[发明专利]一种超低功耗有机阻变存储器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机电子学和CMOS混合集成电路技术领域，具体涉及一种超低功耗有机阻变存储器件及其制备方法。

背景技术

随着集成电路和计算机系统正变得越来越复杂，功耗问题也日益突出。存储器作为电路和系统中必不可少的一个组成部分，其功耗在设计中的地位已变得越来越重要。目前市场上的非挥发性存储器主要以闪存(flash memory)为主，但随着集成电路的技术节点不断向前推进，闪存技术将达到其物理极限而无法满足电子器件微型化和低功耗的需求。因此，近年来以阻变存储器为代表的新一代存储技术已成为倍受关注的研究热点。

阻变存储器(Resistive Random Access Memory，简称RRAM)是一种全新的非挥发型存储器件，阻变存储器的存储单元一般为金属/功能薄膜层/金属三层结构，称三明治结构。其基本原理在于，材料的电阻在外加电压或电流的激励下可在高阻态(“0”状态)和低阻态(“1”状态)之间实现可逆转换，从而实现数据存储(存“0”或存“1”)的功能。同传统flash相比，阻变存储器具有结构和制备工艺简单、速度快等优点。同时，阻变存储器由于简单的单元结构，可以采用交叉阵列结构制备成存储阵列。这种交叉阵列结构工艺简单、密度高、并具有较好的等比缩小能力，体现了制备多层重叠交叉阵列和三维集成的潜力。另外，在RRAM中还存在多电平电阻转变现象，可以利用多个电阻状态存储多个信息，在不改变存储单元体积的条件下实现更多信息的存储。基于有机材料制备的有机阻变存储器除具有上述特点外，还具备柔韧可弯曲等优点，另外有机材料一般可降解，有利于环境保护和避免电子污染。有机阻变存储器可广泛应用在RF电子标签、电子书(e-paper)等柔性电子系统中。

为了解决功耗问题，目前已有基于无机材料实现低功耗的阻变存储器的报道。但却从未见到关于有机阻变存储器实现超低功耗的报道，高功耗在很大程度上阻碍了有机阻变存储器的发展和应用。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种基于单一有机材料实现超低功耗并且与CMOS标准光刻工艺相兼容的有机阻变存储器件及其制备方法。

本发明的技术方案是：

一种超低功耗有机阻变存储器件，制备在硅基或其他类型衬底上，器件单元为MIM电容结构，该MIM结构的底层为金属或非金属导电薄膜等惰性电极，顶层为金属Al等活性电极，中间功能层为二次或二次以上淀积生长的聚对二甲苯聚合物膜。本发明将多次淀积生成的聚对二甲苯聚合物膜作为功能层，实现存储器的编程电流小于0.5uA，存储器的擦除电流降至10nA左右或更低，真正实现有机阻变存储器的超低功耗操作。

所述顶层电极为金属Al、Cu或Ag等活性电极，电极厚度在100nm和400nm之间。

所述聚对二甲苯聚合物为C型聚对二甲苯、N型聚对二甲苯或D型聚对二甲苯。利用聚合物(Polymer)化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)技术二次或二次以上淀积制备，总厚度在30和60nm之间。

所述底层电极为金属Pt、W等惰性电极或氧化锡铟(ITO)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)等非金属导电电极，厚度范围在100nm和400nm之间。

一种超低功耗有机阻变存储器的制备方法，其步骤包括：

1)在硅基片上溅射惰性金属或其他非金属导电薄膜，光刻，定义底层电极；

2)在底层电极上分采用聚合物(Polymer)化学气相沉积CVD(Chemical Vapor Deposition)技术二次或二次以上淀积聚对二甲苯聚合物薄膜，作为中间功能层；

3)在有机功能层上溅射活性金属薄膜，光刻、剥离定义顶层电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明使用有机阻变材料取代了传统的无机阻变材料，是适应未来发展的绿色环保器件。

2)本发明采用同一种材料通过多次垫积制备超低功耗有机阻变存储器，制备过程简单，几乎不涉及高温工艺，易于大面积化，降低了能耗，节省了制备时间，而且与现有工艺具有良好的兼容性。可降低设备成本和工艺成本，从而降低器件的制备成本。

3)本发明所制备出的超低功耗有机阻变存储器的编程和擦除电流都很小，比单次淀积聚对二甲苯薄膜制备的有机阻变存储器操作电流低出5-6个数量级，真正的实现超低功耗。同时保证器件的电流开关比高于10⁴。