[發明專利]一種具有多位存儲功能的非易失性存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811325575.5
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109494228B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王偉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L27/1159
• 分類號: H01L27/1159;H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 代芳

本發明涉及非易失性存儲領域，尤其涉及一種具有多位存儲功能的非易失性存儲器，本發明提供的非易失性存儲器為底柵結構，所述非易失性存儲器依次包括襯底、柵電極、三層復合結構的鐵電柵介質層、有機半導體層和源?漏電極；所述的三層復合結構的鐵電柵介質層依次包括鐵電薄膜、超薄絕緣層1和超薄絕緣層2；所述鐵電薄膜的材質包括偏氟乙烯?三氟乙烯?三氟氯乙烯共聚物或偏氟乙烯?三氟乙烯?氯乙烯共聚物。本發明提供的具有多位存儲功能的非易失性存儲器的擦寫電壓小于40V，場效應遷移率大于0.5cm²/Vs。

技術領域

本發明涉及非易失性存儲領域，尤其涉及一種具有多位存儲功能的非易失性存儲器及其制備方法。

背景技術

作為信息存儲的載體——存儲器在當前的信息產業中占據了舉足輕重的地位。按照存儲的信息是否能夠長久保存，存儲器分為易失性與非易失性兩大類。根據器件結構以及存儲機制，存儲器有多種分類。其中，有機晶體管非易失性存儲器具有單個晶體管結構的存儲單元、存儲信息的非破壞性讀取、信息的非易失性存儲、柔性應用、可低溫制備、可溶液加工和成本低等優點，使其有希望成為新一代的非易失性存儲技術，同時也被國際上越來越多的研究機構和大公司看好用來作為新一代的非易失性存儲器。有機晶體管非易失性存儲器在非易失性的信息存儲、集成電路、平板顯示以及各種可穿戴電子等領域具有的廣泛的應用優勢，近年來在全球掀起了一股研究熱潮。

有機晶體管非易失性存儲器指的是基于有機半導體作為有源層，制備具有有機晶體管結構的存儲器件。按照存儲機制，有機晶體管非易失性存儲器包括鐵電型與浮柵型兩大類。鐵電型有機晶體管非易失性存儲器采用鐵電材料作為柵介質層，在不同極性的擦寫電壓操作后，鐵電柵介質層的內部偶極子排列發生變化而產生了不同的極化狀態；并且，其極化狀態能在撤除外加電壓后持久保持，并感應了不同的源漏電流，分別對應于邏輯“1”和“0”狀態，因此具有了非易失性的信息存儲功能。浮柵型有機晶體管非易失性存儲器采用了浮柵結構的柵介質層；在寫電壓操作下，電荷被存儲在浮柵介質中；在擦電壓操作下，存儲在浮柵介質的電荷被排出；因存儲在浮柵介質的電荷數量或者極性不同，而產生了不同的源漏電流，分別對應于邏輯“1”和“0”狀態；電荷能夠長久存儲在浮柵介質中致使有機晶體管具有了非易失性的信息存儲功能。

近年來，有機晶體管非易失性存儲器的報道逐年增多。但是絕大多數報道的有機晶體管非易失性存儲器僅僅具有1位存儲功能，即：僅僅擁有邏輯0態與1態兩個存儲狀態。具有多位存儲功能(例如：2位存儲，即在單個存儲器單元上擁有邏輯00、01、10、11四個存儲狀態)的有機晶體管非易失性存儲器的相關報道很少。2012年，韓國的C.Park等人采用鐵電聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯作為柵介質層獲得了具有多位存儲功能的鐵電型有機晶體管非易失性存儲器[Adv.Mater.(2012)24,5910]；中國臺灣的陳文昌等人采用多種聚合物駐極體作為電荷俘獲介質[Macromol.Rapid Commun.(2014)35,1039]；韓國的D.Kim等人以二維半導體MoS₂納米薄片作為電荷俘獲介質[Nanoscale.(2014)6,12315]；日本的C.M.Tran等人采用金屬鋰離子封裝的富勒烯作為電荷俘獲介質[Org.Electron.(2017)45,234]，分別獲得了具有多位存儲功能的浮柵型有機晶體管非易失性存儲器。但是，這些已報道的具有多位存儲功能的有機晶體管非易失性存儲器普遍需要很高的擦寫電壓(80～200V)，不利于其實用化。因此，顯著降低具有多位存儲功能的有機晶體管非易失性存儲器的擦寫電壓至合理水平是促使其能夠實用化與產業化的先決條件。