柔性阻變存儲(chǔ)器、單元結(jié)構(gòu)及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了柔性阻變存儲(chǔ)器、單元結(jié)構(gòu)及制備方法，該柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)包括：柔性襯底；位于柔性襯底上的基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管；場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極用于與接地信號(hào)相連；覆蓋于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元，其一端與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極相連接，另一端用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)相連。采用基于柔性襯底的半導(dǎo)體性單壁碳納米管晶體管，充分利用了單壁碳納米管獨(dú)特的電學(xué)特性和優(yōu)異的材料特性，可用于實(shí)現(xiàn)柔性有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的信號(hào)讀寫，并可進(jìn)一步利用柔性碳納米管晶體管構(gòu)建存儲(chǔ)陣列的譯碼電路，從而真正實(shí)現(xiàn)超高密度的柔性有機(jī)阻變存儲(chǔ)器。
【專利說(shuō)明】柔性阻變存儲(chǔ)器、單元結(jié)構(gòu)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，及具有 該單元結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器，以及制備該柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 物聯(lián)網(wǎng)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)綜合技術(shù)，其核心技術(shù)涉及到智能傳感、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以 及信號(hào)處理等多個(gè)方面。柔性可穿戴電子系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)的基本元素，近年來(lái)得到了迅速 發(fā)展，對(duì)于柔性晶體管、傳感器、存儲(chǔ)器等方面的研究也逐漸成為熱點(diǎn)課題。
[0003] 基于有機(jī)材料構(gòu)建的有機(jī)阻變存儲(chǔ)器（RRAM)是目前柔性存儲(chǔ)器研究中的一個(gè)重 要方向，有機(jī)材料的低成本、易加工、可折疊等優(yōu)點(diǎn)和特性使其具有非常廣闊的應(yīng)用前景， 目前已經(jīng)有眾多研究結(jié)果報(bào)道了基于各種類型有機(jī)材料的柔性存儲(chǔ)器的性能，主要包括有 機(jī)小分子、聚合物、施主/受主型有機(jī)復(fù)合物以及摻雜無(wú)機(jī)納米顆粒的有機(jī)化合物等。但是 所有這些研究結(jié)果都只是展示了柔性存儲(chǔ)器的基本單元結(jié)構(gòu)的性能，而任何存儲(chǔ)器要獲得 真正的實(shí)際應(yīng)用都必須實(shí)現(xiàn)超高密度的存儲(chǔ)陣列，以及與之相對(duì)應(yīng)的譯碼電路和單元讀寫 電路。對(duì)于RRAM存儲(chǔ)單元而言，場(chǎng)效應(yīng)晶體管是構(gòu)建單元讀寫電路和譯碼電路的理想元 件，因此基于有機(jī)材料的柔性RRAM存儲(chǔ)單元必須要有高性能的柔性晶體管才能構(gòu)建大規(guī) 模存儲(chǔ)陣列，從而真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品級(jí)的柔性存儲(chǔ)器應(yīng)用。盡管目前基于有機(jī)材料的薄膜晶體 管已經(jīng)在柔性晶體管的應(yīng)用研究中發(fā)展的較為成熟，但是有機(jī)材料的低遷移率特性極大地 限制了柔性薄膜晶體管的器件性能，使之很難與RRAM存儲(chǔ)單元的性能相匹配，因此，探索 性能匹配的柔性晶體管仍然是實(shí)現(xiàn)柔性RRAM存儲(chǔ)器廣泛應(yīng)用的研究方向之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提出一種柔性阻變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)及其制備方 法、以及具有該單元結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器，該結(jié)構(gòu)利用柔性碳納米管晶體管結(jié)合柔性阻 變存儲(chǔ)單元構(gòu)建基本陣列的單元結(jié)構(gòu)，其可以與現(xiàn)有的柔性阻變存儲(chǔ)器相匹配。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其包括：
[0006] 柔性襯底；
[0007] 基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其位于所述柔性襯底上；所述場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的柵極用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極用于與接地信號(hào)相 連；
[0008] 基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元，其覆蓋于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上，其一 端與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極相連接，另一端用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)相連。
[0009] 優(yōu)選地，所用柔性襯底材料包括聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧 烷、聚對(duì)二甲苯。
[0010] 優(yōu)選地，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括采用碳納米管薄膜、單根碳納米管、或碳納米管平 行陣列制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 toon] 優(yōu)選地，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括采用頂柵結(jié)構(gòu)和背柵結(jié)構(gòu)。
[0012] 優(yōu)選地，所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元采用的有機(jī)材料包括：有機(jī)小分子、聚合物、施主 /受主型有機(jī)復(fù)合物或摻雜無(wú)機(jī)納米顆粒的有機(jī)化合物。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種柔性阻變存儲(chǔ)器，其包括柔性阻變存儲(chǔ)器陣列，所述柔性阻 變存儲(chǔ)器陣列具有上述的單元結(jié)構(gòu)。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種上述柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括：
[0015] 步驟01 :在柔性襯底上制備半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括制備源 極、漏極和柵極；
[0016] 步驟02 :在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上制備所述基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ) 單元；
[0017] 步驟03 :將所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的一端引出，用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)連接；將所 述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極引出，用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連接；將所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引 出，用于與接地信號(hào)相連接。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟01中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備包括：在柔性襯底上制備背柵 和沉積柵介質(zhì)，然后在柵介質(zhì)上形成單壁碳納米管，在所述單壁碳納米管上制備源極和漏 極；或者，
[0019] 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備包括：在柔性襯底上形成單壁碳納米管，在所述單壁碳 納米管上制備源極、漏極，然后沉積柵介質(zhì)和制備頂柵。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟02中，所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的制備包括：在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體 管上沉積有機(jī)阻變材料層，從而形成所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元；
[0021] 所述步驟03具體包括：首先，經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的 源極上的所述有機(jī)阻變材料層中、以及對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上的所述柵介質(zhì)中 和所述有機(jī)阻變材料層中刻蝕出通孔；然后，在所述通孔中填充金屬材料；最后，在所述通 孔以及對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上方的所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元頂部沉積接觸塊，從 而完成所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極、柵極和所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出。
[0022] 優(yōu)選地，所述步驟02中，所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的制備包括：在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體 管上沉積有機(jī)阻變材料層；然后通過(guò)光刻和刻蝕工藝，保留位于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極 上方的所述有機(jī)阻變材料層，從而形成所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元；
[0023] 所述步驟03具體包括：
[0024] 步驟031，在所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元以外的所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管上方沉積一層介質(zhì) 層；
[0025] 步驟032,經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極上方的介質(zhì)層中 以及對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上方的柵介質(zhì)中和介質(zhì)層中刻蝕出通孔；
[0026] 步驟033,在所述通孔中填充金屬材料；
[0027] 步驟034,在所述通孔以及所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元頂部沉積接觸塊，從而完成所述 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極、柵極和所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出。
[0028] 本發(fā)明所提出的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，采用了基于柔性襯底的半導(dǎo)體性單 壁碳納米管晶體管作為柔性晶體管，這一結(jié)構(gòu)充分利用了單壁碳納米管獨(dú)特的電學(xué)特性和 優(yōu)異的材料特性。半導(dǎo)體性的單壁碳納米管具有非常高的載流子遷移率，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管 中可表現(xiàn)出彈道輸運(yùn)特性，是制備高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的理想材料，同時(shí)，其還在材料特 性方面表現(xiàn)出良好的機(jī)械柔韌性和延展性以及光學(xué)透明性，因此，單壁碳納米管晶體管是 一種非常理想的高性能的柔性晶體管，可用于實(shí)現(xiàn)柔性有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的信號(hào)讀寫，并 可進(jìn)一步利用柔性碳納米管晶體管構(gòu)建存儲(chǔ)陣列的譯碼電路，從而真正實(shí)現(xiàn)超高密度的柔 性有機(jī)阻變存儲(chǔ)器。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)的電路示意圖
[0030] 圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖
[0031] 圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖
[0032] 圖4為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)的制備方法的流程 示意圖
[0033] 圖5為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的基于1T-1R型陣列單元所構(gòu)建的4x4存儲(chǔ)陣列 的示意圖
[0034] 圖6為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的基于碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管所構(gòu)建的4位地址 譯碼電路的示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一 步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0036] 本發(fā)明提供了一種柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其包括：柔性襯底；位于柔性襯 底上的基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管；一端與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極相連接的 基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元；其中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連， 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極用于與接地信號(hào)相連，有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的另一端用于與存儲(chǔ)位線信 號(hào)相連。
[0037] 以下將結(jié)合附圖1-3和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)作進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明。其中，圖1為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的1T-1R型柔性RRAM陣列單元結(jié)構(gòu) 的電路示意圖，圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的1T-1R型柔性RRAM陣列單元結(jié)構(gòu)的立體 結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的1T-1R型柔性RRAM陣列單元結(jié)構(gòu)的截面結(jié) 構(gòu)示意圖。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清 晰地達(dá)到輔助說(shuō)明本實(shí)施例的目的。
[0038] 本實(shí)施例中，柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參閱圖2-圖3,包括：
[0039] 柔性襯底1 ;這里，柔性襯底材料包括聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基 硅氧烷、聚對(duì)二甲苯等。如圖3所示，在柔性襯底1采用聚酰亞胺材料，在柔性襯底1上具 有背柵2。
[0040] 基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管4的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，采用背柵結(jié)構(gòu)，其位于柔性襯底1 上；場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極2用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極6用于與接地信 號(hào)相連；場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括采用碳納米管薄膜、單根碳納米管、或碳納米管平行陣列制備的 場(chǎng)效應(yīng)晶體管；如圖2所示，本實(shí)施例中，碳納米管4平行陣列位于背柵2上，在背柵2表面 和碳納米管4之間覆蓋有柵介質(zhì)層3,柵介質(zhì)層3用于隔離背柵2與碳納米管4、源極6/漏 極5,避免其接觸發(fā)生漏電；源極6和漏極5分別位于碳納米管4平行陣列的兩端；當(dāng)然，在 其它實(shí)施例中，基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管亦可采用頂柵結(jié)構(gòu)，頂柵結(jié)構(gòu) 可以采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對(duì)此不再贅述。需要說(shuō)明的是，圖2中為了便于表達(dá)，未顯示 出柵介質(zhì)層3,但這不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0041] 基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元7,其一端與場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極5相連接，另 一端用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)相連。有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元7采用的有機(jī)材料可以包括：有機(jī)小分 子、聚合物、施主/受主型有機(jī)復(fù)合物或摻雜無(wú)機(jī)納米顆粒的有機(jī)化合物等。本實(shí)施例中， 有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元7覆蓋于整個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上，其采用聚對(duì)二甲苯材料，如圖3所示。在 本發(fā)明的其它實(shí)施例中，有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元也可以只覆蓋于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上方。
[0042] 上述柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明中稱為1T-1R型結(jié)構(gòu)。
[0043] 需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，為了使所形成的柔性阻變存儲(chǔ)器的單 元結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極、柵極引出時(shí)，需要在引出電極層和源極、柵極之 間形成介質(zhì)層，并利用通孔將源極、柵極和引出電極層相連。在本實(shí)施例中，如圖2和圖3所 示，有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元7覆蓋在整個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管上，其上方直接沉積一接觸塊9,在源極6 上方利用填充有金屬的通孔8將源極6引出，并與接觸塊10相連；在柵極2上方利用填充 有金屬的通孔8將柵極2引出，并與接觸塊11相連。這里，接觸塊9、10和11位于引出電 極層。圖2中為了顯示通孔8,將有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元7對(duì)應(yīng)于漏極5上方的部分保留，其余 有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元7部分未顯示。
[0044] 將上述1T-1R型結(jié)構(gòu)的有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的單元的柵極、源極和有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元 分別與字線信號(hào)、接地信號(hào)和位線信號(hào)相連接，即形成了如圖1中所示的1T-1R型結(jié)構(gòu)的電 路。
[0045] 以下結(jié)合附圖4,對(duì)本發(fā)明的上述柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)的制備方法作詳細(xì) 說(shuō)明。
[0046] 請(qǐng)參閱圖4,本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)的制備方法 包括：
[0047] 步驟01 :在柔性襯底上制備半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括制備源 極、漏極和柵極；
[0048] 步驟02 :在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上制備基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單兀；
[0049] 步驟03 :將有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的一端引出，用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)連接；將場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的柵極引出，用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連接；將場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引出，用于與接地 信號(hào)相連接。
[0050] 在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管為背 柵結(jié)構(gòu)，其制備方法包括：在柔性襯底上依次形成背柵、柵介質(zhì)層、碳納米管、和源極/漏 極。這里，碳納米管可以在其它襯底上制備，然后轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以知曉的，在這里對(duì)碳納米管的制備和轉(zhuǎn)移不再贅述。當(dāng)然，現(xiàn)有的任何可以制備背柵結(jié) 構(gòu)的碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法均可以應(yīng)用于本發(fā)明。
[0051] 在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管為 頂柵結(jié)構(gòu)，其制備方法包括：在柔性襯底上依次形成碳納米管、源極、漏極、柵介質(zhì)層和頂 柵。這里，現(xiàn)有的任何可以制備頂柵結(jié)構(gòu)的碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法均可以應(yīng)用于本 發(fā)明。
[0052] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的制備包括在場(chǎng)效應(yīng)晶體管上沉積 有機(jī)阻變材料層，從而形成有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元，沉積有機(jī)阻變材料層的方法可以但不限于 采用有機(jī)CVD法；然后，源極、柵極以及有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出，可以包括：
[0053] 首先，經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在對(duì)應(yīng)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極上的有機(jī)阻變材料層中、 以及對(duì)應(yīng)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上的柵介質(zhì)中和有機(jī)阻變材料層中刻蝕出通孔；
[0054] 然后，在通孔中填充金屬材料；
[0055] 最后，在通孔以及對(duì)應(yīng)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上方的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元頂部沉積 接觸塊，從而完成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極、柵極和有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出。
[0056] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，阻變存儲(chǔ)單元的制備包括：
[0057] 首先，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管上沉積有機(jī)阻變材料層；沉積有機(jī)阻變材料層的方法可以 但不限于采用有機(jī)CVD法，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉的，本發(fā)明對(duì)此不再贅述；
[0058] 然后，通過(guò)光刻和刻蝕工藝，保留位于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上方的有機(jī)阻變材料 層，從而形成有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元，例如，先經(jīng)光刻在光刻膠中形成阻變存儲(chǔ)單元的圖形，然 后再依此光刻膠為掩膜刻蝕有機(jī)阻變材料層得到有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元。具體的刻蝕工藝參數(shù) 可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來(lái)設(shè)定。
[0059] 在制備好有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元之后，進(jìn)行源極、柵極和有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的一端的 引出，從而使其可以對(duì)應(yīng)連接于各個(gè)信號(hào)源上。引出的方式可以采用：首先沉積介質(zhì)層、刻 蝕出通孔和填充金屬，然后在通孔上形成接觸塊。其具體步驟如下：
[0060] 步驟031，在有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元以外的場(chǎng)效應(yīng)晶體管上方沉積一層介質(zhì)層；
[0061] 步驟032,經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極上方的介質(zhì)層中以及場(chǎng)效應(yīng) 晶體管的柵極上方的柵介質(zhì)中和介質(zhì)層中刻蝕出通孔；
[0062] 步驟033,在通孔中填充金屬材料；
[0063] 步驟034,在通孔以及有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元頂部沉積接觸塊，從而完成場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的源極、柵極和有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出。
[0064] 本發(fā)明還提供了一種柔性阻變存儲(chǔ)器，其包括由上述多個(gè)柔性阻變存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu) 的陣列；如圖5所示，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的基于1T-1R型陣列單元所構(gòu)建的4x4存 儲(chǔ)陣列的示意圖；其包含16個(gè)1T-1R型的有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的單元以及相應(yīng)的字線譯碼電路 W和位線譯碼電路B，其中，字線譯碼電路W和位線譯碼電路B可由柔性碳納米管晶體管形 成，進(jìn)而則可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元陣列。
[0065] 圖6示出了本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的基于碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管所構(gòu)建的4位 字線譯碼電路的示意圖，其實(shí)際上是一個(gè)基于PMOS傳輸門邏輯的2輸入4位地址譯碼器， 之所以選擇PMOS傳輸門構(gòu)建地址譯碼器，是因?yàn)樵诖髿猸h(huán)境中所制備的碳納米管晶體管 通常表現(xiàn)為穩(wěn)定的PMOS特性。在圖6所示的字線譯碼電路中，AO和Al為信號(hào)輸入端，其 對(duì)應(yīng)的反信號(hào)輸入分別為丨10;和--，WLO、WL1、WL2、WL3則為4位字線輸出端，VDD和GND 則分別為譯碼電路的高電平和低電平輸入端，EN則是譯碼電路的使能控制輸入端，用于控 制譯碼電路的工作狀態(tài)。該電路的簡(jiǎn)單工作原理如下：當(dāng)EN控制端為低電平時(shí)，譯碼電路 處于正常工作狀態(tài)，此時(shí)當(dāng)AO = O且Al = O時(shí)，WLO信號(hào)選通，以此類推，當(dāng)AO = 1且Al =0時(shí)，WLl信號(hào)選通，當(dāng)AO = 0且Al = 1時(shí)，WL2信號(hào)選通，當(dāng)AO = 1且Al = 1時(shí)，WL3 信號(hào)選通。同樣的，利用碳納米管晶體管所構(gòu)建的4位位線譯碼電路也可以與圖6中所列 的字線譯碼電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)，只需將四個(gè)字線輸出端WLO、WLl、WL2、WL3相應(yīng)的更 換為四個(gè)位線譯碼輸出端BL0、BL1、BL2、BL3即可。由此，由字線譯碼的四個(gè)字線輸出端和 位線譯碼電路中的四個(gè)位線譯碼輸出端的信號(hào)選通狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述圖6中的每一個(gè)柔性 阻變存儲(chǔ)器單元的讀寫操作。
[0066] 綜上所述，本發(fā)明的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，采用了基于柔性襯底的半導(dǎo)體 性單壁碳納米管晶體管作為柔性晶體管，這一結(jié)構(gòu)充分利用了單壁碳納米管獨(dú)特的電學(xué)特 性和優(yōu)異的材料特性。半導(dǎo)體性的單壁碳納米管具有非常高的載流子遷移率，在場(chǎng)效應(yīng)晶 體管中可表現(xiàn)出彈道輸運(yùn)特性，是制備高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的理想材料，同時(shí)，其還在材 料特性方面表現(xiàn)出良好的機(jī)械柔韌性和延展性以及光學(xué)透明性，因此，單壁碳納米管晶體 管是一種非常理想的高性能的柔性晶體管，可用于實(shí)現(xiàn)柔性有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的信號(hào)讀 寫，并可進(jìn)一步利用柔性碳納米管晶體管構(gòu)建存儲(chǔ)陣列的譯碼電路，從而真正實(shí)現(xiàn)超高密 度的柔性有機(jī)阻變存儲(chǔ)器。
[0067] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例而 已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若 干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括： 柔性襯底； 基于半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其位于所述柔性襯底上；所述場(chǎng)效應(yīng)晶 體管的柵極用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極用于與接地信號(hào)相連； 基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元，其覆蓋于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上，其一端與 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極相連接，另一端用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所用柔性襯底材 料包括聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)二甲苯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體 管包括采用碳納米管薄膜、單根碳納米管、或碳納米管平行陣列制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體 管包括采用頂柵結(jié)構(gòu)或背柵結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述有機(jī)阻變存 儲(chǔ)單元采用的有機(jī)材料包括：有機(jī)小分子、聚合物、施主/受主型有機(jī)復(fù)合物或摻雜無(wú)機(jī)納 米顆粒的有機(jī)化合物。
6. -種柔性阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，其包括柔性阻變存儲(chǔ)器單元陣列，所述柔性阻變 存儲(chǔ)器單元陣列具有權(quán)利要求1所述的單元結(jié)構(gòu)。
7. -種權(quán)利要求1所述的柔性阻變存儲(chǔ)器的單元結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括： 步驟01 :在柔性襯底上制備半導(dǎo)體性單壁碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括制備源極、 漏極和柵極； 步驟02 :在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上制備所述基于有機(jī)材料的有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元； 步驟03 :將所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的一端引出，用于與存儲(chǔ)位線信號(hào)連接；將所述場(chǎng) 效應(yīng)晶體管的柵極引出，用于與存儲(chǔ)字線信號(hào)相連接；將所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引出，用 于與接地信號(hào)相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟01中，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的 制備包括：在柔性襯底上制備背柵和沉積柵介質(zhì)，然后在柵介質(zhì)上形成單壁碳納米管，在所 述單壁碳納米管上制備源極和漏極；或者， 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備包括：在柔性襯底上形成單壁碳納米管，在所述單壁碳納米 管上制備源極、漏極，然后沉積柵介質(zhì)和制備頂柵。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟02中，所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單 元的制備包括：在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管上沉積有機(jī)阻變材料層，從而形成所述有機(jī)阻變存儲(chǔ) 單元； 所述步驟03具體包括：首先，經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極 上的所述有機(jī)阻變材料層中、以及對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上的所述柵介質(zhì)中和所 述有機(jī)阻變材料層中刻蝕出通孔；然后，在所述通孔中填充金屬材料；最后，在所述通孔以 及對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上方的所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元頂部沉積接觸塊，從而完 成所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極、柵極和所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟02中，所述阻變存儲(chǔ)單元 的制備包括：在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管上沉積有機(jī)阻變材料層；然后通過(guò)光刻和刻蝕工藝，保 留位于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極上方的所述有機(jī)阻變材料層，從而形成所述有機(jī)阻變存儲(chǔ) 單元； 所述步驟03具體包括： 步驟031，在所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元以外的所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管上方沉積一層介質(zhì)層； 步驟032,經(jīng)光刻和刻蝕工藝，在對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極上方的介質(zhì)層中以及 對(duì)應(yīng)于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上方的柵介質(zhì)中和介質(zhì)層中刻蝕出通孔； 步驟033,在所述通孔中填充金屬材料； 步驟034,在所述通孔以及所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元頂部沉積接觸塊，從而完成所述場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的源極、柵極和所述有機(jī)阻變存儲(chǔ)單元的引出。
【文檔編號(hào)】H01L45/00GK104393011SQ201410686763
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】郭奧, 胡少堅(jiān), 周偉 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 上海華虹（集團(tuán)）有限公司, 成都微光集電科技有限公司