CN106449977A - 一种近红外光控存储器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种近红外光控存储器及其制造方法，所述近红外光控存储器包括：半导体层、浮栅层、介电层、栅极和基底；所述半导体层之上还设置有金电极；所述浮栅层由二氧化硅包覆荧光纳米颗粒组成。本发明所述的存储器在近红外光调控下，存储窗口得到增强，以此来实现多比特存储。相比常规的改进半导体层材料特性或增强浮栅层捕获载流子能力等方法，利用近红外光实时调控、增强存储窗口在信息加密领域有着良好的应用前景。近红外光调控方便高效，更可与常规方法相结合，从而获得高性能的存储器。
Description
技术领域
本发明涉及存储器制造技术领域，尤其涉及的是一种近红外光控存储器及其制造方法。
背景技术
存储器是具有记忆功能的电子器件，在半导体工业领域受到广泛的关注，占整个半导体产业的两成以上。几十年来，传统的存储器更新换代，体积由巨大越变越小，存储容量却从微小越变越大。同时，存储速度也得到大幅提升。随着信息技术的飞速发展，人们对用于保存信息的记忆元器件的要求越来越高，不但要具有小的器件体积、超高的存储容量和快速的读写速度，而且要有低成本、低功耗和高可靠性的特点。
光可控存储器是是一种利用光对存储器电学性能进行调控的器件。在光可控有机存储器研究方面，中科院微电子所的Wang等研究了基于并五苯的金纳米颗粒浮栅存储器在白光辅助编程下的电学性能，发现存储窗口和开关比被显著提高。中科院化学所Zhang等合成了一种新的电荷存储分子M-C10，研究了不同幅度的白光照射对场效应管存储器件电学性能的调控效果，并制备了大面积的光感应存储阵列作为光传感器。香港大学Ren等[3]利用蓝光对基于小分子半导体DNTT的聚合物电介体存储器进行调控，器件的存储窗口可以扩大到100 伏。苏州大学Gao等系统性研究了基于金纳米颗粒的浮栅存储器在可见光（红光，绿光，蓝紫光）照射下的器件性能增强效果，并提出可见光辅助编程可适当降低存储器的编程电压。俄罗斯科学院的Frolova等探索了光色化合物螺噙喃在小分子C60存储器中的应用，在蓝紫光的照射下器件的存储窗口和编程速度都得到了提高。南京邮电大学的Yi等利用白光实现了基于并五苯/PVK的有机小分子存储器的电编程-光擦除以及光编程-电擦除的功能。
上述国内外科研人员的研究主要集中在利用可见光来调控有机存储器以及研究有机存储器件的光电效应。可见光的生物穿透深度较小且可能对组织有损伤，在植入式和可穿戴柔性电子设备的应用中有一定的局限性。
因此，现有技术有待于进一步的改进。
发明内容
鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种近红外光控存储器及其制造方法，克服现有技术中使用可见光调控有机存储器时存储容量低且可能对使用者身体造成伤害的缺陷。
本发明所公开的技术方案如下：
一种近红外光控存储器，其中，包括：半导体层、浮栅层、介电层、栅极和基底；所述半导体层之上还设置有金电极；所述浮栅层由二氧化硅包覆荧光纳米颗粒组成。
所述的近红外光控存储器，其中，所述荧光纳米颗粒的尺寸大小为10纳米-50纳米；所述荧光纳米颗粒的核壳比例为3:1-3:3。
所述的近红外光控存储器，其中，所述荧光纳米颗粒的材料包括：NaYF4:Yb，Er，Tm。
所述的近红外光控存储器，其中，所述半导体层的材料为并五苯；所述基底的材料为柔性PFT；所述介电层的材料为氧化铝；所述栅极的材料为银。
一种所述的近红外光控存储器的制造方法，其中，包括步骤：
步骤A、利用微乳液法将二氧化硅包覆荧光纳米颗粒；
步骤B、依次将栅极材料蒸发到基底上作为栅极，将介电层材料沉积到栅极上得到介电层，将二氧化硅包覆荧光纳米颗粒热蒸发到介电层上形成浮栅层；将半导体层材料沉积到浮栅层上形成半导体层，并在半导体层上沉积金电极，得到所述存储器。
所述的近红外光控制存储器的制造方法，其中，所述步骤A之前还包括：
步骤A01、以氧化铝为材料，使用原子层沉积的方法制备介电层。
所述的近红外光控存储器的制造方法，其中，所述步骤B中包括：
步骤B1、以柔性PET做为基底，使用掩膜版将银热蒸发到PET基底上作为栅极。
所述的近红外光控存储器的制造方法，其中，所述步骤A中还包括步骤：
步骤A1、将NaYF4纳米颗粒分散到环已烷中，并加入表面活性剂和氨水，形成微乳液；
步骤A2、在所述微乳液中加入TEOS，反应后得二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒。
所述的近红外光控存储器的制造方法，其中，所述步骤A2之后还包括步骤：
步骤A3、将二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒与高分子材料聚乙烯吡咯烷酮充分混合，得到复合材料溶液；
步骤A4、将所述复合材料溶液旋涂在衬底上，并热退火形成浮栅层。
所述的近红外光控存储器的制造方法，其中，所述荧光纳米颗粒的尺寸大小为10纳米-50纳米；所述荧光纳米颗粒的核壳比例为3:1-3:3。
有益效果，本发明提供了一种近红外光控存储器及其制造方法，所述近红外光控存储器包括：半导体层、浮栅层、介电层、栅极和基底；所述半导体层之上还设置有金电极；所述浮栅层由二氧化硅包覆荧光纳米颗粒组成。本发明所述的存储器在近红外光调控下，存储窗口得到增强，以此来实现多比特存储。相比常规的改进半导体层材料特性或增强浮栅层捕获载流子能力等方法，利用近红外光实时调控、增强存储窗口在信息加密领域有着良好的应用前景。近红外光调控方便高效，更可与常规方法相结合，从而获得高性能的存储器。
附图说明
图1是本发明所提供的近红外光控存储器的原理结构示意图。
图2是本发明中二氧化硅包覆纳米颗粒合成示意图。
图3是本发明中近红外光控存储器制造方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
常规的存储器主要是基于硅技术不能在柔性基底上制造，同时在单个晶体管中只有单比特数据存储。有机电子器件具有质轻、柔性和低成本的特点，有机光控存储器已成为未来信息存储领域的一个重要的发展方向。与可见光相比，近红外光具有较大的生物穿透深度且对组织无损伤，在植入式和可穿戴电子设备中具有光明的应用前景。
如图1所示，本发明提供了一种近红外光控存储器，其包括：半导体层1、浮栅层2、介电层3、栅极4和基底5；所述半导体层1之上还设置有金电极6；所述浮栅层2由二氧化硅包覆荧光纳米颗粒组成。
结合图2所示，使用二氧化硅20包覆荧光纳米颗粒10，从而得到在具体操作过程中，
通过控制纳米颗粒的尺寸大小（10纳米至50纳米）以及核壳比例（3:1-3:3）来实现可用于存储器浮栅层的荧光纳米颗粒的合成。所述荧光纳米颗粒含有NaYF4，Yb，Er和Tm这四种组分，在具体应用过程中，通过调节Yb, Er和 Tm的浓度来调节荧光纳米颗粒NaYF4的发光波长。采用微乳液法将荧光纳米颗粒包覆二氧化硅,合成路线图如图1所示。NaYF4纳米颗粒首先分散在环己烷中，然后加入表面活性剂和氨水以形成油包水型微乳液，随后加入TEOS反应生成二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒。
在获得在水中能够均匀分散的荧光纳米颗粒的基础上，与高分子材料聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)充分混合，得到复合材料溶液。将复合材料溶液旋涂在衬底上，经过热退火形成荧光纳米颗粒组成的浮栅层。
在本发明中为了实现非可见光对有机柔性存储器的性能调控，关键在于利用在近红外光激发下能够发光的荧光纳米颗粒对半导体层产生影响。半导体层吸收荧光纳米颗粒发出的可见光，产生的载流子在电场的作用下被捕获在浮栅层中。在这个过程中，近红外光间接地增加了可被捕获的载流子数目，增强了存储窗口，进而实现有机柔性存储器在非可见光下的多比特存储，而利用不同发光波长的荧光纳米颗粒，可有效调节有机存储器的存储性能，实现柔性存储器件存储窗口可控。
较佳的，在具体应用时，所述荧光纳米颗粒的尺寸大小为10纳米-50纳米；所述荧光纳米颗粒的核壳比例为3:1-3:3。
所述荧光纳米颗粒的材料包括：NaYF4:Yb，Er，Tm，通过调节Yb, Er和 Tm的浓度来调节荧光纳米颗粒NaYF4的发光波长。
采用在近红外光下发光波长不同的荧光纳米颗粒作为浮栅层，利用不同纳米颗粒产生的光生载流子不一样来对存储器性能进行调控。同时，包覆的金属氧化物层是影响数据记忆时间的重要因素，在提高记忆时间的前提下必须保证存储器件的快读写特性，所以利用高密度的适当厚度的金属氧化物来包覆纳米颗粒来提高器件数据存储性能。相比传统有机浮栅存储器，荧光纳米颗粒存储器可被近红外光调控，增强了存储性能，扩宽了应用领域，上述是本发明题的最大创新之处。
优选的，所述半导体层1的材料为并五苯；所述基底5的材料为柔性PFT；所述介电层3的材料为氧化铝；所述栅极4的材料为银。
存储器将制备于柔性PET基底上，20纳米厚的银首先通过掩膜版热蒸发在PET上作为栅极。30纳米厚的氧化铝作为介电层通过原子层沉积的方法制备。荧光纳米颗粒薄膜将被旋涂在衬底上并热退火形成荧光纳米颗粒浮栅层。不同密度的荧光纳米颗粒浮栅层将被制备并在器件电学性能测试中研究对比。30纳米厚的半导体层（并五苯）会以0.2埃/秒的速率热蒸发在浮栅层上面。金电极（沟道长度/宽度= 30微米/1000微米）将通过掩膜版沉积在半导体薄膜上，其中所述金电极设置在半导体层之上，所述半导体层设置在浮栅层只上，所述浮栅层设置在介电层之上，所述介电层设置在栅极之上，所述栅极设置在基底上，从而得到本发明所述提供的存储器。
本发明以表面二氧化硅包覆的上转换荧光纳米颗粒作为有机浮栅存储器中浮栅层，通过近红外光来调控存储器件电学性能从而实现存储器多比特存储。这种方案为利用非可见光有效调控存储器电学性能以及研制出高效的新型柔性多比特存储器奠定技术基础。
本发明在提出上述近红外光控存储器的基础上，还提供了一种所述的近红外光控存储器的制造方法，如图3所示，包括步骤：
步骤S1、利用微乳液法将二氧化硅包覆荧光纳米颗粒；
步骤S2、依次将栅极材料蒸发到基底上作为栅极，将介电层材料沉积到栅极上得到介电层，将二氧化硅包覆荧光纳米颗粒热蒸发到介电层上形成浮栅层；将半导体层材料沉积到浮栅层上形成半导体层，并在半导体层上沉积金电极，得到所述存储器。
较佳的，所述步骤S1之前还包括：
步骤S01、以氧化铝为材料，使用原子层沉积的方法制备介电层。
所述步骤S2中包括：
步骤S21、以柔性PET做为基底，使用掩膜版将银热蒸发到PET基底上作为栅极。
所述步骤S1中还包括步骤：
步骤S11、将NaYF4纳米颗粒分散到环已烷中，并加入表面活性剂和氨水，形成S12、在所述微乳液中加入TEOS，反应后得二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒。
采用液相法合成近红外光下不同发光波长的荧光纳米颗粒以及复合的纳米颗粒浮栅层材料，减少了制造成本，在柔性浮栅存储器研究领域方法新颖。同时可实现机存储器电学性能的均一性、稳定性以及耐弯曲性，对实现大面积柔性有机存储器的制备奠定基础。
所述步骤S12之后还包括步骤：
步骤S13、将二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒与高分子材料聚乙烯吡咯烷酮充分混合，得到复合材料溶液；
步骤S14、将所述复合材料溶液旋涂在衬底上，并热退火形成浮栅层。
所述荧光纳米颗粒的尺寸大小为10纳米-50纳米；所述荧光纳米颗粒的核壳比例为3:1-3:3。
本发明所提供的存储器的电性能，可以使用吉时利2612源表和安捷伦4155C半导体参数分析仪来分别检测其在“编程”状态和“擦除”的状态参量。当负偏压施加到栅极时,p型的并五苯的电荷载流子被纳米颗粒俘获称为“编程”状态。相反的操作被称为“擦除”状态，通过施加正偏压于栅极此时捕获的电荷载流子从纳米颗粒回到并五苯。存储窗口被定义为阈值电压（擦除）-阈值电压（编程）。为了测量数据的保持特性，编程/擦除状态将由施加±40 V偏压1秒得到，然后记录阈值电压随着时间的改变。重复连续的编程/擦除操作将来衡量存储器的耐力属性。存储器的阈值电压将在固定的编程/擦除周期数后被测量。设计的近红外光调控的存储器在近红外光照射下的编程实现了有机浮栅存储器件的不同关态。
本发明提供了一种近红外光控存储器及其制造方法，所述近红外光控存储器包括：半导体层、浮栅层、介电层、栅极和基底；所述半导体层之上还设置有金电极；所述浮栅层由二氧化硅包覆荧光纳米颗粒组成。本发明所述的存储器在近红外光调控下，存储窗口得到增强，以此来实现多比特存储。相比常规的改进半导体层材料特性或增强浮栅层捕获载流子能力等方法，利用近红外光实时调控、增强存储窗口在信息加密领域有着良好的应用前景。近红外光调控方便高效，更可与常规方法相结合，从而获得高性能的存储器。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种近红外光控存储器，其特征在于，包括：从上到下依次设置的半导体层、浮栅层、介电层、栅极和基底；所述半导体层之上还设置有金电极；所述浮栅层由二氧化硅包覆荧光纳米颗粒组成。
2.根据权利要求1所述的近红外光控存储器，其特征在于，所述荧光纳米颗粒的尺寸大小为10纳米-50纳米；所述荧光纳米颗粒的核壳比例为3:1-3:3。
3.根据权利要求2所述的近红外光控存储器，其特征在于，所述荧光纳米颗粒的材料包括：NaYF4:Yb,Er,Tm。
4.根据权利要求1或者2任一项所述的近红外光控存储器，其特征在于，所述半导体层的材料为并五苯；所述基底的材料为柔性PET；所述介电层的材料为氧化铝；所述栅极的材料为银。
5.一种如权利要求1所述的近红外光控存储器的制造方法，其特征在于，包括步骤：
步骤A、利用微乳液法将二氧化硅包覆荧光纳米颗粒；
步骤B、依次将栅极材料蒸发到基底上作为栅极，将介电层材料沉积到栅极上得到介电层，将二氧化硅包覆荧光纳米颗粒热蒸发到介电层上形成浮栅层；将半导体层材料沉积到浮栅层上形成半导体层，并在半导体层上沉积金电极，得到所述存储器。
6.根据权利要求5所述的近红外光控制存储器的制造方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括：
步骤A01、以氧化铝为材料，使用原子层沉积的方法制备介电层。
7.根据权利要求5或6任一项所述的近红外光控存储器的制造方法，其特征在于，所述步骤B中包括：
步骤B1、以柔性PET做为基底，使用掩膜版将银热蒸发到PET基底上作为栅极。
8.根据权利要求7所述的近红外光控存储器的制造方法，其特征在于，所述步骤A中还包括步骤：
步骤A1、将NaYF4纳米颗粒分散到环已烷中，并加入表面活性剂和氨水，形成微乳液；
步骤A2、在所述微乳液中加入TEOS，反应后得二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒。
9.根据权利要求8所述的近红外光控存储器的制造方法，其特征在于，所述步骤A2之后还包括步骤：
步骤A3、将二氧化硅包覆的荧光纳米颗粒与高分子材料聚乙烯吡咯烷酮充分混合，得到复合材料溶液；
步骤A4、将所述复合材料溶液旋涂在衬底上，并热退火形成浮栅层。
10.根据权利要求7所述的近红外光控存储器的制造方法，其特征在于，所述荧光纳米颗粒的尺寸大小为10纳米-50纳米；所述荧光纳米颗粒的核壳比例为3:1-3:3。
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