[發(fā)明專利]一種鐵電存儲(chǔ)器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811259152.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN109411605A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳惠鵬;李恩龍;郭太良;巫曉敏;藍(lán)淑瓊;楊倩;方圓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/05
• 分類號(hào): H01L51/05;H01L51/40;H01L27/1159
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種鐵電存儲(chǔ)器及其制備方法，所述鐵電存儲(chǔ)器自上而下由基底、鐵電絕緣層、隧穿層、網(wǎng)狀源極、源極接觸電極、有機(jī)半導(dǎo)體層和頂部漏極組成；其網(wǎng)狀源極、有機(jī)半導(dǎo)體層和頂部漏極層層堆疊在其空間上形成垂直的器件結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)下晶體管的溝道長(zhǎng)度為有機(jī)半導(dǎo)體層的厚度（納米級(jí)），超短的溝道長(zhǎng)度為器件帶來超高的電流密度和快速的響應(yīng)速度，并且器件的電流方向是從網(wǎng)狀源極垂直穿過有機(jī)半導(dǎo)體層到達(dá)頂部漏極，垂直的電流傳輸能有效避免由于鐵電絕緣層粗糙度較大引起的界面問題提高了鐵電存儲(chǔ)器的性能；本發(fā)明有效提高了器件的驅(qū)動(dòng)能力和響應(yīng)速度。其在柔性上也有巨大的應(yīng)用價(jià)值，為未來的鐵電存儲(chǔ)器件的應(yīng)用提供了參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子材料與器件領(lǐng)域，具體涉及一種鐵電存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著有機(jī)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，非易失性晶體管存儲(chǔ)器由于其非破壞性讀取、可溶液法制備、與集成電路兼容的優(yōu)點(diǎn)使其得到了巨大的發(fā)展。鐵電型有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器作為有機(jī)電子器件中的基礎(chǔ)元件，其在有機(jī)電子器件中扮演了重要的角色。在眾多類型的有機(jī)存儲(chǔ)器中，鐵電有機(jī)晶體管型存儲(chǔ)器由于其集成密度高、可重復(fù)性好、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)使其最具有商業(yè)價(jià)值。在鐵電型有機(jī)晶體管存儲(chǔ)器中，通過施加寫和擦電壓來控制鐵電絕緣層的極化方向，使有機(jī)半導(dǎo)體層中感應(yīng)出不同的電荷，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移曲線中閾值電壓的漂移，使得在柵壓為零時(shí)出現(xiàn)高電流和低電流兩種狀態(tài)，其分別對(duì)應(yīng)邏輯電路中的“1”和“0”。過去的研究表明鐵電聚合物材料由于其可溶液法制備無需高溫退火的優(yōu)點(diǎn)使其具有很大的商業(yè)價(jià)值，然而設(shè)計(jì)合理的器件結(jié)構(gòu)避免鐵電聚合物薄膜粗糙度大對(duì)存儲(chǔ)器性能的影響，提高器件電流密度、響應(yīng)速度以及機(jī)械穩(wěn)定性卻很少有人研究。特別是隨著有機(jī)電子器件的大力發(fā)展，普通的有機(jī)鐵電晶體管型存儲(chǔ)器的驅(qū)動(dòng)能力不足以滿足有機(jī)電子發(fā)展的需要，機(jī)械穩(wěn)定性不足也阻礙了有機(jī)電子技術(shù)在柔性上的進(jìn)一步發(fā)展。因此，通過合理的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電流密度大響應(yīng)速度快的鐵電存儲(chǔ)器對(duì)未來電子器件的發(fā)展具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鐵電存儲(chǔ)器及其制備方法，有效解決了由于有機(jī)半導(dǎo)體材料本身遷移率低、鐵電聚合物薄膜粗糙度大引起的存儲(chǔ)器器件電流密度小，響應(yīng)慢、機(jī)械穩(wěn)定性差的問題，提高了器件的驅(qū)動(dòng)能力和響應(yīng)速度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種鐵電存儲(chǔ)器，所述鐵電存儲(chǔ)器自上而下由基底、鐵電絕緣層、隧穿層、網(wǎng)狀源極、源極接觸電極、有機(jī)半導(dǎo)體層和頂部漏極組成；所述網(wǎng)狀源極與有機(jī)半導(dǎo)體層和頂部漏極在空間上層層堆疊形成一種垂直的器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)的溝道長(zhǎng)度為有機(jī)半導(dǎo)體層的厚度；所述鐵電存儲(chǔ)器是通過正負(fù)柵壓對(duì)鐵電絕緣層產(chǎn)生的極化方向不同實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

進(jìn)一步地，所述基底為帶有絕緣層的基底，既可以為硬性基底也可以為柔性基底。

進(jìn)一步地，所述鐵電絕緣層材料為有機(jī)鐵電材料，其厚度為40nm~100nm。

進(jìn)一步地，所述隧穿層為無機(jī)氧化物隧穿層，其厚度為3nm-6nm。

進(jìn)一步地，所述網(wǎng)狀源極材料為銀納米線，其形成的網(wǎng)格大小為3~10um；所述源極接觸電極材料為金、銀和鋁中的一種，其厚度為20~ 80 nm。

進(jìn)一步地，所述有機(jī)半導(dǎo)體層材料為有機(jī)小分子、有機(jī)聚合物材料和有機(jī)小分子與有機(jī)聚合物材料的混合物中的一種，其厚度為80~200 nm。

進(jìn)一步地，所述漏極為金、銀和鋁電極中的一種，其厚度為40~70nm。

一種上述鐵電存儲(chǔ)器的制備方法，包括以下步驟：

（1）將有機(jī)鐵電材料按一定比例溶解在有機(jī)溶劑中，混合攪拌均勻并過濾后，采用旋涂的方式沉積在基底上，并在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行退火處理，得到鐵電絕緣層；

（2）采用原子力沉積在鐵電絕緣層上制備超薄無機(jī)氧化物隧穿層，然后在無機(jī)氧化物隧穿層上旋涂銀納米線作為網(wǎng)狀源極；