[發(fā)明專利]一次寫入多次讀取的電存儲器件及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810038578.0
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN101290971A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 徐偉;董元偉
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/10;H01L51/40;H01L27/28;G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于微電子器件技術領域，具體涉及一種高可靠的可一次寫入多次讀取的電存儲器件及其制備方法。

背景技術

微電子技術的發(fā)展有二個明顯的趨勢：一是希望制作成本更低，工藝更簡單，性能指標則要更好；二是希望電子器件的尺寸可以繼續(xù)沿著Moore定律不斷細化下去，這樣集成電路的集成度可以繼續(xù)大幅度提高。為滿足這種強烈的技術和社會需要，信息技術的發(fā)展特別需要另辟蹊徑。其中，開發(fā)出高性能的材料，發(fā)展有效并且可行的工藝技術是本領域的關鍵。

在電子器件中，功能介質層薄膜的穩(wěn)定性和性能指標直接關系到器件的性能。因此，如何制備與電子器件相適應的功能介質層是本技術領域中的焦點所在。

本發(fā)明提出一種用于薄膜電子器件的配位聚合物功能介質層及其制備方法，采用本發(fā)明提出的配體分子材料和工藝條件，可以使電子器件的性能指標、穩(wěn)定性以及成品率得到大幅度提高。這種器件可作為一次寫入多次讀取器件(WORM)來使用。([1]S.Moller，C.Perlov，W.Jackson，et?al.，A?polymer/semiconductor?write-once-read-many-times?memory.Nature，426：166(2003).)

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提出一種一次寫入電存儲器件(WORM)。器件結構為：銅-配位聚合物介質層-鋁(Cu-Coordination?polymer-Al)結構，二端的金屬層做電極，如圖1(a)所示。

本發(fā)明提出一次寫入電存儲器件制備方法中的核心制備工藝是制作其中的配位聚合物介質層。

本發(fā)明提出的一次寫入電存儲器件中配位聚合物介質層的制備方法涉及二方面關鍵問題：一是選擇特定結構的有機配體分子材料；二是采用化學工藝學方法通過固-液界面的化學反應原位形成穩(wěn)定的配位聚合物薄膜。

本發(fā)明選用的配體分子材料為：2，5-二巰基-1，3，4-噻二唑；英文名稱為2，5-Dimercapto-1，3，4-thiadiazole.該分子材料的分子式為C₂H₂N₂S₃，簡稱N2S3，結構式如圖1(b)所示。這種有機配體分子在溶液中能夠與銅底電極反應，從而在銅底電極表面上原位形成配位聚合物薄膜。

本發(fā)明提出一次寫入電存儲器件的制備步驟如下：(1)采用乙醇或者N，N-二甲基甲酰胺(DMF)做溶劑，配制濃度為0.01～20克/升的N2S3配體分子溶液；(2)在載波片上通過真空熱蒸發(fā)方法沉積厚度為150～300納米的銅膜作為底電極(電極的形狀由掩膜確定)；(3)將銅膜底電極浸入N2S3配體分子溶液中，自然放置0.5～48小時，然后將電極取出，用大量溶劑洗滌，靜置晾干或者用電吹風吹干，即在銅膜上面形成配位聚合物介質層；該介質層厚度為20-50納米，(4)在配位聚合物介質層的表面上蒸鍍80-150納米厚的鋁膜，作為頂電極。銅底電極與鋁頂電極交叉重合部分的面積定義為薄膜器件的尺寸，其大小為0.2-0.3mm²。

本發(fā)明中，電阻開關器件的基本結構與通常的一致，即底電極為橫向條狀，均勻排列；頂電極為縱向條狀，均勻排列，底電極與頂電極的縱橫交叉點為一個開關器件，面積為0.2-0.3mm²，底電極和頂電極的所有交叉點組成一個開關器件陣列。

通過前述方法制備的薄膜器件其原初狀態(tài)為高電阻態(tài)，阻值通常在10⁸～10⁹歐姆。當銅電極與外加信號源正極連接，鋁電極接地的情況下，外加正向電壓信號(小于2.5伏)，薄膜器件由高電阻態(tài)躍遷為底電阻態(tài)，低電阻狀態(tài)的阻值非常小，通常為幾歐姆～幾十歐姆，該轉變過程相當于電信號的寫入。器件的初態(tài)與寫入后狀態(tài)的阻值比高達10⁷～10⁸倍。寫入前的狀態(tài)和寫入后的狀態(tài)可以分別用0.1～0.3伏的小電壓信號讀出，在讀的過程中二種狀態(tài)都能保持不變，說明小電壓信號的“讀取”作用不會改變器件的狀態(tài)。在大氣環(huán)境中放置很長時間后，再用小電壓信號讀，發(fā)現器件的狀態(tài)仍然保持不變。說明無論是讀出過程，還是自然放置過程，器件的狀態(tài)保持不變。