[发明专利]一次写入多次读取的电存储器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种高可靠的可一次写入多次读取的电存储器件及其制备方法。

背景技术

微电子技术的发展有二个明显的趋势：一是希望制作成本更低，工艺更简单，性能指标则要更好；二是希望电子器件的尺寸可以继续沿着Moore定律不断细化下去，这样集成电路的集成度可以继续大幅度提高。为满足这种强烈的技术和社会需要，信息技术的发展特别需要另辟蹊径。其中，开发出高性能的材料，发展有效并且可行的工艺技术是本领域的关键。

在电子器件中，功能介质层薄膜的稳定性和性能指标直接关系到器件的性能。因此，如何制备与电子器件相适应的功能介质层是本技术领域中的焦点所在。

本发明提出一种用于薄膜电子器件的配位聚合物功能介质层及其制备方法，采用本发明提出的配体分子材料和工艺条件，可以使电子器件的性能指标、稳定性以及成品率得到大幅度提高。这种器件可作为一次写入多次读取器件(WORM)来使用。([1]S.Moller，C.Perlov，W.Jackson，et al.，A polymer/semiconductor write-once-read-many-times memory.Nature，426：166(2003).)

发明内容

本发明的目的在于提出一种一次写入电存储器件(WORM)。器件结构为：铜-配位聚合物介质层-铝(Cu-Coordination polymer-Al)结构，二端的金属层做电极，如图1(a)所示。

本发明提出一次写入电存储器件制备方法中的核心制备工艺是制作其中的配位聚合物介质层。

本发明提出的一次写入电存储器件中配位聚合物介质层的制备方法涉及二方面关键问题：一是选择特定结构的有机配体分子材料；二是采用化学工艺学方法通过固-液界面的化学反应原位形成稳定的配位聚合物薄膜。

本发明选用的配体分子材料为：2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑；英文名称为2，5-Dimercapto-1，3，4-thiadiazole.该分子材料的分子式为C₂H₂N₂S₃，简称N2S3，结构式如图1(b)所示。这种有机配体分子在溶液中能够与铜底电极反应，从而在铜底电极表面上原位形成配位聚合物薄膜。

本发明提出一次写入电存储器件的制备步骤如下：(1)采用乙醇或者N，N-二甲基甲酰胺(DMF)做溶剂，配制浓度为0.01～20克/升的N2S3配体分子溶液；(2)在载波片上通过真空热蒸发方法沉积厚度为150～300纳米的铜膜作为底电极(电极的形状由掩膜确定)；(3)将铜膜底电极浸入N2S3配体分子溶液中，自然放置0.5～48小时，然后将电极取出，用大量溶剂洗涤，静置晾干或者用电吹风吹干，即在铜膜上面形成配位聚合物介质层；该介质层厚度为20-50纳米，(4)在配位聚合物介质层的表面上蒸镀80-150纳米厚的铝膜，作为顶电极。铜底电极与铝顶电极交叉重合部分的面积定义为薄膜器件的尺寸，其大小为0.2-0.3mm²。

本发明中，电阻开关器件的基本结构与通常的一致，即底电极为横向条状，均匀排列；顶电极为纵向条状，均匀排列，底电极与顶电极的纵横交叉点为一个开关器件，面积为0.2-0.3mm²，底电极和顶电极的所有交叉点组成一个开关器件阵列。

通过前述方法制备的薄膜器件其原初状态为高电阻态，阻值通常在10⁸～10⁹欧姆。当铜电极与外加信号源正极连接，铝电极接地的情况下，外加正向电压信号(小于2.5伏)，薄膜器件由高电阻态跃迁为底电阻态，低电阻状态的阻值非常小，通常为几欧姆～几十欧姆，该转变过程相当于电信号的写入。器件的初态与写入后状态的阻值比高达10⁷～10⁸倍。写入前的状态和写入后的状态可以分别用0.1～0.3伏的小电压信号读出，在读的过程中二种状态都能保持不变，说明小电压信号的“读取”作用不会改变器件的状态。在大气环境中放置很长时间后，再用小电压信号读，发现器件的状态仍然保持不变。说明无论是读出过程，还是自然放置过程，器件的状态保持不变。