[發(fā)明專利]一種柔性雙層閾值選通管器件及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811543867.6
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109585651A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉蔥;周易;徐中;熊文;劉炎欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發(fā)明公開(kāi)一種柔性雙層閾值選通管器件及其制備方法。所述選通管器件從下至上依次包括柔性襯底、底電極、氧化石墨烯薄膜層、二元過(guò)渡金屬氧化物介質(zhì)層和頂電極，所述底電極為ITO；所述二元過(guò)渡金屬氧化物材料為氧化鉿薄膜；所述頂電極為鉑電極。本發(fā)明是通過(guò)旋涂法以及磁控濺射技術(shù)分別濺射制備各層薄膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)在傳統(tǒng)過(guò)渡金屬氧化物介質(zhì)層和底電極之間設(shè)置了一層氧化石墨烯薄膜層，實(shí)現(xiàn)了雙向閾值選通行為，且器件在不同彎曲曲率條件下可保持良好讀寫性能，彎曲前后未有明顯退化。另外，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，與CMOS工藝兼容，制得的柔性選通管器件可以有效解決阻變存儲(chǔ)器交叉陣列結(jié)構(gòu)中的漏電問(wèn)題，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子及阻變存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種柔性雙層閾值選通管器件及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著便攜、可穿戴設(shè)備的飛速發(fā)展以及太陽(yáng)能電池、薄膜晶體管、傳感器、有機(jī)發(fā)光二極管、射頻識(shí)別天線等柔性電子器件的廣泛應(yīng)用，人們迫切需要開(kāi)發(fā)一種基于柔性基底上的存儲(chǔ)器件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)功能、射頻通訊等功能。目前，隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展和浮柵結(jié)構(gòu)的閃存面臨小型化的極限，新一代的存儲(chǔ)設(shè)備如鐵電存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器和阻變存儲(chǔ)器等受到各界的廣泛關(guān)注。其中非易失性阻變存儲(chǔ)器由于存儲(chǔ)密度高、擦寫速度快、重復(fù)擦寫次數(shù)高、多級(jí)存儲(chǔ)等非常多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的發(fā)展。由于其簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)，阻變存儲(chǔ)單元可以較容易地集成在無(wú)源交叉陣列中，以最小的單元尺寸實(shí)現(xiàn)最高的集成度。然而，十字交叉陣列中存在嚴(yán)重的串?dāng)_電流問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致器件的存儲(chǔ)信息被誤讀。為了克服串?dāng)_電流問(wèn)題，需要串聯(lián)一個(gè)具有高選擇比和低關(guān)態(tài)電流的選通器件。

選通管的結(jié)構(gòu)由兩層導(dǎo)電的電極材料和一層半導(dǎo)體或絕緣性的存儲(chǔ)介質(zhì)材料組成，絕緣材料主要包括HfO₂、TiO₂、ZrO₂、ZnO等二元過(guò)渡金屬氧化物，但由于傳統(tǒng)阻變材料淀積的溫度較高，極大的限制了柔性存儲(chǔ)器件的發(fā)展。二維材料氧化石墨烯由于超薄的原子層厚度以及良好的電學(xué)性能和機(jī)械性能受到了廣泛的應(yīng)用，可以通過(guò)電學(xué)的方法改變阻值，機(jī)理上和傳統(tǒng)的選通管材料類似。另外，理論上，氧化石墨烯可在室溫下旋涂到任何襯底，可降低傳統(tǒng)器件的制備對(duì)襯底和工藝制備水平的要求。

基于上述理由，提出本申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述背景技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性雙層閾值選通管器件及其制備方法。本發(fā)明結(jié)合了氧化石墨烯二維材料與過(guò)渡金屬氧化物兩種材料，采用了雙介質(zhì)層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙向閾值選通行為，極大提高了器件操作電壓的一致性。

本發(fā)明的上述第一個(gè)目的，采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種柔性雙層閾值選通管器件，所述選通管器件從下至上依次包括柔性襯底、底電極、氧化石墨烯薄膜層、二元過(guò)渡金屬氧化物介質(zhì)層和頂電極。

進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中所述的柔性襯底材料可以為聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)中的任一種。

進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中所述的底電極為FTO、ITO、ZTO或TiN材料中的任一種，優(yōu)選為ITO(氧化銦錫)。

進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中所述的二元過(guò)渡金屬氧化物介質(zhì)層材料可以為氧化鉿(HfO₂)、二氧化鈦(TiO₂)、二氧化鋯(ZrO₂)、氧化鋅(ZnO)中的任一種，優(yōu)選為氧化鉿薄膜。

進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中所述的頂電極材料為Pt。

進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中所述底電極厚度為50～300nm，所述氧化石墨烯薄膜層厚度為20～70nm，所述氧化鉿薄膜層厚度為20～70nm，所述頂電極的厚度為100～300nm。

進(jìn)一步，上述技術(shù)方案中所述頂電極的形狀為圓形或正方形，直徑或邊長(zhǎng)為10nm～100μm。