[發(fā)明專利]氧化石墨烯基二極管動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610134612.9
• 申請(qǐng)日: 2016-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN105679760A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解令海;胡波;儀明東;趙瑋;黃維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/102
• 分類號(hào): H01L27/102;H01L29/16
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及氧化石墨烯基二極管動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器及其制 備方法。

背景技術(shù)

在信息高度發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會(huì)，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大 量的數(shù)據(jù)信息需要得到及時(shí)交換和處理，而作為數(shù)據(jù)信息存放的平臺(tái)—存儲(chǔ)器則在此過程中 發(fā)揮了重要的作用，要求存儲(chǔ)器具有大容量和更快的存取速度。另外在電子垃圾日益嚴(yán)重的 今天，制備綠色環(huán)保的存儲(chǔ)器，當(dāng)其使用壽命結(jié)束時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，從而在一 定程度上減少電子垃圾的危害，也是未來存儲(chǔ)器一個(gè)重要的發(fā)展方向。

氧化石墨烯基二級(jí)管存儲(chǔ)器是近年來興起的一種新型的存儲(chǔ)器，目前它的基本工作原理 主要有兩種：一種是通過調(diào)節(jié)氧化石墨烯基活性層中的氧含量，調(diào)節(jié)“氧遷移”來控制器件 的導(dǎo)電特性，使其在同一電壓下具有兩種不同的導(dǎo)電態(tài)，從而可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器中“關(guān)態(tài)”和 “開態(tài)”，其工作原理類似與多數(shù)有機(jī)二極管存儲(chǔ)器中的“絲狀電導(dǎo)”機(jī)制；另一種是利用氧 化石墨烯基活性層在電場(chǎng)作用下發(fā)生“氧化還原”反應(yīng)，當(dāng)氧化石墨烯基材料被還原到一定 程度時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槭┚哂休^高的電導(dǎo)率，而石墨烯薄膜在空氣中在電場(chǎng)作用下又可以 被氧化成氧化石墨烯，電導(dǎo)率又會(huì)較低，從而實(shí)現(xiàn)了不同的電導(dǎo)態(tài)。基于以上兩種工作原理 制成的氧化石墨烯基二極管存儲(chǔ)器對(duì)于薄膜制作工藝要求高，對(duì)于薄膜厚度要求苛刻，具有 器件產(chǎn)率低，重復(fù)性差等缺點(diǎn)。因?yàn)椋谘踹w移的器件，器件電極與氧化石墨烯之間能否 形成有效的氧遷移通道使產(chǎn)生存儲(chǔ)現(xiàn)象、提高電流開關(guān)比的重要因素；基于“氧化還原”的 器件，欲在較小的電壓下實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯基活性層在石墨烯和氧化石墨烯之間實(shí)現(xiàn)自由，快 速的轉(zhuǎn)換，對(duì)于氧化石墨烯基活性層的成分和厚度要求苛刻。

2010年韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究院的Sung-YoolChoi課題組在柔性襯底上使用雙鋁電極， 采用氧化石墨烯作為功能層材料，實(shí)現(xiàn)了基于“氧遷移”的柔性非易失性氧化石墨烯二極管 存儲(chǔ)器的制備，該存儲(chǔ)器件具有較好的柔性，在彎曲半徑超過9毫米、完全次數(shù)超過1000次 時(shí)，器件的存儲(chǔ)性能變化很小，但是其最大開關(guān)電流比僅有100，開關(guān)循環(huán)次數(shù)在100次左 右。2015年黃維課題組發(fā)現(xiàn)在基于氧化石墨烯的二極管器件在不同的鋁電極厚度和不同的器 件結(jié)構(gòu)下，器件分別表現(xiàn)出不同的存儲(chǔ)狀態(tài)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋁電極的厚度較厚時(shí)，具有點(diǎn)狀電 極的氧化石墨烯存儲(chǔ)器會(huì)產(chǎn)生三級(jí)存儲(chǔ)現(xiàn)象；條狀電極的氧化石墨烯存儲(chǔ)器會(huì)產(chǎn)生易失性存 儲(chǔ)特性。從器件的電流-電壓曲線上來分析，推測(cè)是氧化還原機(jī)制是器件形成存儲(chǔ)的原因。在 鋁電極較厚的器件中，觀察到在頂電極鋁電極下面有氣泡產(chǎn)生，推測(cè)是由于電場(chǎng)效應(yīng)和熱效 應(yīng)是使氧化石墨烯產(chǎn)生氧化還原的原因。當(dāng)鋁電極的厚度較薄時(shí)，點(diǎn)狀和條狀電極的氧化石 墨烯存儲(chǔ)器都會(huì)產(chǎn)生Flash型存儲(chǔ)，并且在鋁電極下面沒有氣泡產(chǎn)生，推測(cè)在電極較薄的器 件中，只有電場(chǎng)的作用下氧化石墨烯發(fā)生了氧化還原過程。

目前，人們對(duì)于基于有機(jī)/氧化石墨烯基的二極管存儲(chǔ)器的性能提出了更高的要求，主要 包括，電流開關(guān)比較大以滿足識(shí)別存儲(chǔ)狀態(tài)的要求，能夠多次讀寫擦循環(huán)以滿足實(shí)際應(yīng)用并 節(jié)約成本，并且要求器件的制作工藝簡(jiǎn)單，低成本和良品率高。基于氧化石墨烯基“氧遷移” 和“氧化還原反應(yīng)”工作原理的器件具有器件產(chǎn)率低，對(duì)于薄膜制作工藝要求高，對(duì)于薄膜 厚度要求苛刻，重復(fù)性差等缺點(diǎn)將無法滿足人們對(duì)于存儲(chǔ)器的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了發(fā)揮氧化石墨烯基材料低成本，綠色環(huán)保，可大面積制備的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)解決氧化石 墨烯基材料在二極管器件中對(duì)于薄膜制備工藝要求較為嚴(yán)苛，器件讀寫擦循環(huán)性能差，產(chǎn)率 低的問題，本發(fā)明提供一種氧化石墨烯基二極管動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，滿足電流開關(guān)比，薄膜制 備工藝簡(jiǎn)單，器件讀寫擦循環(huán)性能好，器件產(chǎn)率高、重復(fù)性好。

氧化石墨烯基二極管動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，自下而上依次包括基底、下電極、氧化石墨烯基 活性層和上電極，所述氧化石墨烯基活性層的材料是氧化石墨烯或通過化學(xué)方法選擇性還原 后氧化石墨烯CrGO。氧化石墨烯基活性層具有良好的絕緣性，在電場(chǎng)下能被極化。

所述氧化石墨烯基活性層厚度為200～1000nm。

所述上電極材料為鋁。