CN104934536A - 一种掺有碳纳米管的有机薄膜存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微电子技术领域，具体为一种掺有碳纳米管的有机薄膜存储器。该存储器包括：以硅为衬底栅电极，衬底表面氧化形成二氧化硅绝缘层作为栅介质层，在绝缘层上淀积源极、漏极两个金属电极，两个电极具有一定的间距，在两电极之间淀积一层掺有碳纳米管的有机薄膜作为导电通路，并与两端的电极形成接触。通过在衬底（背栅）施加正负电压来实现数据的存储与擦除，测量源极、漏极在零栅压下的电流大小来实现存储数据读出。该器件结构简单，易于制作与集成。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种掺有碳纳米管的有机薄膜存储器。
背景技术
存储器在半导体世界中占有重要地位，在全世界半导体市场中存储器占据了40%的份额，并且存储器的更新换代速度非常快，存储器以外的其他半导体产品每2年更新一代，而存储器则是每18个月一代。随着人们对器件速度和尺寸要求的不断提高，集成电路尺寸不断减小，集成度不断提高，现在已经可以实现22nm工艺在指甲盖大小的面积上集成29亿个晶体管，而随着集成电路尺寸的减小，量子效应将越来越明显，导致宏观概念的实效，基于传统宏观概念的器件将不能正常工作。存储器的发展同样面对着器件进一步减小所带来的困难，以动态存储器（DRAM）为例，存储单元的电容不能太小，如果这个电容小到不能提供足够多的电子给放大器，那么整个存储器将被噪声所淹没，将不能保证信息存储的可靠性；同时，当每个存储单元的电子数目因集成度的提高变得越来越小时，存储器中的MOS场效应晶体管逐渐变得不稳定。
传统半导体存储器的种种限制，使得纳米材料和纳米加工技术的研究发展越来越受关注，其中有机聚合物由于其低成本和易于大规模制备而具有巨大前景，碳纳米管则以其特有的电学特性成为了下一代电子器件的首选材料。
有机聚合物虽然具有其低成本和易于大规模制备的优势，但是它的电学特性还很差，载流子迁移率目前最高只能达到10 cm^2/Vs左右，相对传统硅材料还有很大差距。碳纳米管具有优异的电学特性，但以碳纳米管为基础的器件和电路制作中，单根碳纳米管的精确放置一直困扰着人们，现阶段，人们一般使用原子力显微镜（AFM）或扫描隧道显微镜（STM）控制单根碳纳米管将其拖拉到位，或者使用“随机取向”等特殊的方法。这些方法都有效率低，不易获得良好的接触等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型掺有碳纳米管的有机薄膜存储器及其制备方法，以提高有机聚合物导电特性，减小在碳纳米管为基础的器件的制作中碳纳米管的准确放置的制作难度。
本发明提出的掺有碳纳米管的有机薄膜存储器，包括：硅衬底，硅衬底表面是氧化形成的二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层上设置有源极和漏极两个电极，两个电极之间淀积有一层掺有碳纳米管的有机薄膜，作为导电通路，并与两端的电极形成接触。
本发明中，所述的电极是在绝缘层上淀积形成，两个电极之间具有间距，利用光刻胶在两个电极之间刻蚀有一窗口，窗口的长度为两电极间距，作为导电通路的有机薄膜在该窗口中。
本发明中，所述的源极、漏极两个电极的材料可以为贵金属，如为钯或金。
本发明中，所述的有机薄膜的材料为有机共轭聚合物，如F8T2，P3HT。
本发明中，所述的碳纳米管可以是单壁碳纳米管。
本发明中，所述的掺有碳纳米管的有机薄膜使用的是单壁碳纳米管与有机共轭聚合物的混合溶液淀积形成，所述的碳纳米管与有机共轭聚合物的混合溶液中有机共轭聚合物包裹在碳纳米管表面作为分离剂以避免碳纳米管聚合成团。
本发明所述的掺有碳纳米管的有机薄膜存储器，其数据读写方法为：写入“1”时在衬底（背栅）施加正电压，写入“0”时在衬底施加负电压，通过测量源极、漏极在零栅压下的电流大小读出存储的数据。。
本发明所提出的新型掺有碳纳米管的有机薄膜存储器，在获得高性能的同时可以有效地降低制作难度和生产成本。
附图说明
图1为本发明器件的结构示意图。
图2- 图5为依据本发明的一个实施例的制备过程示意图，其中图2、图3为剖面示意图，图4、图5为俯视图。
图6为依据本发明的实例采用电压施加方法得到的电流电压回线。
图中标号：1．硅衬底，2．二氧化硅绝缘层，3. 金属电极，4. 掺有碳纳米管的有机薄膜。
具体实施方式
下面结合图示在参考实施例中更具体地描述本发明，本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。
参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。例如刻蚀得到的曲线通常具有弯曲或圆润的特点，但在本发明实施例中，均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
图1为本发明器件的结构示意图。该器件结构包括：作为衬底同时也作为背栅的硅衬底1,作为栅绝缘层的二氧化硅绝缘层2，覆盖在绝缘层2上的金属电极3以及连接金属电极3的掺有碳纳米管的有机薄膜4。
图2～图5是根据本发明的一个实施例的制备过程示意图。下面结合制备方法对本发明存储器结构进行详细说明：
图2为硅衬底和二氧化硅绝缘层剖面示意图。选择（100）取向的硅作衬底1，利用常规方法在衬底1上氧化出一个100纳米厚的二氧化硅绝缘层2。
图3为在绝缘层上制作金属电极的剖面示意图，图4为金属电极的俯视图。利用常规方法在二氧化硅绝缘层2上淀积金属电极3，电极形状为矩形，电极为50微米长，100微米宽，厚度为55纳米，包括5纳米的钛及其上50纳米的金，两个电极的间距为100微米。
图5为在电极之间掺有碳纳米管的有机薄膜的俯视图。在硅片上旋涂一层2微米厚的光刻胶，在两个电极3之间刻蚀出一个110微米长，100微米宽的窗口，窗口两端边缘稍微超出电极5微米；将碳纳米管与有机共轭聚合物的混合溶液旋涂在硅片上，再将硅片放在100℃热板上加热，使有机薄膜中的溶剂挥发，进而以在窗口中淀积形成有机薄膜4，用丙酮去除光刻胶，最后对器件进行封装。
图6为依据本发明的实例采用电压施加方法得到的电流电压回线。在衬底（背栅）加正电压写入“1”，加负电压写入“0”，衬底所加电压为0V时，在源漏两电极间加电压，测量源漏电流大小读出存储的数据。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
Claims (7)
1.一种掺有碳纳米管的有机薄膜存储器，其特征在于包括：硅衬底，硅衬底表面是氧化形成的二氧化硅绝缘层，在二氧化硅绝缘层上设置有源极和漏极两个电极，两个电极之间淀积有一层掺有碳纳米管的有机薄膜，作为导电通路，并与两端的电极形成接触。
2.根据权利要求1所述的有机薄膜存储器，其特征在于所述的电极是在绝缘层上淀积形成，两个电极之间具有间距，利用光刻胶在两个电极之间刻蚀有一窗口，窗口的长度为两电极间距，作为导电通路的有机薄膜在该窗口中。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜存储器，其特征在于：所述的源极和漏极两个电极的材料为贵金属钯或金。
4.根据权利要求1所述的有机薄膜存储器，其特征在于：所述的有机物为有机共轭聚合物F8T2或P3HT。
5.根据权利要求1所述的有机薄膜存储器，其特征在于：所述的碳纳米管是单壁碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的有机薄膜存储器，其特征在于：所述的掺有碳纳米管的有机薄膜使用单壁碳纳米管与有机共轭聚合物的混合溶液淀积形成，所述的碳纳米管与有机共轭聚合物的混合溶液中有机共轭聚合物包裹在碳纳米管表面作为分离剂以避免碳纳米管聚合成团。
7.一种如权利要求1所述的掺有碳纳米管的有机薄膜存储器的数据读写方法，其特征在于：写入“1”时在衬底栅电极施加正电压，写入“0”时在衬底栅电极施加负电压，通过测量源极、漏极在零栅压下的电流大小读出存储的数据。
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