[發明專利]一種基于自組裝隧穿層的浮柵型光電晶體管存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010950456.X
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112201658A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 陳耿旭;彭港;林偉坤;陳惠鵬;郭太良;余偉杰
• 申請（專利權）人: 福州大學;閩都創新實驗室
• 主分類號: H01L27/11517
• 分類號: H01L27/11517;H01L27/11521
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種自組裝隧穿層的浮柵型光電晶體管存儲器及其制備方法，包括基底、絕緣層、浮柵層、隧穿層、半導體層和頂部源漏電極；將鈣鈦礦納米顆粒溶液與TMOS或TEOS共混，制備出浮柵層溶液；具有絕緣層的基底經過清洗及等離子處理后，將浮柵層溶液通過旋涂工藝沉積于基底之上，經退火處理形成浮柵層及隧穿層；將TMOS或TEOS通過旋涂工藝旋涂于得到的隧穿層上并退火，通過重復此步驟調節自組裝隧穿層的厚度；在得到的隧穿層上通過旋涂工藝旋涂有機聚合物半導體材料，退火制得半導體層；在得到的半導體層上通過熱蒸鍍的方法制備源漏電極，得到自組裝隧穿層的浮柵型光電晶體管存儲器。本發明具有較高的穩定性，實現可重復的多級存儲、多波長可達的非易失性存儲，工藝流程簡單，易于大規模產業化。

技術領域

本發明涉及半導體存儲器技術領域，特別是一種自組裝隧穿層的浮柵型光電晶體管存儲器及其制備方法。

背景技術

隨著消費電子產品和信息市場的爆炸式增長，提高存儲設備的數據存儲能力已成為迫切需要。由于受到摩爾定律瓶頸的限制，開發多級存儲器是一個很有前途的解決方案。與傳統的電存儲器相比，光電存儲器更能實現多級存儲能力。另外基于有機場效應晶體管的浮柵型非易失性光子存儲器(FGTPM)由于其多級數據存儲能力、晶體管電路兼容性和優異的穩定性，在半導體領域具有很好的前景。

另一方面，作為半導體行業的新興明星材料，金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶具有可調節的帶隙、載流子遷移率高、載流子壽命長以及缺陷容忍性高等優良的光電特性，除了應用于太陽能電池，探測器，激光，光電晶體等領域外，也應用于基于有機場效應晶體管的非易失性光子存儲器。當前，金屬鹵化物鈣鈦礦納米晶往往是和有機交聯聚合物共混作為浮柵層，然而這類結構往往存在存儲窗口偏小、保持時間偏短等問題，因而往往需要在介電層和半導體層間額外沉積一層致密的電荷隧穿層(如Al₂O₃)來實現較好的電荷捕獲，但這就造成工藝過程的復雜化以及成本的提高，并且在沉積電荷隧穿層的過程中，高溫和潮濕也會引起鈣鈦礦的降解。另外，用溶液法制備浮柵層時，聚合物及其溶劑也會破壞鈣鈦礦納米晶的結構，導致其發生不同程度的團聚，失去優異性能。因此，對于基于鈣鈦礦納米晶的有機場效應晶體管非易失性光子存儲器，尋找替代當前浮柵層隧穿層的方案成為急需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種自組裝隧穿層的浮柵型光電晶體管存儲器及其制備方法，實現浮柵型光電晶體管存儲器的高穩定性，多級非易失性存儲以及簡化工藝流程，易于大規模產業化。

本發明采用以下方案實現：一種自組裝隧穿層的浮柵型光電晶體管存儲器，包括基底、絕緣層、浮柵層、隧穿層、半導體層和頂部源漏電極；所述絕緣層生長在所述基底上，所述浮柵層生長在所述絕緣層上，所述隧穿層緊密包裹于所述浮柵層外部，所述半導體層生長在所述隧穿層上，所述頂部源漏電極生長在所述半導體層上。

進一步地，所述基底材料能夠選擇硅、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚二甲基硅氧烷。

進一步地，所述絕緣層材料能夠選擇氧化物、氮化鎵、碳化硅或有機聚合物。

進一步地，所述浮柵層采用的是離散的鈣鈦礦納米顆粒材料，用以作為電荷捕獲中心；所述浮柵層通過旋涂工藝沉積制成，其粒子尺寸為10-80nm。

進一步地，所述隧穿層為低聚二氧化硅(OS)，緊密包裹于所述浮柵層材料外部，其厚度為20-200nm。

進一步地，所述低聚二氧化硅是通過將四甲氧基硅烷(TMOS)或四乙氧基硅烷(TEOS)利用旋涂工藝沉積后，在濕度退火處理下發生水解自組裝形成。

進一步地，所述半導體層材料為有機聚合物半導體材料，其厚度為100-500nm。

進一步地，所述頂部源漏電極所用材料為氧化銦錫、金、鋁或銀，其厚度為50-100nm。