一种具有多位存储功能的非易失性存储器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及非易失性存储领域，尤其涉及一种具有多位存储功能的非易失性存储器，本发明专利技术提供的非易失性存储器为底栅结构，所述非易失性存储器依次包括衬底、栅电极、三层复合结构的铁电栅介质层、有机半导体层和源‑漏电极；所述的三层复合结构的铁电栅介质层依次包括铁电薄膜、超薄绝缘层1和超薄绝缘层2；所述铁电薄膜的材质包括偏氟乙烯‑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。本发明专利技术提供的具有多位存储功能的非易失性存储器的擦写电压小于40V，场效应迁移率大于0.5cm

A non-volatile memory with multi-bit storage function and its preparation method

The invention relates to the field of non-volatile storage, in particular to a non-volatile memory with multi-bit storage function. The non-volatile memory provided by the invention is a bottom gate structure. The non-volatile memory comprises a substrate, a gate electrode, a three-layer composite ferroelectric gate dielectric layer, an organic semiconductor layer and a source-drain electrode in turn; and the three-layer composite ferroelectric gate. The dielectric layer in turn comprises a ferroelectric film, an ultra-thin insulating layer 1 and an ultra-thin insulating layer 2. The materials of the ferroelectric film include vinylidene fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene copolymer or vinylidene fluoride, trifluoroethylene and vinyl chloride copolymer. The erase voltage of the non-volatile memory provided by the invention with multi-bit storage function is less than 40V, and the field effect mobility is greater than 0.5cm.

【技术实现步骤摘要】
一种具有多位存储功能的非易失性存储器及其制备方法
本专利技术涉及非易失性存储领域，尤其涉及一种具有多位存储功能的非易失性存储器及其制备方法。
技术介绍
作为信息存储的载体——存储器在当前的信息产业中占据了举足轻重的地位。按照存储的信息是否能够长久保存，存储器分为易失性与非易失性两大类。根据器件结构以及存储机制，存储器有多种分类。其中，有机晶体管非易失性存储器具有单个晶体管结构的存储单元、存储信息的非破坏性读取、信息的非易失性存储、柔性应用、可低温制备、可溶液加工和成本低等优点，使其有希望成为新一代的非易失性存储技术，同时也被国际上越来越多的研究机构和大公司看好用来作为新一代的非易失性存储器。有机晶体管非易失性存储器在非易失性的信息存储、集成电路、平板显示以及各种可穿戴电子等领域具有的广泛的应用优势，近年来在全球掀起了一股研究热潮。有机晶体管非易失性存储器指的是基于有机半导体作为有源层，制备具有有机晶体管结构的存储器件。按照存储机制，有机晶体管非易失性存储器包括铁电型与浮栅型两大类。铁电型有机晶体管非易失性存储器采用铁电材料作为栅介质层，在不同极性的擦写电压操作后，铁电栅介质层的内部偶极子排列发生变化而产生了不同的极化状态；并且，其极化状态能在撤除外加电压后持久保持，并感应了不同的源漏电流，分别对应于逻辑“1”和“0”状态，因此具有了非易失性的信息存储功能。浮栅型有机晶体管非易失性存储器采用了浮栅结构的栅介质层；在写电压操作下，电荷被存储在浮栅介质中；在擦电压操作下，存储在浮栅介质的电荷被排出；因存储在浮栅介质的电荷数量或者极性不同，而产生了不同的源漏电流，分别对应于逻辑“1”和“0”状态；电荷能够长久存储在浮栅介质中致使有机晶体管具有了非易失性的信息存储功能。近年来，有机晶体管非易失性存储器的报道逐年增多。但是绝大多数报道的有机晶体管非易失性存储器仅仅具有1位存储功能，即：仅仅拥有逻辑0态与1态两个存储状态。具有多位存储功能(例如：2位存储，即在单个存储器单元上拥有逻辑00、01、10、11四个存储状态)的有机晶体管非易失性存储器的相关报道很少。2012年，韩国的C.Park等人采用铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯作为栅介质层获得了具有多位存储功能的铁电型有机晶体管非易失性存储器[Adv.Mater.(2012)24,5910]；中国台湾的陈文昌等人采用多种聚合物驻极体作为电荷俘获介质[Macromol.RapidCommun.(2014)35,1039]；韩国的D.Kim等人以二维半导体MoS2纳米薄片作为电荷俘获介质[Nanoscale.(2014)6,12315]；日本的C.M.Tran等人采用金属锂离子封装的富勒烯作为电荷俘获介质[Org.Electron.(2017)45,234]，分别获得了具有多位存储功能的浮栅型有机晶体管非易失性存储器。但是，这些已报道的具有多位存储功能的有机晶体管非易失性存储器普遍需要很高的擦写电压(80～200V)，不利于其实用化。因此，显著降低具有多位存储功能的有机晶体管非易失性存储器的擦写电压至合理水平是促使其能够实用化与产业化的先决条件。铁电型有机晶体管非易失性存储器的擦写电压在很大程度上依赖于作为铁电栅介质层的铁电材料的居里电场。当前，已报道的铁电型有机晶体管存储器普遍地使用铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯作为栅介质层，其较高的居里电场(高达55伏特/微米)导致了此类存储器需要较高的擦写电压(大于50伏特)，这阻止了其产业化应用。此外，为获得可单一电学擦写的多位存储功能，以及提升存储器的工作速度，有机晶体管非易失性存储器必须有足够大的场效应迁移率，以获得擦写电压可控的、清晰区分的不同级别的沟道电流，以及快速的擦写速度。但是，在绝大多数已经报道的铁电型有机晶体管非易失性存储器中，因受到铁电栅介质层的铁电畴微区的偶极子作用，影响了沟道内载流子的传输，致使场效应迁移率过低。目前，还没有可在较低擦写电压下工作、场效应迁移率大的具有多位存储功能的有机晶体管非易失性存储器。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有多位存储功能的非易失性存储器及其制备方法。本专利技术提供的具有多位存储功能的非易失性存储器的擦写电压小于40V，场效应迁移率大于0.5cm2/Vs。本专利技术提供了一种具有多位存储功能的非易失性存储器，所述非易失性存储器为底栅结构，所述非易失性存储器依次包括衬底、栅电极、三层复合结构的铁电栅介质层、有机半导体层和源-漏电极；所述三层复合结构的铁电栅介质层依次包括铁电薄膜、超薄绝缘层1和超薄绝缘层2，所述超薄绝缘层2与所述有机半导体层接触；所述铁电薄膜的材质包括偏氟乙烯-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。优选的，所述超薄绝缘层1的材质包括氧化铝、氧化锆、氧化硅和聚(4-乙烯基苯酚)中的一种或多种；所述超薄绝缘层2的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。优选的，所述铁电薄膜的厚度为100～1000nm，所述超薄绝缘层1和2的厚度独立地为1～50nm。优选的，所述的衬底的材质包括玻璃、硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚醚砜和纸张中的一种或多种。优选的，所述的栅电极和源-漏电极的材质独立地包括氧化铟锡、银、金、铜、铝、石墨烯、碳纳米管和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)中的一种或多种。优选的，所述的有机半导体层包括小分子有机半导体层或聚合物有机半导体层。优选的，所述的小分子有机半导体层的材质包括并五苯、酞菁铜、酞菁锌、全氟酞菁铜、碳60、6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯、2,7-双辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩或2,9-二癸基萘并[2,3-b:2’,3’-F]噻吩并[3,2-b]噻吩。优选的，所述的聚合物有机半导体层的材质包括聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、{[N,N'-双(2-辛基十二烷醇)萘-1,4,5,8-双-(二甲酰亚胺)-2,6-二基]-5,5'-(2,2'-双噻吩)}共聚物或聚{2,2'-[2,5-双(2-辛基十二烷基)-3,6-二氧代-2,3,5,6-四氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二基]二噻吩-5,5'-二基-alt-噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二基}。优选的，所述有机半导体层的厚度为20～100nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述非易失性存储器的制备方法，包括以下步骤：采用气相沉积或旋涂的方法，在衬底表面依次制备栅电极、铁电薄膜、超薄绝缘层1、超薄绝缘层2、有机半导体层和源-漏电极，得到非易失性存储器。本专利技术提供了一种具有多位存储功能的非易失性存储器，所述非易失性存储器为底栅结构，所述非易失性存储器依次包括衬底、栅电极、三层复合结构的铁电栅介质层、有机半导体层和源-漏电极；所述三层复合结构的铁电栅介质层依次包括铁电薄膜、超薄绝缘层1和超薄绝缘层2；所述超薄绝缘层2与所述有机半导体层接触；所述铁电薄膜的材质包括偏氟乙烯-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。本专利技术提供的具有多位存储功能的非易失性存储器，以具有低居里电场的铁电聚合物制备铁电薄膜，直接减少铁电薄膜极化反转所需的居里电压，显著本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多位存储功能的非易失性存储器，所述非易失性存储器为底栅结构，所述非易失性存储器依次包括衬底、栅电极、三层复合结构的铁电栅介质层、有机半导体层和源‑漏电极；所述三层复合结构的铁电栅介质层依次包括铁电薄膜、超薄绝缘层1和超薄绝缘层2，所述超薄绝缘层2与所述有机半导体层接触；所述铁电薄膜的材质包括偏氟乙烯‑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。

【技术特征摘要】
1.一种具有多位存储功能的非易失性存储器，所述非易失性存储器为底栅结构，所述非易失性存储器依次包括衬底、栅电极、三层复合结构的铁电栅介质层、有机半导体层和源-漏电极；所述三层复合结构的铁电栅介质层依次包括铁电薄膜、超薄绝缘层1和超薄绝缘层2，所述超薄绝缘层2与所述有机半导体层接触；所述铁电薄膜的材质包括偏氟乙烯-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。2.根据权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述超薄绝缘层1的材质包括氧化铝、氧化锆、氧化硅和聚(4-乙烯基苯酚)中的一种或多种；所述超薄绝缘层2的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的非易失性存储器，其特征在于，所述铁电薄膜的厚度为100～1000nm，所述超薄绝缘层1和2的厚度独立地为1～50nm。4.根据权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的衬底的材质包括玻璃、硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚醚砜和纸张中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的非易失性存储器，其特征在于，所述的栅电极和源-漏电极的材质独立地包括氧化铟锡、银、金、铜、铝、石墨烯、碳纳米管和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的非易失性存...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22