基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子元器件技術領域，涉及基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子信息技術的不斷發展，電子信息產品已經逐漸滲透到了人們生活工作學習的每個環節，人們對于低成本、低功耗、輕便小型化的電子器件的需求日益增加，基于硅的傳統的非揮發性存儲器已經難以滿足以上新的需求，有機浮柵存儲器是基于有機薄膜場效應晶體管發展起來的新型有機電子器件，因其具有典型的結構及傳統存儲器無法比擬的特點，而受到人們的廣泛關注，是未來非常具有應用前景的一類新型電子器件。
[0003]有機浮柵存儲器的結構與有機薄膜場效應晶體管(organic field effecttransistors簡稱OFETs)的相似，不同之處是，有機浮柵存儲器除了具有OFETs的基本組成部分外，還有隧穿絕緣介質層和電荷存儲單元。隧穿絕緣介質層是介于有源層和電荷存儲層之間的，起到隔離作用；電荷存儲單元(比如金屬納米顆粒層、電介體層等)嵌于隧穿絕緣介質層和柵絕緣介質層之間作為器件的浮柵，是影響器件存儲窗口大小的關鍵因素，存儲窗口是表征有機浮柵存儲器性能的重要指標之一。
[0004]實驗結果表明，金屬納米顆粒層作為器件的浮柵在改善器件的存儲窗口性能方面表現出很大的優越性，但其制備條件比較苛刻，在改善器件存儲窗口的同時，增加了器件的制造成本；另外，據目前相關研究表明，基于有機場效應晶體管的浮柵存儲器存在的主要問題是器件的保持特性差，且需要很高的工作電壓(高于20V)。因此，降低基于有機場效應晶體管浮柵存儲器的工作電壓及實現器件高密度存儲是極具科學意義與實用價值的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器及其制備方法，解決現有的有機場效應晶體管浮柵存儲器的工作電壓過高，制造成本高的問題。
[0006]本發明基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器所采用的技術方案是:
[0007]柵電極采用厚度為100?300nm重摻雜的低阻單晶硅襯底；
[0008]形成于柵電極硅襯底表面的柵絕緣介質層；
[0009]嵌于柵絕緣介質層與隧穿絕緣介質層之間的多晶硅浮柵，作為電荷存儲單元；
[0010]形成于浮柵表面的隧穿絕緣介質層；
[0011]在隧穿絕緣介質層表面上生長有機半導體材料，形成器件的有源層；
[0012]在有源層表面，通過金屬掩膜真空蒸鍍金屬，形成器件的源極、漏極。
[0013]進一步，所述有源層導電溝道長度為ΙΟμπι。
[0014]基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器的制備方法:
[0015](I)采用離子注入或擴散的方法對清洗好的硅片進行重摻雜，摻雜濃度為1is?12Vcm3,以形成柵極與探針間的歐姆接觸；
[0016](2)在重摻雜后的娃片表面生長一層S12,厚度為150?300nm，采用熱氧化生長或化學氣相淀積(CVD)方法，形成柵絕緣介質層；
[0017](3)利用LPCVD (低壓力化學氣相沉積法)在柵絕緣介質層表面生長厚度為20?SOnm的多晶硅薄膜作為器件的浮柵，然后利用離子注入或擴散的方法對多晶硅浮柵進行輕摻雜，摻雜濃度為115?10 17/cm3，摻雜后將樣品在800?900°C的條件下，進行5?10分鐘退火處理，消除晶格損傷，實現雜質離子在多晶硅浮柵中的均勻分布；
[0018](4)在多晶娃表面制備隧穿絕緣介質層，隧穿絕緣介質層是在多晶表面表面利用LPCVD生長厚度為10?30nm的高K薄膜介質材料；
[0019](5)有源層通過真空蒸鍍或溶液旋涂方法形成，厚度約為50?70nm,有源層導電溝道長度10?70 μ m，有源層材料為P型的并五苯，酞菁銅，3-己基噻吩的聚合物(P3HT)或η型的富勒烯(C6。)，全氟并五苯中的一種，然后將樣品置于烘烤箱，在真空氛圍、50?80°C條件下進行30分鐘退火處理；
[0020](6)對器件進行低溫快速退火處理，形成致密均勻的有源層，提高載流子在有源層的迀移率；
[0021](7)采用真空蒸鍍法或磁控濺射法在有源層上制備漏極和源極，源漏電極是Au，Cu，Al，Ni材料中的一種，其厚度為40?10nm,長度2?4μπι。
[0022]進一步，所述步驟(4)中高K薄膜介質材料為二氧化娃，氧化招，氧化哈。
[0023]本發明的有益效果是降低基于有機場效應晶體管浮柵存儲器的工作電壓，實現器件的高密度存儲，提高器件保持特性，降低器件制造成本。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明實施例基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器的結構剖面示意圖；
[0025]圖2為存儲器制備工藝中熱氧化生長Si02 ;
[0026]圖3為存儲器制備工藝中低壓化學氣相淀積(LPCVD)生長多晶硅；
[0027]圖4為存儲器制備工藝中LPCVD生長Si02 ；
[0028]圖5為存儲器制備工藝中真空蒸鍍并五苯(pentacene)；
[0029]圖6為存儲器制備工藝中金屬掩膜蒸鍍Au電極。
【具體實施方式】
[0030]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0031]本發明的基于有機場效應晶體管的多晶硅浮柵存儲器的結構如圖1所示，其制備工藝如下:
[0032]I)將清洗好的重摻雜硅片放入熱氧化爐，在硅表面I熱氧化生長一層厚度約為150?300nm的S12薄層，形成器件的柵絕緣介質層2，如圖2。
[0033]2)利用CVD方法，在S1^面生長厚度為20?40nm(淀積速率約為5nm/分鐘)的多晶硅層作為器件的浮柵3，如圖3。
[0034]3)利用離子注入法，在多晶硅浮柵區域進行低濃度的砷離子摻雜(摻雜濃度約為116/cm3) ο
[0035]4) 一次退火，對上述樣品在800?900°C的條件下，進行5分鐘退火處理，消除晶格損傷，實現雜質離子在多晶硅浮柵中的均勻分布。
[0036]5)利用LPCVD方法在多晶硅浮柵表面生長一層厚度為1nm (淀積速率為Inm/分鐘)的均勻高純度的S1Jl作為器件的隧穿