一种浮栅型柔性有机存储器件
阅读：909发布：2024-02-29
专利汇可以提供一种浮栅型柔性有机存储器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种 浮栅 型柔性有机 存储器 件，主要由衬底、控制栅、阻挡层、浮栅、隧穿层、有机 半导体 层、源 电极 和漏电极构成。本实用新型以聚酰亚胺作为衬底，器件具有良好的韧性和机械强度，可应用于 电子 标签，智能穿戴等领域。以金 纳米晶 为浮栅层，不连续分布的纳米晶可有效避免泄露 电流 ，提高存储的 稳定性 。阻挡层和遂穿层采用高 介电常数 的聚乙烯醇，可降低工作 电压 ，提高存储器件的擦写速度。本实用新型所用材料成本低，制备工艺简单，有利于大规模生产。，下面是一种浮栅型柔性有机存储器件专利的具体信息内容。
1.一种浮栅型柔性有机存储器件，主要由衬底、控制栅、阻挡层、浮栅层、隧穿层、有机半导体层、源电极和漏电极构成，其特征在于：采用柔性材料作为衬底，分立的金纳米晶作为浮栅层。
2.根据权利要求1用所述的一种浮栅型柔性有机存储器件，其特征在于所述的衬底采用聚酰亚胺薄膜作为衬底材料。
3.根据权利要求1用所述的一种浮栅型柔性有机存储器件，其特征在于：隧穿层和阻挡层材料都为聚乙烯醇，阻挡层的厚度为1-1.4μm，隧穿层的厚度为100nm。
4.根据权利要求1用所述的一种浮栅型柔性有机存储器件，其特征在于：有机半导体层材料为酞菁铜，有机半导体层的厚度为50nm。
5.根据权利要求1用所述的一种浮栅型柔性有机存储器件，其特征在于：金纳米晶作为浮栅层，通过快速热退火处理形成纳米晶，晶粒直径在5-8nm。
一种浮栅型柔性有机存储器件
技术领域
背景技术
[0002] 非挥发性存储器被广泛应用于电子消费产品，如电脑、手机、相机、内存卡等，传统的非挥发存储器有磁存储器，铁电存储器，浮栅存储器，阻变存储器。浮栅存储器因其制备工艺简单、擦写速度较快、可靠性高以及和传统CMOS工艺兼容，使得浮栅存储器逐步取代了其他类型的存储器，1987年日本东芝公司又提出了闪存的概念，闪存与浮栅存储器有一样的结构，但是存储速度更快，目前闪存已成为存储技术的主流。目前常用的U盘，SD卡，TF卡等都是基于闪存技术。但是随着工艺技术的进步，无机材料的电子性能已经发展到了极限，继续减小尺寸，降低成本将面临很多问题。目前最新的工艺特征尺寸已经到了14nm，，传统的基于硅基存储技术的闪存也遇到挑战，最明显的就是量子隧穿效应引起的电流泄露导致器件的存储可靠性下降。为了解决遇到的问题，人们把目光转向了有机半导体领域，自从1977年，A.J.Heeger等合成导电高分子聚乙炔，揭示了有机材料导电的事实，开辟了有机电子学这一新的学科领域，经过近几十年的发展，有机电子学已经取得了一些进展，科学家们已经合成了多种有机半导体材料，在性能方面可代替传统硅锗材料，并且也制成了一些基本的原件，如有机二极管(OLED)，有机场效应管(OFET)，有机存储器等。而目前兴起的智能穿戴设备，电子标签，智能卡等电子消费产品需要存储器件具有柔性、较快的擦写速度、存储的稳定性以及简便的制造工艺。
发明内容
[0003] 为了适应目前电子消费产品对存储器件的要求，简化生产工艺，提高存储器件的擦写速度和存储的可靠性、降低小尺寸下面临的量子遂穿效应，本发明提出了一种浮栅型柔性有机存储器件，利用有机材料低成本，具有柔性，可大面积制备，制备工艺简便的优点，可有效降低存储器件的生产成本，利用纳米晶可分布式存储电荷从而降低电流的泄露提高存储可靠性。本发明所述的一种浮栅型柔性有机存储器由主要由衬底、控制栅、阻挡层、浮栅、隧穿层、有机半导体层、源电极和漏电极构成。
[0004] 所述的衬底是有机柔性衬底，本发明所用的衬底材料是聚酰亚胺(PI)，PI的分解温度500℃，是目前有机聚合物热稳定性最好的材料之一，另外PI具有高韧性，高强度、耐溶剂等性能，除此之外聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或者聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等也可作为衬底材料。
[0005] 所述的控制栅材料是导电氧化物，本发明所用的控制栅材料是氧化铟锡(ITO)，ITO是一种宽禁带半导体材料，导电性能良好，具有很好的耐磨损和化学稳定性，除此之外，氧化铝合铜(CuAlO2)和氧化锌(ZnO)也可作为控制栅材料。
[0006] 所述的控制栅通过在衬底上生长导电薄膜制备，目前柔性衬底上制备ITO薄膜的方法主要有激光脉冲沉积、磁控溅射和电子束蒸发等，磁控溅射技术制备的ITO薄膜厚度均匀，致密性好、参数容易控制，本发明所用的控制栅是在PI上磁控溅射ITO薄膜来制备。
[0007] 所述的阻挡层和遂穿层材料是高介电常数的有机聚合物，本发明的阻挡层和隧穿层都是聚乙烯醇(PVA)，因为PVA可溶于水、良好的机械性能、可降解，是一种理想的绝缘材料，除此之外聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯酚(PVP)、聚乙烯咔唑(PVK)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等也可作为阻挡层和隧穿层。为了降低生产成本，简化生产工艺，本发明所述的阻挡层和隧穿层通过旋涂法制备，将PVA配置成水溶液，在匀胶机上旋涂成PVA薄膜，然后放在真空干燥箱中干燥。
[0008] 本发明所述的浮栅层为可以是金属纳米晶、异质结纳米晶和硅纳米晶，本发明所用的浮栅层为金纳米晶，另外功函数较高的铝、银、镁等金属纳米晶也可作为浮栅层。纳米晶夹在隧穿层和阻挡层之间，可以俘获注入的电荷，改变器件的阈值电压，从而达到存储信-12 2息的目的。为了提高存储的稳定性，要求纳米晶的密度至少为10 /cm，纳米晶的直径为
5-8nm，目前制备纳米晶有多种方法，例如快速热处理法、混合沉积法、离子注入法和沉积自组装法等，为了降低成本，简化生产工艺，本发明制备纳米晶所采用的是方法是快速热处理法，先在阻挡层上热蒸发一层1-2nm的金薄膜，然后在真空下进行退火，使薄膜在表面应力和迁移力作用下自发凝聚分离形成孤立的金属纳米晶。
5-8nm，目前制备纳米晶有多种方法，例如快速热处理法、混合沉积法、离子注入法和沉积自组装法等，为了降低成本，简化生产工艺，本发明制备纳米晶所采用的是方法是快速热处理法，先在阻挡层上热蒸发一层1-2nm的金薄膜，然后在真空下进行退火，使薄膜在表面应力和迁移力作用下自发凝聚分离形成孤立的金属纳米晶。
[0009] 所述的半导体层为有机半导体材料，可以是空穴型传输材料或电子传输材料，例如酞菁类金属配合物、噻吩齐聚物、稠环芳香烃化合物等，本发明所用的有机半导体材料为酞菁铜(CuPc)。制备有机半导体层有多种成熟的方法，主要有化学气相沉积，真空热蒸发，等离子溅射等方法。本发明所述的有机半导体层用热真空蒸发镀膜的方法在隧穿层上沉积一层CuPc。
[0011] 技术方案
[0013] 2)将1中清洗的PI衬底放到溅射台上，换上ITO靶，设置溅射台转速，溅射腔开始4
抽真空，当腔内真空达到1×10Pa，通入氩气，调整系统压强维持在0.4-0.6Pa和溅射功率为100w，设定溅射时间60分钟，完成制备控制栅，ITO薄膜厚度为60nm；
抽真空，当腔内真空达到1×10Pa，通入氩气，调整系统压强维持在0.4-0.6Pa和溅射功率为100w，设定溅射时间60分钟，完成制备控制栅，ITO薄膜厚度为60nm；
[0014] 3)将PVA粉末和去离子水按比例混合，水浴加热搅拌配置成质量分数为10％的溶液，放在室温下冷却；
[0015] 4)设置匀胶机高低转速和时间，将3)中溅射好的PI衬底ITO面向上放在吸头上，用取液器抽取PVA溶液，均匀滴加在片子上，旋涂制备阻挡层，然后放入真空干燥箱干燥，PVA阻挡层厚度为1-1.4μm；
[0016] 5)将4)中干燥后的片子放入真空腔中，加热金丝达到沸点，在阻挡层上沉积一层1-2nm的金，然后放入真空干燥箱100℃下退火6小时完成浮栅层的制备，金纳米晶的直径为5-8nm；
[0017] 6)配置质量分数为1％的PVA溶液，在浮栅层上旋涂隧穿层，然后放入真空干燥箱，隧穿层厚度为100nm；
[0018] 7)将6)中干燥好的片子放入真空腔，加热CuPc，然后在隧穿层上沉积一层50nm左右的有机半导体层；
[0019] 8)将8)中的片子放在掩膜板下，然后真空热蒸发源漏电极，电极厚度为30nm。
[0020] 技术分析
[0021] 本发明以金纳米晶作为浮栅层，不连续分布的纳米晶可储存注入的电荷，单个或部分纳米晶电荷的泄露并不影响浮栅整体的电荷存储，可有效避免泄露电流，提高存储的稳定性，本发明所用的阻挡层和遂穿层采用高介电常数的有机聚合物，可降低工作电压，减少因为隧穿层较薄导致存储电荷的泄露，同样有助于提高擦写速度。本发明采用PI衬底制备的器件具有柔性，可应用于电子标签，智能穿戴等领域。本发明所述的衬底、阻挡层、隧穿层和有机半导体层均为成本较低的有机材料，可有效降低生产成本，同时在制备过程用到的磁控溅射、真空热蒸发和旋涂技术，工艺成熟，操作简便有利于大规模生产。附图说明
[0022] 图1为一种浮栅型柔性有机存储器件的结构简图。图1中：1PI衬底、2ITO薄膜控制栅、3PVA薄膜阻挡层、4金纳米晶浮栅层、5PVA薄膜隧穿层、6CuPc有机半导体层、7源电极、8漏电极。
具体实施方式
[0023] 实施例1
[0024] 1.1将1裁成规则的形状，然后用去污粉擦洗；
[0025] 1.2将实施例1中的1分别放入丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10分钟；
[0026] 1.3将衬底在氮气下吹干，然后放入真空干燥箱，抽真空到0.09Pa保持2小时。
[0027] 实施例2
[0028] 2.1将干燥后的1放在溅射台上，用长方形掩膜板盖住片子，漏出条形电极的区域，ITO靶材安放在溅射台上支架上，所用靶材为ITO陶瓷靶材(In2O3∶SnO2＝90∶10，纯度为99.9900％)，ITO靶材直径为80mm、厚度5mm；
[0029] 2.2调整靶材到衬底的距离为15cm，设置溅射台转速为30r/min；
[0030] 2.3关闭真空室后，打开真空阀，当真空室压强达到1×10-4Pa时，通入高纯氩气，通过流量计调节真空度，实验时控制沉积压强在0.4-0.6Pa，衬底温度为50℃，设定溅射功率为100W；
[0031] 2.4开始启辉后，持续时间为60min，2的厚度为60nm。
[0032] 实施例3
[0033] 3.1用电子称称取一定量的PVA粉末和去离子水，按1∶5比例在小烧杯中混合；
[0034] 3.2将烧杯放入水浴锅中加热，边加热边搅拌使PVA成为均匀的溶液，PVA溶液的质量分数为10％。
[0035] 实施例4
[0036] 4.1将实施例2中制备好的片子放在匀胶机的吸头上，用取液器将实施例3中的PVA溶液滴在2上；
[0037] 4.2按下吸片，设置匀胶机低速转为400r/min，10秒，低速转3000r/min，40秒；
[0038] 4.3旋涂完成将片子放入真空干燥箱中，打开机械泵，真空度为0.09Pa，加热温度为80℃，保存2小时，3为1-1.4μm。
[0039] 实施例5
[0040] 5.1将实施例4中的片子放在正空腔中，打开真空阀，当真空度达到3×10-3Pa，开始加热高纯度金丝(99.99％)；
[0041] 5.2当金丝完全融化，达到沸点，根据频率计监测蒸镀的薄膜厚度；
[0042] 5.3蒸镀的金薄膜厚度控制在1-2nm，关闭蒸发源，冷却后放入真空干燥箱；
[0043] 5.4放入干燥箱后进行退火处理，真空度维持在0.09Pa，温度设为100℃，保持6个小时，4的直径为5-8nm。
[0044] 实施例6
[0045] 6.1将实施例4中PVA溶液用去离子水稀释为1％，打开匀胶机，将实施例5中完的片子放在吸头上；
[0046] 6.2按下吸片，设置低速400r/min，10秒，高速3000r/min，40秒；
[0047] 6.3旋涂结束将片子放入真空干燥箱，真空度为0.09Pa，温度为80℃，时间为2小时，5厚度为100nm。
[0048] 实施例7
[0049] 7.1将实施例6的中片子放入真空腔，打开机械泵抽真空，当真空度达到-33×10 Pa，打开热偶开始加热CuPc；
[0050] 7.2当温度达到400℃，CuPc开始蒸发，通过温度控制蒸发速率，用频率计监测蒸发速度，控制蒸发速度
[0051] 7.3当6达到50nm，停止加热，在真空腔中冷却。
[0052] 实施例8
[0053] 8.1将掩模板放在6上，漏出长方形的源漏电极区域，打开机械泵，真空度达到-33×10 Pa，打开热源加热金丝；
[0054] 8.2当金开始融化，达到金的沸点开始蒸发源漏电极，通过频率计检测蒸发厚度，蒸发速率在 左右；
[0055] 8.3当7、8的厚度厚达到30nm，停止加热，在真空腔中冷却。
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