本发明专利技术涉及有机电子学技术领域，更具体地，涉及一种基于高介电常数(高K材料)的有机非易失性的存储器件及其制备方法。本发明专利技术以高K材料氧化铪为电荷捕获层，高K材料氧化铝为阻挡层，聚α-甲基苯乙烯为隧穿层，并五苯为有源层。氧化铪的高密度深能级使其成为一种可靠的电荷存储材料，原子层沉积生长的氧化铝，致密性好，漏电流小，与硅衬底、氧化铪有较大的带偏，是一种非常好的绝缘栅介质。高K材料的使用可以有效地降低器件的操作电压和擦写脉冲宽度，优化器件的保持特性。本发明专利技术器件具有操作电压低、擦写脉冲宽度小、保持与抗疲劳特性优异的特性，同时具有处理温度低（300℃），成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及本专利技术属于有机电子学
，更具体地，涉及一种基于高介电常数(高K材料)的有机非易失性的存储器件及其制备方法。
技术介绍
有机电子器件具有质量轻、可低温集成、可柔性和可任意形状大面积制造等优点，在过去的20年间受到了学术界和工业界的广泛关注，是未来电子器件的一个重要发展方向。特别是在最近5-10年间，有机电子学在多个应用领域取得了长足的进展，如有机场效应晶体管、有机太阳能电池、传感器、有机发光二极管等。目前有机材料与器件已经由基础研究逐步走向产业化，有机电子学已经成为一个发展迅速、前途光明的重要研究领域。如果未来能够将电子器件实现完全有机化，那将是一场深刻革命，不仅对人们的日常工作和生活带来深远的影响，也将为能源节约和环境保护作出巨大的贡献。有机非易失性存储器是有机电子学中的一个重要研究方向，根据其工作原理和器件结构不同，目前国内外研究的有机非易失存储器可以分为基于有机场效应晶体管结构的驻极体型、铁电聚合物型、浮栅型和基于二极管结构的阻变型等几种主要类型。经过近几年的发展，虽然在各种存储器体系的存储机制、器件性能等方面已取得了重要进展，但是还存在有待解决的问题:(I)工作电压过高，一般都达20 V以上，器件的翻转速度较慢，擦写脉冲宽度在I s以上；(2)器件的长期保持特性不好(商业化生产对存储器件长期稳定性的要求是10年以上的保持时间)；(3)器件的稳定性和可靠性仍然需要提高。为了实现未来柔性电路中可以应用的高性能有机存储器件，降低工作电压和提高长期稳定性是学术界和工业界面临的一个巨大的挑战。高K材料由于具有高的介电常数，可以在提供超薄物理厚度的低介电常数材料相同的高电容密度的同时，提供数倍于低介电常数材料的物理厚度，从而可以极大减小栅极的漏电流密度，大大提高器件的稳定性。高K栅介质材料在Si基MOSFET中已经有广泛研究和应用，使用高K材料来降低器件的工作电压，已经成为国内外学术界的一种共识，然而高K材料在有机非易失性存储器件中的研究还非常有限，因此，如何找到一种合适的高K材料，使之与有机材料相匹配，是一个巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术为解决上述现有技术中存在的技术问题，提供一种基于高K材料的有机非易失性的存储器件及其制备方法。采用本专利技术制备方法生产出来的存储器件具有操作电压低、擦写脉冲宽度小、保持与抗疲劳特性优异的特性。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下: 本专利技术首先提供一种基于高K材料的有机非易失性的存储器件，包括6层结构，具体结构组成依次是:重掺杂的P(10)硅作为底栅电极，氧化铝作为阻挡层，高K材料氧化铪作为电荷捕获层，有机聚合物聚α-甲基苯乙烯作为隧穿层，有机小分子并五苯作为有源层，金属铜作为源漏电极。该存储器件具有操作电压低、擦写脉冲宽度小、保持与抗疲劳特性优异的特性，同时具有处理温度低，成本低的优点。本专利技术进一步提供一种基于高K材料的有机非易失性的存储器件的制备方法，包括下列步骤: S1、衬底清洗:选取重掺杂的P(10)硅片，首先通过湿化学法对其进行清洗，然后使用经过稀释的氢氟酸(0.05-0.2 %的体积浓度)去除表面氧化物； s2、制备氧化铝阻挡层薄膜:利用原子层沉积的技术，在清洗干净的硅衬底上沉积氧化铝，娃衬底温度为200-300 °C，前驱体反应物为水和三甲基铝，水的脉冲时间为0.0001-0.0003 S，三甲基铝的脉冲时间为0.001-0.003 S，三甲基铝和水的脉冲循环数为100-400次； s3、制备氧化铪电荷捕获层薄膜:使用电子束蒸发的技术，在氧化铝上沉积5-10 nm二氧化铪，衬底温度为150-300 °C，沉积速率为0.01-0.03 nm/s，沉积是在高真空下进行的，气压为2X 10-4-1 X 10-3 Pa； s4、热处理:使用快速退火炉进行退火处理，处理温度为100-400 0C，处理时间为10-60min，该处理是在通氧的条件下进行的，氧气流量为0.5-2 L/min； s5、制备聚α-甲基苯乙烯隧穿层薄膜:制备质量浓度为0.2 %的聚α-甲基苯乙烯的甲苯溶液，旋涂聚α-甲基苯乙烯溶液，在80-150 °C下热处理制备聚α-甲基苯乙烯薄膜，处理时间长度为1-10 min； s6、制备并五苯有源层:采用热蒸发法在聚α-甲基苯乙烯薄膜上沉积一层并五苯，沉积厚度为30-60 nm，沉积速率为0.01-0.03 nm/s，沉积时的衬底温度为40-70 °C ； s7、制备源漏电极:采用热蒸发法在有源层并五苯上沉积厚度为40-60 nm的铜电极，沉积速率为0.01-0.03 nm/s。优选的方案是，步骤s2所述硅衬底温度为220-280°C。优选的方案是，步骤s3所述衬底温度为180-280°C。优选的方案是，步骤s4所述处理温度为100-350 °C。优选的方案是，步骤s4处理时间为20-50 min。优选的方案是，步骤s5所述热处理温度为80-120°C。优选的方案是，步骤s5处理时间为5-8 min。优选的方案是，步骤s6所述衬底温度为50-60V。优选的方案是，步骤s7所述铜电极厚度为50nm。本专利技术的原理是:电子束蒸发沉积的氧化铪薄膜有较多的深缺陷能级，是一种很好的存储电荷的材料;原子层沉积生长的氧化铝，致密性好，漏电流小，与硅衬底、氧化铪有较大的带偏，是一种非常好的绝缘栅介质;氧化铪和氧化铝都是高K材料，可以很好的降低器件的工作电压，减小擦写的脉冲宽度;旋涂法制备的聚α-甲基苯乙烯薄膜，表面粗糙度小，具有较小的漏电流，可以很好的提高有源层的载流子迀移率，优化器件的保持特性。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是: (I)本专利技术制备的P型重掺硅/氧化铝/氧化铪/聚α-甲基苯乙烯/并五苯结构的有机非易失性电荷捕获型存储器，工作电压低(8 V)，擦写的脉冲宽度小(10 ms)，保持特性好(10年)，反复擦写性能突出(2000次以上)。(2)处理温度低，能耗小，同时与塑料、玻璃等衬底有很好的兼容性，在信息存储，柔性电子学等领域具有广泛的应用前景。(3)本专利技术提供的有机-无机材料相结合的结构，为有机电子学的发展提供了一种很好的器件设计思路。【附图说明】图1为本专利技术器件P型重掺硅/氧化铝/氧化铪/聚α-甲基苯乙烯/并五苯结构的非易失性存储器件的示意图.图2本专利技术器件的漏极电流绝对值-栅极电压滞回曲线图。图3为本专利技术器件的高分辨透射电子显微镜的截面照片。图4为本专利技术器件开态、关态电流的保持特性示意图。图5为本专利技术器件的反复擦写特性示意图。其中标号:I为重掺杂硅衬底底栅电极;2为氧化铝阻挡层;3为氧化铪电荷捕获层;4为聚α-甲基苯乙烯隧穿层;5为并五苯有源层;6为铜源漏电极。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本专利技术，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非特别说明，本专利技术采用的原料和方法、设备为本
常规的原料、方法和设备。如图1，重掺杂的P(10)硅作为底栅电极I，氧化铝为阻挡层2，氧化铪为电荷捕获层3，聚α-甲基苯乙烯隧穿层4，并五苯为有源层5，铜源漏电极6，这种叠层的器件结构可以形成量子阱，从而进行电荷的捕获和存储。参考图2，可以看到明显的回线，并且回线的方向为逆本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于高K材料的有机非易失性的存储器件，包括6 层结构，其特征在于，具体结构组成依次是：重掺杂的P(100)硅作为底栅电极，氧化铝作为阻挡层，高K材料氧化铪作为电荷捕获层，有机聚合物聚α‑甲基苯乙烯作为隧穿层，有机小分子并五苯作为有源层，金属铜作为源漏电极。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陆旭兵，刘俊明，许文超，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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