CN105575971A - 一种用于数据存储电子装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于数据存储的电子装置及其制备方法。该电子装置包括内存存储元件,内存存储元件用于代表该电子装置的两种或两种以上内存状态;其中,所述内存存储元件包括多个金属纳米颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于数据存储电子装置及其制备方法,特别地,虽不唯一地,但涉及一种制备具有金属纳米颗粒层的电子内存装置(electronicmemorydevice)的方法,金属纳米颗粒被作为内存装置的内存存储元件。
背景技术
电子内存装置已广泛地应用于各种类型的电子装置,包括计算机、手机、数码相机和录音机,或者甚至在具有预设操作程序的家用设备中。内存装置可以在内存存储元件中以电子形式暂时或永久地存储数据,而且可以在一段时间后恢复存储的数据。
非易失性装置(non-volatilememorydevice)是一种内存装置,其可以以电子形式保持数据很长一段时间,甚至在内存装置切断电源之后。当电源又接通时,可以通过“读取”内存装置的内存存储元件恢复存储的数据。例如,数码相机捕捉到的图像可以存储在闪存装置中,然后可以使用另外的电子装置,例如带有合适的闪存读取器的计算机,从该闪存中恢复图像。
发明内容
根据本发明的第一目的,提供了用于数据存储的电子装置,该电子装置包括内存存储元件,设置用于表示该电子装置的两种或两种以上内存状态;其中,所述内层存储元件包括多个金属纳米颗粒。
在第一目的的实施方式中,所述金属纳米颗粒形成单层。
在第一目的的实施方式中,每个所述金属纳米颗粒包括金属壳和金属芯。
在第一目的的实施方式中,将所述金属壳设置为封装所述金属芯。
在第一目的的实施方式中,所述金属壳包括第一金属材料,且所述金属芯包括不同于所述第一金属材料的第二金属材料。
在第一目的的实施方式中,每个所述第一金属材料和所述第二金属材料包括Au、Ag、Pt、Pd、Ni和Cu中的至少一种。
在第一目的的实施方式中,该电子装置还包括半导体元件,半导体元件设置用于与所述内层存储元件相协作以而响应所述电子装置的操作。
在第一目的的实施方式中,基于所述电子装置的不同状态,所述内存存储元件设置用于调节通过所述半导体元件的电流。
在第一目的的实施方式中,所述半导体元件包括金属氧化物半导体。
在第一目的的实施方式中,该电子装置还包括夹在所述半导体元件和所述内存存储元件之间的第一介电层。
在第一目的的实施方式中,该电子装置还包括夹在所述内存存储元件和沉积在基底上的导体层之间的第二介电层。
在第一目的的实施方式中,其中,所述基底为柔性基底。
在第一目的的实施方式中,所述第一介电层和/或所述第二介电层包括金属氧化物材料。
在第一目的的实施方式中,每个所述金属纳米颗粒包括在10nm至20nm的范围内的直径。
在第一目的的实施方式中,所述电子装置为非易失性内存装置。
在第一目的的实施方式中,所述电子装置为可重写的。
根据本发明的第二目的,提供了一种制备用于数据存储的电子装置的方法,该方法包括步骤为:在电子装置的基底上沉积内存存储元件;其中将所述内存存储元件设置用于表示所述电子装置的两种或两种以上内存状态;并且其中所述内存存储元件包括多个金属纳米颗粒。
在第二目的的实施方式中,每个所述金属纳米颗粒包括金属壳和金属芯。
在第二目的的实施方式中,该方法还包括制备所述金属纳米颗粒的步骤,制备金属纳米颗粒的步骤所包括的步骤为:
制备所述金属纳米颗粒的金属芯;
以及
制备设置用于封装所述金属纳米颗粒的所述金属芯的金属壳。
在第二目的的实施方式中,在所述电子装置的基底上沉积内层存储元件的步骤包括:
制备单层的纳米颗粒;以及
将制得的所述单层的纳米颗粒转移到所述基底。
在第二目的的实施方式中,将制得的所述单层的纳米颗粒转移到所述基底的步骤包括:
将制得的所述单层的纳米颗粒附着到PDMS表面;
将所述单层的纳米颗粒接触并附着到所述基底;以及
将所述PDMS表面与附着到所述基底的所述单层的纳米颗粒相分离。
在第二目的的实施方式中,制备单层纳米颗粒的步骤包括将含有纳米颗粒的溶液与水和氯仿混合。
在第二目的的实施方式中,在水和氯仿之间的界面上制得所述单层的纳米颗粒。
在第二目的的实施方式中,制备单层的纳米颗粒的步骤包括在水表面上分散含有纳米颗粒的溶液的步骤。
在第二目的的实施方式中,在将所述含有纳米颗粒的溶液的溶剂完全蒸发后,在所述水表面上制得所述单层的纳米颗粒。
在第二目的的实施方式中,所述基底包括在第一导电层上的第一介电层,并且在所述基底上的所述第一介电层上沉积所述内存存储元件。
在第二目的的实施方式中,该方法还包括在所述内存存储元件上沉积第二介电层的步骤。
在第二目的的实施方式中,该方法还包括在所述第二介电层上沉积半导体层的步骤。
在第二目的的实施方式中,该方法还包括在所述半导体层上沉积第二导电层的步骤,其中,将所述第一导电层和所述第二导电层设置用于形成所述电子装置的多个电子电极。
在第二目的的实施方式中,其中,所述基底为柔性基底。
附图说明
本发明或申请文件含有至少一幅彩图。本发明的复印件或者有彩图的发明申请公布将根据要求和支付必需的费用而由官方提供。
本发明的实施方式将参考附图通过实施例的方式加以描述,其中:
图1是根据本发明的实施方式用于数据存储的电子装置的示意图;
图2是根据本发明的实施方式,将单层的纳米颗粒转移并在基底上沉积纳米颗粒的工艺流程图;
图3是图1的内存存储元件的透射电子显微镜(TEM)图像,内存存储元件是单层的多个Au芯-Ag壳纳米颗粒;
图4是图1的内存存储元件的TEM图像,内存存储元件是单层的多个Au芯-Pd壳纳米颗粒;
图5是图1的内存存储元件的TEM图像,内存存储元件是单层的多个Au芯-Pt壳纳米颗粒;
图6是图1的内存存储元件的TEM图像,内存存储元件是单层的多个Ag芯-Au壳纳米颗粒;
图7是显示图1的用于数据存储的电子装置在6种不同内存状态下的电流-电压特性的曲线;
图8是显示图1的用于数据存储的电子装置的数据保留性能的曲线;以及
图9是显示图1的用于数据存储的电子装置的编程-擦除(program-erase(P/E))耐久性能的曲线。
具体实施方式
发明人通过他们的研究、尝试和实验,已经设想到基于溶液处理印刷技术(solution-processedprintingtechnology)的多位元(multi-bit)(多层(multi-level)或者多数据态(multidata-level))闪存对于技术应用是重要的。仅能获得两比特数据存储的常规的快闪浮删内存(flashfloatinggatememories),主要是基于硅技术并且在转移到柔性基底上有技术障碍。在此发明中,可以利用具有超高密度的金属芯-壳纳米颗粒阵列的均一单层作为电荷陷入层(chargetrappinglayer)以在闪存中应用。
经溶液处理的芯-壳金属纳米颗粒作为墨水使用,于较低温度下,在柔性基底上被制造为较大面积紧密的封装2D阵列。与常规技术相比,由于增强的陷入位点(theenhancedtrappingsite)和几乎没有侧漏,可以获得多位元的数据存储和更大的内存窗口(memorywindow)。
参考图1,提供了用于数据存储的电子装置100的实施方式,包括内存存储元件102,内存存储元件102设置用于表示电子装置100的两种或两种以上内存状态;其中内存存储元件102包括多个金属纳米颗粒104。
在该实施方式中,通过导电材料层,电子装置100可以被认作是具有浮栅形式的晶体管。在这样的浮栅晶体管结构中,浮栅106与半导体材料108由三层材料分隔开,该三层材料包括两个阻隔层(110,112)和电荷陷入层102。另一个电子导电层114沉积在半导体层108的另外一侧,而且被进一步图形化以形成浮栅晶体管100的源漏端(thesourceanddrainterminals)116。整个装置可以制备在基底118上。
在实施例的实施方式中,从基底118开始制备电子装置100。优选基底118为柔性基底,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底。可以将PET基底与导电材料层106预沉积,导电材料例如掺杂氧化锡铟(ITO),或者,可以在空的基底118上沉积导电材料层106或导电金属氧化物。可以通过例如热蒸发、旋转涂布、印刷、化学蒸汽沉积、溅射、脉冲激光沉积的方法,或者任何其他本领域技术人员所公知的沉积方法将栅极材料106沉积到基底118。
然后将该导电材料层106图形化以形成浮栅晶体管(floating-gatetransistor)100的栅极(gate)。图形可以使用光刻法(photolithography)通过保形导电层(conformalconductivelayer)106的选择性化学腐蚀获得,或者在沉积过程期间使用例如压印(imprinting)、逆向压印(reverse-imprinting)、丝网印刷、有荫罩(shadowmasks)的物理/化学蒸发沉积等方法直接形成图形。或者,该栅极材料的导电层106可以在一些实施方式中不含有图形。
或者,基底118可以选自其他类型的柔性材料,例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI),或者基底可以是刚性基底,例如硅或玻璃晶片。
阻隔层(110,112)是电绝缘的,因此阻止电流直接通过阻隔层(110,112)。优选地,阻隔层(110,112)可以是介电层,可以含有金属氧化物材料,例如但不仅限于Al2O3、SiO2、HfO2、ZrO2,或者任何其他可以适合于阻止电流通过的介电材料,例如聚合物电介质、复合电介质、自组装单层电介质等。
优选地,使用原子层沉积(ALD)方法将第一层Al2O3(第一介电层)110沉积在栅极电极106上,而且该第一层Al2O3110形成浮栅晶体管100的“栅极氧化物”。或者,可以沉积不同于Al2O3的介电层材料以形成晶体管100的“栅极氧化物”110,可以选择的方法例如旋转涂布、印刷、溅射、脉冲激光沉积、物理/化学蒸发沉积,以用于介电层110的沉积。
可以设置用于数据存储的电子装置100的内存存储元件102表示电子装置100的两种以上内存状态(或逻辑状态)。例如,在二元逻辑中,内存装置可以在1-比特的二元逻辑环境下表示“0”或“1”(两个状态)的逻辑状态。内存装置也可以设置为表示多于两种的内存状态,例如在2-比特的二元逻辑环境下“00”、“01”、“10”或“11”(四个状态)的逻辑状态。这种内存装置能够表示三种或三种以上的内存状态,可以被称为多层内存装置。
在此实施方式中,内存存储元件102包括多个金属纳米颗粒104。术语“纳米颗粒(NP)”,例如,是指直径或尺寸在1nm到100nm范围内的颗粒或物体。纳米颗粒也可以被称为超细颗粒。例如,Au纳米颗粒可以包括多个Au原子,并且这样的Au纳米颗粒是物理和化学稳定存在且具有1nm至100纳米范围内的尺寸。
优选地,金属纳米颗粒104形成单层,且沉积在栅极氧化物层106上。每个金属纳米颗粒104包含在10nm至20nm范围内的直径,这样避免了纳米颗粒在低于5nm时有明显的量子尺寸效应,而且有效地,由这些纳米颗粒104形成的电荷陷入层102的厚度为大约10nm至20nm。内存存储元件或电荷陷入层102包括多个电荷陷入位点,设置用于陷入带电颗粒,优选为陷入电子,这样当电子陷入电荷陷入位点时,内存存储元件102是带负电荷的。充电/放电电荷陷入层102的操作以及电荷陷入层102与浮栅晶体管106之间的相互作用将在本说明的后面部分中详细描述。
在此实施方式中,每个金属纳米颗粒104由两种不同的金属材料组成,并且形成金属壳和金属芯。设置金属壳以封装金属芯,且形成金属芯-金属壳纳米颗粒104。优选地,两种不同的金属材料包括Au、Ag、Pt、Pd、Ni和Cu中的至少一种。例如,芯-壳纳米颗粒104可以包括(但不限于)Pd芯-Au壳、Pd芯-Ag壳、Pd芯-Pt壳、Pt芯-Au壳、Pt芯-Ag壳、Pt芯-Pd壳、Au芯-Ag壳、Au芯-Pd壳、Au芯-Pt壳、Ag芯-Pd壳、Ag芯-Pt壳、Ag芯-Au壳等。
优选地,纳米颗粒104可以使用溶液方法制备,该方法包括制备纳米颗粒104的金属芯,以及制备设置为封装纳米颗粒104的金属芯的金属壳。在制备Au芯-Ag壳纳米颗粒104的实施例实施方式中,将50ml的1mM的HAuCl4·3H2O溶液加热至沸腾,然后将5ml的37.8mM的柠檬酸钠加入沸腾的溶液。继续沸腾20min以产生Au纳米颗粒。在搅拌下将Au纳米颗粒分散在1mM的TRIS缓冲剂(pH8.5)中,TRIS缓冲剂中含有AgNO3溶液(1.5mM)和聚多巴胺(PDA,1mg/ml)。在搅拌下持续反应8小时以生成Au芯-Ag壳纳米颗粒104。
在另一个制备Au芯-Pd壳纳米颗粒104的实施例实施方式中,将50ml的1mM的HAuCl4·3H2O溶液加热至沸腾,然后将5ml的37.8mM的柠檬酸钠加入沸腾的溶液。继续沸腾20min以产生Au纳米颗粒。在搅拌下将Au纳米颗粒分散在1mM的TRIS缓冲剂(pH8.5)中,TRIS缓冲剂中含有PdCl2溶液(1.5mM)和聚多巴胺(PDA,1mg/ml)。在搅拌下持续反应8小时以生成Au芯-Pd壳纳米颗粒104。
在另一个制备Au芯-Pt壳纳米颗粒104的实施例实施方式中,将50ml的1mM的HAuCl4·3H2O溶液加热至沸腾,然后将5ml的37.8mM的柠檬酸钠加入沸腾的溶液。继续沸腾20min以产生Au纳米颗粒。在搅拌下将Au纳米颗粒分散在1mM的TRIS缓冲剂(pH8.5)中,TRIS缓冲剂中含有H2PtCl6溶液(1.5mM)和聚多巴胺(PDA,1mg/ml)。在搅拌下持续反应8小时以生成Au芯-Pt壳纳米颗粒104。
在另一个制备Ag芯-Au壳纳米颗粒104的实施例实施方式中,将50ml的1mM的水溶性Ag(I)盐溶液与含有1ml的DDA的50ml乙醇混合。搅拌2min后,加入50nl的甲苯,搅拌1min。然后完成金属离子从水中相转移到甲苯。接着以同样的方法将Au(III)盐从水转移到甲苯。在100℃,将1ml的100mM的HDD的甲苯溶液加入到20ml的Ag(I)盐的甲苯溶液,且搅拌混合物几分钟。将5ml的甲苯中Ag晶种有机溶胶(Agseedorganosol)(来自步骤2)在80℃加热5min,接着加入Au(III)盐的甲苯溶液5ml。在磁力搅拌下继续在80℃加热20min以产生Ag芯-Au壳纳米颗粒104。
制备金属芯-壳纳米颗粒104后,可以将纳米颗粒104在栅极介电层110上沉积为单层的金属芯-壳纳米颗粒104,该过程包括制备单层的纳米颗粒104以及然后将单层的纳米颗粒104转移到基底118上的栅极氧化物层110的步骤。在制备单层的纳米颗粒104的实施例实施方式中,将40μl的金属芯-壳纳米颗粒104(如上述中所制备的)加入960μl的H2O。然后,向混合物中加入0.5ml的氯仿。为了更好的混合辅以温柔地摇动,在两种溶液相的界面上形成薄层(单层)的纳米颗粒104。
在另外的制备单层的纳米颗粒104的实施例实施方式中,在制备Ag芯-Au壳纳米颗粒104后,将含有纳米颗粒的甲苯/己烷(1:1)溶液分散在水表面直到溶剂完全蒸发。之后,在水表面上形成单层的Ag芯-Au壳纳米颗粒104。
参考图2,可以使用微接触印刷法将单层的纳米颗粒104沉积到基底。在此实施例中,通过将制得的单层的纳米颗粒104附着到PDMS表面204,将单层的纳米颗粒104接触且附着到基底206,然后将PDMS表面204与附着到基底206的单层的纳米颗粒104分离,将单层的纳米颗粒104从水表面202上提起。优选地,平的PDMS垫206可以用于将单层的纳米颗粒104从水表面202或水/氯仿的界面提起,然后与基底206进行保形接触(conformalcontact)预定的时间,例如10s。在图3-图6中分别显示了单层的Au芯-Ag壳纳米颗粒、Au芯-Pd壳纳米颗粒、Au芯-Pt壳纳米颗粒和Ag芯-Au壳纳米颗粒的TEM图像。
或者,可以通过其他的方法,例如旋转涂布或热蒸发,或者任何其他本领域技术人员所公知的沉积方法将电荷陷入层102或金属纳米颗粒104沉积到基底118上的栅极介电层110。
参考回图1,在电荷陷入层102或者内存存储元件102的顶部,可以将第二介电层112沉积在电荷陷入层102上,优选层的材料与在电荷陷入层102下面的栅极氧化物层的第一介电层110相同,例如Al2O3。在此结构中,将电荷陷入层102夹在两个介电层(110,112)之间。第二介电层可以被认为是在浮栅晶体管100中的隧道氧化层(tunneloxidelayer)112,其允许电荷穿过半导体材料108和电荷陷入层102之间,但阻止直流电流通过。或者,可以以不同于第一介电层110的介电材料或绝缘材料形成第二介电层112。相似地,可以通过使用ALD,或通过其他如本说明书中前述的用于沉积介电层的合适的方法沉积第二介电层112。
在沉积第二介电层112之后,可以在基底118上的介电层112上沉积半导体层108,优选ZnO。半导体层108在电子装置100中作为活性层。设置该半导体元件108以与内存存储元件102协作以响应电子装置100的操作。可以使用溶液法,例如旋转涂布沉积ZnO层。或者,可以通过使用各种合适的方法包括旋转涂布、印刷、热蒸发、物理/化学蒸发沉积、溅射、脉冲激光沉积等,应用其他的半导体材料(例如但不限于有机半导体、无机半导体、或者复合半导体)。
为了完成浮栅晶体管结构,在半导体层108上沉积导电材料层114以形成电子装置100的源漏端116。在此实施方式中,在ZnO半导体层108上沉积ITO层114,可以使用光刻法(或其他图形化方法,如本说明书中前述)通过选择性化学腐蚀进一步地图形化。或者,具有适当功函(workfunction)的其他材料可以与沉积作为活性层的相应的半导体材料形成期望的欧姆接触(ohmiccontact)、近似欧姆接触(near-ohmiccontact)或隧道欧姆接触(tunnelling-ohmiccontact),所述半导体材料例如半导体金属氧化物、半导体聚合物、金属或石墨烯(graphene),可以用作电子装置100的源漏端116。
任选地,可以集成多个电子装置100以形成具有更大内存容量的内存装置。此外,可以将其他类型的电子装置例如控制器和天线集成或连接到内存装置100以提供额外的功能。或者,可以将一个或一个以上的电子装置100集成到其他的电子装置或集成电路以提供内存功能到这些电子装置或集成电路。
在一个实施例方式中,金属芯-可纳米颗粒104的尺寸约为10nm至20nm以避免纳米颗粒104小于5nm时变得显著的量子尺寸效应。一个特定类型的芯-壳纳米颗粒104,选自Pd芯-Au壳、Pd芯-Ag壳、Pd芯-Pt壳、Pt芯-Au壳、Pt芯-Ag壳、Pt芯-Pd壳、Au芯-Ag壳、Au芯-Pd壳、Au芯-Pt壳、Ag芯-Pd壳、Ag芯-Pt壳、Ag芯-Au壳,形成内存存储元件102。洗涤沉积了Al2O3层110的柔性基底118,优选用丙酮、乙醇和脱离水。2D芯-壳纳米颗粒超晶格(superlattices)的制备方法为通过控制分散在二元溶剂混合物中的纳米颗粒104在脱离子水表面的蒸发。通过喷洒纳米颗粒溶液到凹形的脱离子水的表面获得芯-壳纳米颗粒自组装单层,然后使用平的PDMS垫(flatPDMSpad)从水表面提起兰格缪尔膜(Langmuirfilm),接着将此垫与基底进行保形接触约10s。在柔性膜118上制备内存装置100,具有作为栅极电极的100nm的铟锡氧化物(ITO)106。使用Savannah100ALD系统在基底温度80℃下沉积Al2O3层(110,112)。将溶液法的金属氧化物半导体(例如ZnO)108用作内存结构100中的活性层。ITO层114用作源漏电极(thesourceanddrainelectrodes)116。
图1中显示的电子装置100的每个层可以在优选的厚度范围内。例如,栅极电极106的厚度可以为约20nm至40nm,介电层(110,112)的厚度可以为约20nm至50nm,半导体层108的厚度可以为10nm至40nm,电荷陷入层102的厚度可以为10nm至20nm,以及源漏层(thesource/drainlayer)114的厚度可以为约20nm至50nm。或者,基于电子装置100的不同制备过程方法或者期望的操作以优化电子装置100,每个单独的层可以应用其他合适的厚度。
有利地,可以在用于数据存储的电子装置中获得长保留时间和好的耐久性能。为了按比例缩小当前技术水平的闪存装置,通过微接触印刷技术,可印刷金属芯-壳纳米颗粒单层具有更大的潜力。通过低温方法制备关键装置元件(芯-壳纳米颗粒),该方法很容易适用于塑料基底。和半导体层一样,介电层也可以在低温制备,是可扩展到柔性闪存的低成本大面积的制备。此外,由于塑料基底可以提供出色的机械强度,由柔性基底支持的内存装置也可以提供出色的机械特性,并因此增加了数据保留时间和耐久性能。
该实施方式也有益在于,用于数据存储的电子装置适合于在各种基底,包括柔性基底上制备。这允许内存装置在基底上沉积、安装或者甚至直接印刷,基底例如RFID标签、飞机票、便携式电子装置或者甚至特别设计的具有弯曲表面的电子设备。此外,这些实施方式可以在低压下操作,这更适合于例如被动式标签(passivetags)的应用。更低的编程电压还可以需要更简单的驱动控制。
此外,用于数据存储的电子装置可以以低温方法制备,且减少了包括真空过程的步骤。在一些优选的实施方式中,制备方法主要包括溶液法,并且关键元件(电荷陷入层)的沉积包括微接触印刷。与高度依赖于高真空和高温方法的硅装置的制备不同,加工窗口更宽,导致可能更高的产量。低温过程还允许使用更宽范围的基底,包括柔性塑料或纸质基底。
参考图7,显示了根据本发明的实施方式用于数据存储的电子装置100的电流-压力特性。在此实施方式中,设置电子装置100以表示内存状态的六种数据态(datalevel)。
在编程或写入操作中,在栅极和源端之间实施正向电压偏置(positivevoltagebias),以驱动电子穿过隧道氧化层并且将电子陷入电荷陷入层102。在栅极和源之间施加更高的电压偏置,更多的电子陷入电荷陷入层102。在图7显示的实施方式中,在栅极和源端之间施加六种不同的正向电压偏置以记录六种不同的内存状态。例如,为了编程内存装置100,分别施加6V的栅极-源偏置(gate-sourcebias)1s以记录表示数据态1的内存状态,施加5V为1s以记录表示数据态2的内存状态,施加4V为1s以记录表示数据态3的内存状态,施加3V为1s以记录表示数据态4的内存状态,施加2V为1s以记录表示数据态5的内存状态,以及放电的内存装置可以表示数据态6的内存状态。或者,基于不同的写入和/或读取方法或者算法,可以施加栅极偏置和/或偏置时间(biasduration)以编程内存装置100为表示预定数据态的内存状态。
在读取的操作下,在栅极和源端之间施加正向电压偏置(2V),在漏和源端(thedrainandthesourceterminal)之间施加正向电压偏置(3V)。操作根据在VGS=2V的I-V曲线。由于内存装置100通过向栅极电极106下面的电荷陷入层102中注射带负电荷的电子预先编程,带负电荷的电荷陷入层部分补偿施加的正向栅极偏置(positivegatebias),因此“有效的栅极偏置”低于施加的栅极偏置,并且差异取决于电荷陷入层中陷入的电荷的数量,因此根据电子装置的不同状态,设置内存存储元件以调节通过半导体元件108的电流。在该读取的操作中,六种数据态被读作:数据态1(1.6E-11A)、数据态2(1.1E-10A)、数据态3(7.7E-10A)、数据态4(5.6E-9A)、数据态5(2.5E-8A)、数据态1(4.6E-8A)。或者,可以实施其他的读取算法,例如根据实施不同的VGS和/或VDS的读取,并且基于不同的写入和读取的操作,内存装置可以表示多个不同于上述六种的数据态。
在擦除的操作中,在栅极和源端之间施加足够的负向电压偏置(例如-6V的栅极-源偏置1s),电子从电荷陷入层102释放到半导体层108。结果,内存装置100回归到放电状态并且是可重写入或者可重编程。或者,基于不同的写入和/或擦除的方法或者算法,可以施加栅极偏置和/或偏置时间以擦除内存装置100至准备重编程的状态。
参考图8,显示了用于数据存储的电子装置100的数据保留性能。在该测试中,将电子装置100写入数据态1和数据态6,并且编程之后分别在10s、100s、1000s、100000s和1000000s读取装置。外推数据图至约3×109s,其表示编程后10年的时间。结果显示表示两种不同数据态的估计电流间的差异足够的大(超过2个数量级),这可启示多层内存装置的数据保留性能是出色的,并且电子装置100是非易失性内存装置(non-volatilememorydevice)。
参考图9,显示了用于数据存储的电子装置100的编程-擦除(P/E)耐久性能。在此测试中,在一定的编程/擦除循环测试(1、10、100、1000、10000、100000、1000000)之后进行读取操作,其中,一次循环测试定义为在正向栅极偏置下首先编程电子装置100,然后在负向栅极偏置下擦除。结果显示,在1000000次P/E循环后,表示两种不同数据态(层1和层6)的两次测量的电流之间的差异足够地大(超过2个数量级),这可启示多层内存装置的P/E耐久性能是出色的,并且电子装置100是可重写的。
在不偏离本发明的主旨的情况下,可以修改用于数据存储的电子装置包括其他的晶体管结构。在一些实施方式中,内存装置可以设置作为无重写存储、临时存储或任何本领域技术人员所公知的其他用途的操作。
本领域技术人员可以理解的是可以对本发明在不偏离所描述的主旨或范围时进行如特定的实施方式中所显示的多种变更和/或修改。因此本发明的实施方式在各方面都被认为是举例说明且非限制性。
对本文中包括的现有技术的任何引用除非另有说明,否则不能被视为承认该信息是常见的一般知识。
Claims (30)
1.一种用于数据存储的电子装置,该电子装置包括内存存储元件,所述内存存储元件设置用于代表该电子装置的两种或两种以上内存状态;其中,所述内存存储元件包括多个金属纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的电子装置,其中,所述金属纳米颗粒形成单层。
3.根据权利要求1所述的电子装置,其中,每个所述金属纳米颗粒包括金属壳和金属芯。
4.根据权利要求3所述的电子装置,其中,将所述金属壳设置为封装所述金属芯。
5.根据权利要求3所述的电子装置,其中,所述金属壳包括第一金属材料,且所述金属芯包括不同于所述第一金属材料的第二金属材料。
6.根据权利要求5所述的电子装置,其中,每个所述第一金属材料和所述第二金属材料包括Au、Ag、Pt、Pd、Ni和Cu中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的电子装置,所述电子装置还包括半导体元件,所述半导体元件设置用于与所述内存存储元件相协作以响应所述电子装置的操作。
8.根据权利要求7所述的电子装置,其中,基于所述电子装置的不同状态,所述内存存储元件设置用于调节通过所述半导体元件的电流。
9.根据权利要求7所述的电子装置,其中,所述半导体元件包括金属氧化物半导体。
10.根据权利要求7所述的电子装置,所述电子装置还包括夹在所述半导体元件和所述内存存储元件之间的第一介电层。
11.根据权利要求10所述的电子装置,所述电子装置还包括夹在所述内存存储元件和沉积在基底上的导体层之间的第二介电层。
12.根据权利要求11所述的电子装置,其中,所述基底为柔性基底。
13.根据权利要求11所述的电子装置,其中,所述第一介电层和/或所述第二介电层包括金属氧化物材料。
14.根据权利要求1所述的电子装置,其中,每个所述金属纳米颗粒包括在10nm至20nm的范围内的直径。
15.根据权利要求1所述的电子装置,其中,所述电子装置为非易失性内存装置。
16.根据权利要求1所述的电子装置,其中,所述电子装置为可重写的。
17.一种制备用于数据存储的电子装置的方法,该方法包括步骤为:
在所述电子装置的基底上沉积内存存储元件;其中将所述内存存储元件设置用于代表该电子装置的两种或两种以上内存状态;并且其中,所述内存存储元件包括多个金属纳米颗粒。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,每个所述金属纳米颗粒包括金属壳和金属芯。
19.根据权利要求18所述的方法,该方法还包括制备所述金属纳米颗粒的步骤,所述制备所述金属纳米颗粒的步骤所包括的步骤为:
制备所述金属纳米颗粒的所述金属芯;
和
制备设置用于封装所述金属纳米颗粒的所述金属芯的所述金属壳。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,在所述电子装置的基底上沉积内存存储元件的步骤包括:
制备单层的纳米颗粒;以及
将制得的所述单层的纳米颗粒转移到所述基底。
21.根据权利要求20所述的方法,其中,将制得的所述单层的纳米颗粒转移到所述基底的步骤包括:
将制得的所述单层的纳米颗粒附着到PDMS表面;
将所述单层的纳米颗粒接触并附着到所述基底;以及
将所述PDMS表面与附着到所述基底的所述单层的纳米颗粒相分离。
22.根据权利要求20所述的方法,其中,制备单层的纳米颗粒的步骤包括将含有纳米颗粒的溶液与水和氯仿混合。
23.根据权利要求22所述的方法,其中,在水和氯仿之间的界面上制得所述单层的纳米颗粒。
24.根据权利要求20所述的方法,其中,制备单层的纳米颗粒的步骤包括在水表面上分散含有纳米颗粒的溶液的步骤。
25.根据权利要求24所述的方法,其中,在将所述含有纳米颗粒的溶液的溶剂完全蒸发后,在所述水表面上制得所述单层的纳米颗粒。
26.根据权利要求17所述的方法,其中,所述基底包括在第一导电层上的第一介电层,并且在所述基底上的所述第一介电层上沉积所述内存存储元件。
27.根据权利要求26所述的方法,该方法还包括在所述内存存储元件上沉积第二介电层的步骤。
28.根据权利要求27所述的方法,该方法还包括在所述第二介电层上沉积半导体层的步骤。
29.根据权利要求28所述的方法,该方法还包括在所述半导体层上沉积第二导电层的步骤,其中,将所述第一导电层和所述第二导电层设置用于形成所述电子装置的多个电极。
30.根据权利要求17所述的方法,其中,所述基底为柔性基底。
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