[發(fā)明專利]一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器及制備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710274211.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN107275483A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昀;宋磊;王宇;施毅
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/05
• 分類號(hào): H01L51/05;H01L51/30;H01L51/40
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二維分子晶體、鐵電聚合物、半導(dǎo)體技術(shù)、有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器等領(lǐng)域，特別是涉及一種快速有機(jī)存儲(chǔ)器及制備。

背景技術(shù)

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，存儲(chǔ)器作為現(xiàn)代信息技術(shù)中用于保存信息的記憶設(shè)備，成為各類電子信息產(chǎn)品，如電腦、智能手機(jī)、MP3等，不可或缺的元素。目前，基于傳統(tǒng)半導(dǎo)體的硅基電存儲(chǔ)器具有快速存儲(chǔ)以及存儲(chǔ)時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，仍然是現(xiàn)代存儲(chǔ)器的應(yīng)用熱點(diǎn)，而且這種傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器主要利用材料的磁信號(hào)、電信號(hào)、以及光學(xué)信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)。但是傳統(tǒng)的存儲(chǔ)器也存在尺寸較大、制備工藝較復(fù)雜以及生產(chǎn)成本偏高等問題，使得存儲(chǔ)器的發(fā)展遇到了很大的障礙。為滿足數(shù)字信息存儲(chǔ)的研究目標(biāo)，即高存儲(chǔ)密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高擦除次數(shù)、高存儲(chǔ)壽命以及廉價(jià)的設(shè)備投資與器件制備，克服日益嚴(yán)峻的制程微縮的挑戰(zhàn)，越來越多的研究機(jī)構(gòu)和高校開始將研發(fā)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向新的存儲(chǔ)技術(shù)，如鐵電存儲(chǔ)器、磁隨機(jī)存儲(chǔ)器、有機(jī)存儲(chǔ)器、納米晶存儲(chǔ)器以及碳納米管存儲(chǔ)器等。

近年來隨著有機(jī)電子學(xué)的迅速發(fā)展，基于有機(jī)半導(dǎo)體的器件研究已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，主要由于有機(jī)材料一些固有的優(yōu)點(diǎn)，即加工工藝簡單、靈活的性能調(diào)控、易于獲得以及價(jià)格低廉等，這些優(yōu)點(diǎn)可以使有機(jī)電子器件有機(jī)會(huì)在未來低成本大規(guī)模集成電路中扮演重要角色。盡管信息的存儲(chǔ)是組成集成電路不可或缺的一部分，但在有機(jī)電子學(xué)中對信息處理器件的研究依然很少，因此對有機(jī)存儲(chǔ)器件的研究越發(fā)重要。而有機(jī)鐵電存儲(chǔ)器無疑又是一類非常值得關(guān)注的存儲(chǔ)器件，因?yàn)殍F電極化的存儲(chǔ)在有機(jī)存儲(chǔ)器件的小型化過程中更加具有優(yōu)勢。如具有成本低、大面積、可柔性、高敏感度等優(yōu)點(diǎn)。

對于鐵電有機(jī)存晶體管存儲(chǔ)器來說，在寫入和讀出過程中提高存儲(chǔ)器的操作速度是至關(guān)重要的。然而，與無機(jī)存儲(chǔ)器相比，以鐵電聚合物P(VDF-TrFE)為柵絕緣層的鐵電有機(jī)場效應(yīng)晶體管(Fe-OFET)存儲(chǔ)器通常會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較慢的兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換行為(從開啟狀態(tài)到關(guān)閉狀態(tài)和從關(guān)閉狀態(tài)到開啟狀態(tài))。這個(gè)問題也許可以通過提高導(dǎo)電溝道中載流子遷移率來解決。在之前的一些研究工作中，鐵電有機(jī)場效應(yīng)晶體管存儲(chǔ)器兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換一般在幾十到上百毫秒，但這與無機(jī)存儲(chǔ)器相比明顯沒有優(yōu)勢。然而，有機(jī)半導(dǎo)體材料限制了載流子遷移率的提高，也就進(jìn)一步阻礙了有機(jī)存儲(chǔ)器兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換速度的提高。鐵電有機(jī)場效應(yīng)晶體管雙態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是引起溝道中電荷載流子積累和耗盡的原因。因此，對于改善Fe-OFET操作速度來說，電荷注入過程中的接觸電阻也是一個(gè)重要的因素。接觸電阻包括金屬/有機(jī)界面處的電阻和從金屬/半導(dǎo)體到導(dǎo)電溝道中的電阻。我們最近的工作表明，二維分子晶體的導(dǎo)電溝道在減少接觸電阻方面是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槌【w只有幾個(gè)分子層結(jié)構(gòu)這會(huì)使接入電阻顯著降低。因此，在Fe-OFETs中，二維半導(dǎo)體分子晶體可以保證有效的電荷注入，從而實(shí)現(xiàn)高速有機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備的制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的和主要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體和鐵電聚合物制備的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器和制備方法，本發(fā)明能夠制備出存儲(chǔ)速度較快，存儲(chǔ)密度大，薄膜制備工藝簡單，可以大面積制備的器件，而且所使用的材料容易獲得。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種基于二維有機(jī)分子半導(dǎo)體的快速鐵電晶體管存儲(chǔ)器，其特征是包括以重參雜的p型硅為襯底，生長50-250nm 二氧化硅為絕緣層，在二氧化硅上通過熱蒸鍍的方法制備一層20-50nm的金作為柵極，然后在柵極上旋涂一層鐵電聚合物材料即聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))，在 P(VDF-TrFE)上利用漂浮的咖啡環(huán)效應(yīng)和相位分離法分別生長一層超薄的厚度2-10nm 的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和厚度5-10nm的二辛基苯并噻吩苯并噻吩半導(dǎo)體層 (C₈-BTBT)，其中鈍化層PMMA在二維半導(dǎo)體層C₈-BTBT下面，在半導(dǎo)體層上蒸鍍金作為源極和漏極，這就成為底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的二維有機(jī)分子半導(dǎo)體鐵電晶體管存儲(chǔ)器。