄露電流，增加存儲的穩(wěn)定性，而且電荷的俘獲和釋放不會破壞駐極體的結(jié)構(gòu)，可W多次擦 寫，增加存儲器的壽命。本發(fā)明所用的駐極體材料為PVA，其電荷存儲壽命長、易溶于水、可 降解，是一種理想的電荷存儲材料。
[0008] 所述的介質(zhì)層在柵電極上旋涂駐極體薄膜制備，本發(fā)明在柵介質(zhì)上旋涂PVA，厚度 為lOOnm。
[0009] 所述的有機(jī)半導(dǎo)體層采用的是獻(xiàn)菁鉛（PbPc)，制備有機(jī)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)，等離子瓣射等方法。本發(fā)明所述的有機(jī)半導(dǎo)體層用 真空熱蒸發(fā)鍛膜的方法在介質(zhì)層上沉積一層化化，厚度為50nm。
[0010] 所述的源電極和漏電極為金屬材料，金、銀、儀、侶等都可做電極，本發(fā)明所用的電 極材料為金，源電極和漏電極通過在半導(dǎo)體層真空熱蒸發(fā)沉積而成，厚度為30nm。 W11] 技術(shù)方案
[0012] 1)將PI襯底先用去污粉擦洗，丙酬清洗10分鐘，然后放入乙醇蒸汽中干燥； 陽01引。將1中清洗的PI襯底放到瓣射臺上，換上ITO祀，當(dāng)腔內(nèi)真空達(dá)到IXlO4Pa, 通入氣氣，調(diào)整系統(tǒng)壓強(qiáng)維持在0. 4-0. 6化和瓣射功率為90w，設(shè)定瓣射時間30分鐘，完成 制備控制柵，ITO薄膜厚度為30nm;
[0014] 3)將PVA粉末和去離子水按比例混合，水浴加熱攬拌配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的溶 液，放在室溫下冷卻；
[0015] 4)設(shè)置勻膠機(jī)高低轉(zhuǎn)速和時間，將3)中瓣射好的PI襯底ITO面向上放在吸頭 上，將3)中的PVA溶液均勻滴加在片子上，旋涂后放入真空干燥箱干燥，介質(zhì)層的厚度為 IOOnm；
[0016] 5)將4)中干燥好的片子放入真空腔，加熱化化，然后在介質(zhì)層上沉積一層50nm 左右的有機(jī)半導(dǎo)體層；
[0017] 6)將5)中的片子放在掩膜板下，然后真空熱蒸發(fā)源漏金電極，電極厚度為30nm。 [001引技術(shù)分析
[0019] 本發(fā)明采用有機(jī)駐極體作為介質(zhì)層，利用駐極體可保留外界電場撤去后注入的電 荷，進(jìn)而使場效應(yīng)管的闊值電壓發(fā)生漂移，實現(xiàn)存儲的功能，而且駐極體存儲電荷時間長， 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可W使存儲器件的使用壽命、存儲時間有效增加，同時本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與場效應(yīng)管 的結(jié)構(gòu)相同，制備工藝主要采用真空熱蒸發(fā)、磁控瓣射和旋涂浮的方法，工藝簡便，原料成 本低，可降低生產(chǎn)成本，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為一種單柵柔性有機(jī)存儲器件的結(jié)構(gòu)簡圖。圖1中：1PI襯底、2IT0柵電極、 3PVA介質(zhì)層、4化化有機(jī)半導(dǎo)體層、5源電極、6漏電極。
【具體實施方式】
[0021] 1. 1將1裁成規(guī)則的形狀，然后用去污粉擦洗；
[0022] 1. 2將1放入丙酬超聲清洗10分鐘，然后放入乙醇蒸汽中干燥。 陽〇2引 實施例2
[0024] 2. 1將1放在瓣射臺上，用長條形掩膜板蓋住1，漏出條形電極的區(qū)域，ITO祀 材安放在瓣射臺上支架上，所用祀材為ITO陶瓷祀材（In203 :Sn02 = 90 : 10,純度為 99. 9900%)，ITO祀材直徑為 80mm、厚度 5mm; 陽02引 2. 2調(diào)整祀材到襯底的距離為20cm，設(shè)置瓣射臺轉(zhuǎn)速為3化/min; 陽0%] 2. 3關(guān)閉真空室后，打開真空閥，當(dāng)真空室壓強(qiáng)達(dá)到IX10 4Pa時，通入高純氣氣和 氣氣，通過流量計調(diào)節(jié)真空度，真空度為0. 4-0. 6Pa，襯底溫度為60°C，瓣射功率設(shè)為90W;
[0027] 2. 4開始啟輝后，持續(xù)時間為3min，2的厚度為30皿。 陽0測 實施例3
[0029] 3. 1用電子稱稱取5毫克PVA粉末，注射器抽取0. 1毫升的去離子水，在小燒杯中 混合；
[0030] 3. 2將燒杯放入水浴鍋中加熱，水浴加熱攬拌使PVA成為均勻的透明溶液，PVA溶 液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。 陽0川實施例4
[0032] 4. 1將實施例2中制備好的片子放在勻膠機(jī)的吸頭上，用取液器將實施例3中的 PVA溶液滴在2上；
[0033] 4. 2按下吸片，設(shè)置勻膠機(jī)低速轉(zhuǎn)為40化/min, 10秒，低速轉(zhuǎn)4000r/min，40秒；
[0034] 4. 3旋涂完成將片子放入真空干燥箱中，打開機(jī)械累，真空度為0. 09化，加熱溫度 為90°C，保存2小時，3的厚度為100皿。 陽0對實施例5
[0036] 5. 1將實施例4的中片子放入真空腔，打開機(jī)械累抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到 3X10中日，打開熱偶開始加熱化化；
[0037] 5.2當(dāng)溫度達(dá)到390°C，化化開始蒸發(fā)，用頻率計監(jiān)測蒸發(fā)速度，控制蒸發(fā)速度 0.8-IA/s； 陽03引 5. 3當(dāng)4達(dá)到50皿，停止加熱，在真空腔中冷卻。
[0039] 實施例6
[0040] 6. 1將掩模板放在4上，露出長方形的源漏電極區(qū)域，打開機(jī)械累，真空度達(dá)到 3X10中日，打開熱源加熱金絲；
[0041]6. 2當(dāng)金開始融化，達(dá)到金的沸點開始蒸發(fā)源漏電極，通過頻率計檢測蒸發(fā)厚度， 蒸發(fā)速率在2A/S左右； 陽O創(chuàng) 6. 3當(dāng)5、6的厚度厚達(dá)到30nm，停止加熱，在真空腔中冷卻。
【主權(quán)項】
1. 一種單柵柔性有機(jī)存儲器件，主要由襯底、柵電極、介質(zhì)層、有機(jī)半導(dǎo)體層、源電極和 漏電極構(gòu)成，其特征在于：采用柔性材料作為襯底，有機(jī)駐極體材料作為介質(zhì)層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單柵柔性有機(jī)存儲器件，其特征在于所用的襯底材料為 聚酰亞胺。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單柵柔性有機(jī)存儲器件，其特征在于所用的介質(zhì)層材料 為聚乙烯醇。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單柵柔性有機(jī)存儲器件，其特征在于有機(jī)半導(dǎo)體層所用 的材料為酞菁鉛。
【專利摘要】本實用新型涉及一種單柵柔性有機(jī)存儲器件，主要由襯底、柵電極、介質(zhì)層、有機(jī)半導(dǎo)體層、源電極和漏電極構(gòu)成。本實用新型以柔性材料聚酰亞胺作為柔性襯底，制備的存儲器件具有良好的柔性和機(jī)械強(qiáng)度。有機(jī)駐極體材料作為介質(zhì)層，利用有機(jī)駐極體在外加電場下可以俘獲和釋放電荷的性質(zhì)，調(diào)控閾值電壓實現(xiàn)存儲器件的功能，提高了存儲器件的存儲時間和使用壽命，同時本實用新型采用旋涂、磁控濺射和真空熱蒸發(fā)的方法制備，工藝簡單，可大面積制備，可有效降低生產(chǎn)成本。
【IPC分類】H01L51/30
【公開號】CN204857788
【申請?zhí)枴緾N201520483668
【發(fā)明人】馬力超, 唐瑩, 鄭亞開, 韋一, 彭應(yīng)全
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月1日