[发明专利]一种具有多位存储功能的非易失性存储器及其制备方法

说明书

本发明涉及非易失性存储领域，尤其涉及一种具有多位存储功能的非易失性存储器，本发明提供的非易失性存储器为底栅结构，所述非易失性存储器依次包括衬底、栅电极、三层复合结构的铁电栅介质层、有机半导体层和源‑漏电极；所述的三层复合结构的铁电栅介质层依次包括铁电薄膜、超薄绝缘层1和超薄绝缘层2；所述铁电薄膜的材质包括偏氟乙烯‑三氟乙烯‑三氟氯乙烯共聚物或偏氟乙烯‑三氟乙烯‑氯乙烯共聚物。本发明提供的具有多位存储功能的非易失性存储器的擦写电压小于40V，场效应迁移率大于0.5cm²/Vs。

技术领域

本发明涉及非易失性存储领域，尤其涉及一种具有多位存储功能的非易失性存储器及其制备方法。

背景技术

作为信息存储的载体——存储器在当前的信息产业中占据了举足轻重的地位。按照存储的信息是否能够长久保存，存储器分为易失性与非易失性两大类。根据器件结构以及存储机制，存储器有多种分类。其中，有机晶体管非易失性存储器具有单个晶体管结构的存储单元、存储信息的非破坏性读取、信息的非易失性存储、柔性应用、可低温制备、可溶液加工和成本低等优点，使其有希望成为新一代的非易失性存储技术，同时也被国际上越来越多的研究机构和大公司看好用来作为新一代的非易失性存储器。有机晶体管非易失性存储器在非易失性的信息存储、集成电路、平板显示以及各种可穿戴电子等领域具有的广泛的应用优势，近年来在全球掀起了一股研究热潮。

有机晶体管非易失性存储器指的是基于有机半导体作为有源层，制备具有有机晶体管结构的存储器件。按照存储机制，有机晶体管非易失性存储器包括铁电型与浮栅型两大类。铁电型有机晶体管非易失性存储器采用铁电材料作为栅介质层，在不同极性的擦写电压操作后，铁电栅介质层的内部偶极子排列发生变化而产生了不同的极化状态；并且，其极化状态能在撤除外加电压后持久保持，并感应了不同的源漏电流，分别对应于逻辑“1”和“0”状态，因此具有了非易失性的信息存储功能。浮栅型有机晶体管非易失性存储器采用了浮栅结构的栅介质层；在写电压操作下，电荷被存储在浮栅介质中；在擦电压操作下，存储在浮栅介质的电荷被排出；因存储在浮栅介质的电荷数量或者极性不同，而产生了不同的源漏电流，分别对应于逻辑“1”和“0”状态；电荷能够长久存储在浮栅介质中致使有机晶体管具有了非易失性的信息存储功能。

近年来，有机晶体管非易失性存储器的报道逐年增多。但是绝大多数报道的有机晶体管非易失性存储器仅仅具有1位存储功能，即：仅仅拥有逻辑0态与1态两个存储状态。具有多位存储功能(例如：2位存储，即在单个存储器单元上拥有逻辑00、01、10、11四个存储状态)的有机晶体管非易失性存储器的相关报道很少。2012年，韩国的C.Park等人采用铁电聚合物聚偏氟乙烯-三氟乙烯作为栅介质层获得了具有多位存储功能的铁电型有机晶体管非易失性存储器[Adv.Mater.(2012)24,5910]；中国台湾的陈文昌等人采用多种聚合物驻极体作为电荷俘获介质[Macromol.Rapid Commun.(2014)35,1039]；韩国的D.Kim等人以二维半导体MoS₂纳米薄片作为电荷俘获介质[Nanoscale.(2014)6,12315]；日本的C.M.Tran等人采用金属锂离子封装的富勒烯作为电荷俘获介质[Org.Electron.(2017)45,234]，分别获得了具有多位存储功能的浮栅型有机晶体管非易失性存储器。但是，这些已报道的具有多位存储功能的有机晶体管非易失性存储器普遍需要很高的擦写电压(80～200V)，不利于其实用化。因此，显著降低具有多位存储功能的有机晶体管非易失性存储器的擦写电压至合理水平是促使其能够实用化与产业化的先决条件。