低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件及其制备方法，该存储器件包括衬底和在衬底上依次层叠的底电极、绝缘层、存储层、有源层和源漏电极，所述存储层为聚α‑甲基苯乙烯。本发明专利技术利用聚α‑甲基苯乙烯有机聚合物作为存储层，由于聚α‑甲基苯乙烯具有很高的表面光滑度和良好的存储效应，能够为有源层生长提供良好的基础，从而提高有源层的载流子迁移率，有效提高存储器件的保持和抗疲劳性能，实现低压高速擦写。

Flexible Organic Nonvolatile Memory Device with Low Voltage and High Speed Writing and Its Preparation Method

The invention provides a flexible organic non-volatile memory device with low-voltage and high-speed erasure and a preparation method thereof. The memory device comprises a substrate and a bottom electrode, an insulating layer, a storage layer, an active layer and a source-drain electrode stacked successively on the substrate. The storage layer is poly(alpha methylstyrene). The present invention uses poly (alpha methylstyrene) organic polymer as storage layer. Because poly (alpha methylstyrene) has high surface smoothness and good storage effect, it can provide a good basis for the growth of active layer, thereby improving carrier mobility of active layer, effectively improving the retention and fatigue resistance of memory components, and realizing low-pressure and high-speed rubbing.

【技术实现步骤摘要】
低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件及其制备方法
本专利技术属于柔性有机电子学
，尤其涉及一种低压高速擦写的柔性有机非易失性的存储器件及其制备方法。
技术介绍
柔性有机电子器件是在柔性/可延展性基底上制作的有机材料电子器件。相对于传统的硅基电子器件，柔性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，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性有机非易失性存储器、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。其中柔性有机非易失性存储器件是在传统的柔性晶体管的绝缘层和半导体层之间插入一层存储层。根据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、铁电聚合物型和浮栅型。现有技术普遍采用电子束蒸发、脉冲激光等方法制备金属氧化物薄膜作为柔性有机非易失性存储器件的存储层，制备方法复杂，且金属氧化物薄膜作为存储层依然存在稳定性差、工作电压高等问题，因此寻找新材料来替代金属氧化物薄膜存储层是发展柔性有机非易失性存储器件的一大重要方向。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件及其制备方法，该存储器件不需要使用金属氧化物薄膜作为存储层，其操作电压低、擦写脉冲宽度小、保持与抗疲劳特性优异，所用的制备方法操作简单、条件温和、成本低。本专利技术所述低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件包括衬底和在衬底上依次层叠的底电极、绝缘层、存储层、有源层和源漏电极，所述存储层为聚α-甲基苯乙烯。相对于现有技术，本专利技术利用聚α-甲基苯乙烯有机聚合物作为存储层，聚合物驻极体的特性中疏水和非极性物质的存储和保持特性要优于亲水和极性物质，另外选用弱极性的物质，能够形成良好的有机半导体和驻极体存储层界面，能够为有源层生长提供良好的基础，提高有源层的载流子迁移率，有效提高存储器件的保持和抗疲劳性能。进一步，所述衬底为柔性白云母衬底，所述绝缘层为氧化铝。氧化铝与白云母衬底在界面附近能够形成牢固的O-Si-O、O-Al-O等化学键，降低二者之间的电子势垒高度，有利于提高存储器件的电子注入效率。进一步，所述有源层为并五苯。本专利技术提供的上述低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件的制备方法包括以下步骤：S1：在衬底上沉积底电极；S2：制备氧化铝绝缘层：在底电极表面沉积氧化铝薄膜，然后依次进行退火处理和UV/O3表面活化处理，制得氧化铝绝缘层；S3：制备存储层：在氧化铝绝缘层表面旋涂聚α-甲基苯乙烯溶液成膜，进行退火处理后制得聚α-甲基苯乙烯薄膜作为存储层；S4：制备有源层：在聚α-甲基苯乙烯薄膜上沉积并五苯作为有源层；S5：制备源漏电极：在并五苯上沉积金属作为源漏电极。相对于现有技术，本专利技术的制备方法操作简单、条件温和、成本低，能够制备出具有操作电压低、擦写脉冲宽度小、保持与抗疲劳特性优异、反复擦写性能佳、耐弯折的有机非易失性电荷捕获型存储器件。使用聚α-甲基苯乙烯作为存储层，聚α-甲基苯乙烯薄膜具有良好的存储效应，能够在柔性衬底上实现低压高速擦写。进一步，步骤S1中所述衬底为柔性白云母，厚度为1-10μm。进一步，步骤S1中所述底电极的沉积方法为，采用热蒸发法以0.01-0.03nm/s的速度沉积10-20nm的金作为底电极。进一步，步骤S2中所述氧化铝薄膜通过原子层沉积技术制备而得，该原子层沉积技术以臭氧和三甲基铝为反应前驱体，其中臭氧的脉冲时间为0.3-0.7s，三甲基铝的脉冲时间为0.01-0.03s，等待时间为8-15s，三甲基铝和臭氧的脉冲总循环数为80-360次，衬底温度为80-300℃。使用臭氧和三甲基铝为前驱体反应物制作氧化铝绝缘层，能够提高氧化铝的薄膜的绝缘性，从而降低器件的工作电压，提高器件的擦写速度。进一步，步骤S2中所述退火处理在通氧的条件下进行，氧气流量为1.5-2L/min，处理温度为80-400℃，处理时间为10-60min；所述UV/O3表面活化处理条件为将样品在距离紫外灯10-40cm处使用波长为185-245nm的紫外光照射1-10min。进一步，步骤S3中所述聚α-甲基苯乙烯溶液以甲苯为溶剂，聚α-甲基苯乙烯的质量浓度为0.05％-0.5％；所述退火处理温度为40-150℃。进一步，步骤S4中所述并五苯的沉积厚度为30-50nm，沉积速率为0.01-0.05nm/s，沉积时的衬底温度为50-120℃。附图说明图1为存储器件的结构示意图；图2为不同生长温度下的氧化铝薄膜在不同场强下的漏电流密度曲线；图3为实施例2制备的存储器件的漏极电流绝对值-栅极电压滞回曲线；图4为实施例2制备的存储器件的开态、关态电流的保持特性示意图；图5为实施例2制备的存储器件的反复擦写特性示意图；图6为实施例2制备的存储器件的柔性弯曲特性示意图。具体实施方式本专利技术通过在耐高温的柔性衬底上利用聚α-甲基苯乙烯作为存储层，利用聚α-甲基苯乙烯特殊的存储效应，提高存储器件的低压高速擦写性能。通过科学调整氧化铝绝缘层的厚度、合理控制聚α-甲基苯乙烯存储层的旋涂条件，降低了存储器件的漏电电流、增加了存储器件的存储窗口。以下通过具体实施例来说明本专利技术的技术方案。本专利技术所述低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件的制备方法包括以下步骤：S1：在清洗干净的衬底上沉积栅电极具体地，选取15×15mm的柔性白云母，用胶带或刀片将其分离剥离成厚度为10μm的衬底薄片。然后采用热蒸发法在云母衬底上以0.02nm/s的沉积速率沉积厚度为20nm的金电极。S2：制备氧化铝绝缘层具体地，将步骤S1所得样品加热到T(即氧化铝薄膜的生长温度)，以臭氧和三甲基铝为前驱体反应物，将臭氧脉冲时间设为0.5s，将三甲基铝脉冲时间设为0.02s，等待时间设为10s，脉冲总循环数设为X次，使用原子层沉积技术在栅电极表面沉积氧化铝薄膜。然后在通氧的条件下在快速退火炉中进行退火处理，氧气流量为1.5L/min，处理温度为300℃，处理时间为30min。最后将样品在距离紫外灯10cm处使用波长为220nm的紫外光照射5min，制得氧化铝绝缘层。S3：制备存储层将聚α-甲基苯乙烯溶于甲苯中配成质量浓度为C的聚α-甲基苯乙烯溶液，在氧化铝绝缘层表面旋涂聚α-甲基苯乙烯溶液成膜，再在120℃下进行退火处理Ymin后制得聚α-甲基苯乙烯薄膜作为存储层。S4：制备有源层将步骤S3所得样品(白云母衬底上依次层叠有金电极、氧化铝绝缘层和聚α-甲基苯乙烯存储层)加热到100℃，采用热蒸发法在聚α-甲基苯乙烯薄膜上以0.02nm/s的速率沉积40nm厚的并五苯薄膜作为有源层。S5：制备源漏电极采用热蒸发法在并五苯薄膜上以0.02nm/s的速率沉积40nm厚的金电极作为源漏电极。其中，步骤S2中氧化铝薄膜生长温度T、臭氧和三甲基铝的脉冲总循环数X、步骤S3中聚α-甲基苯乙烯薄膜的退火处理时间Y和聚α-甲基苯乙烯溶液的质量浓度C如表1所示：表1.T/℃X/次Y/minC/％实施例125016750.05实施例225016750.1实施例325016750.2实施例425016750.3实施例525016750.4实施例625016750.5实施例720016750.1实施例81本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件，其特征在于：包括衬底和在衬底上依次层叠的底电极、绝缘层、存储层、有源层和源漏电极，所述存储层为聚α‑甲基苯乙烯。

【技术特征摘要】
1.一种低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件，其特征在于：包括衬底和在衬底上依次层叠的底电极、绝缘层、存储层、有源层和源漏电极，所述存储层为聚α-甲基苯乙烯。2.根据权利要求1所述低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件，其特征在于：所述衬底为柔性白云母衬底，所述绝缘层为氧化铝。3.根据权利要求2所述所述低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件，其特征在于：所述有源层为并五苯。4.一种低压高速擦写的柔性有机非易失性存储器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：在衬底上沉积底电极；S2：制备氧化铝绝缘层：在底电极表面沉积氧化铝薄膜，然后依次进行退火处理和UV/O3表面活化处理，制得氧化铝绝缘层；S3：制备存储层：在氧化铝绝缘层表面旋涂聚α-甲基苯乙烯溶液成膜，进行退火处理后制得聚α-甲基苯乙烯薄膜作为存储层；S4：制备有源层：在聚α-甲基苯乙烯薄膜上沉积并五苯作为有源层；S5：制备源漏电极：在并五苯上沉积金属作为源漏电极。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于：步骤S1中所述衬底为柔性白云母，厚度为1-10μm。6.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于：步骤S1中所述底电极的沉积方法为，采用热蒸发法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆旭兵，何惠欣，何宛兒，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44