[发明专利]一种基于氧化石墨烯的柔性阻变存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯的柔性阻变存储器及其制备方法。

背景技术

随着集成电路的发展，人们对于半导体器件的需求不仅仅局限于性能的增加，而是扩展到更多的方面。比如柔性器件，可以折叠卷曲。这种特性使得复杂环境下的应用变得可能。

目前柔性电子器件发展遇到的难题之一就是柔性有机衬底不能耐受高温，所以器件制造过程中所必须的热预算必须降低。为了得到性能良好的传统阻变材料，例如Al₂O3，HfO₂，TiO₂，Cu_xO等，其生长温度必须控制在反应温度窗口之内，而这个温度高于大部分柔性衬底所能耐受的最高温度。所以，为了获得性能良好的阻变存储器，必须采用新型的材料或者制备工艺。

阻变存储器是一种新概念的存储器，被证明具有良好的尺寸缩小潜力，能够在未来高密度集成，而且它的存储窗口优秀，具有良好的数据保持特性和抗擦写能力。其原理在于，阻变材料在外加电压的激励下，能够在高阻状态和低阻状态之间实现转换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优良、工艺简单的柔性阻变存储器及其制备方法。

本发明提供的柔性阻变存储器，包括：

由柔性材料组成的衬底；

位于柔性衬底上的下电极；

位于衬底、下电极之上的氧化石墨烯阻变功能层；

位于上述结构之上的上电极。

本发明还提供上述基于氧化石墨烯的柔性阻变存储器的制备方法，具体步骤包括：

（1） 在柔性衬底上生长下电极；

（2） 预处理衬底表面，配制氧化石墨烯与乙醇的混合溶液； 

（3） 室温下，在上述柔性衬底上旋涂氧化石墨烯乙醇混合溶液，得到氧化石墨烯阻变功能层；该阻变功能层的厚度可根据需要，通过控制转速和溶液浓度实现；

（4） 将经过上述步骤处理的柔性衬底在热板上进行热烘烤，使除了氧化石墨烯以外的溶剂蒸发；

（5） 在经过上述步骤处理的柔性衬底上生长上电极。

本发明中，所述的衬底材料为聚乙烯对苯二酸脂（PET）、聚酰亚胺、硅橡胶、聚对苯二甲酸乙二醇脂、硅树脂等有机聚合物材料或者金属陶瓷。

本发明中，所述预处理衬底表面，是采用氧气等离子体处理柔性衬底下电极，同时配制氧化石墨烯与乙醇的混合溶液，以利于旋涂氧化石墨烯溶液时，在旋涂中成膜。通常，氧气等离子体处理柔性衬底下电极时间为4--8秒；配制的混合溶液中，氧化石墨烯水溶液和乙醇溶液体积比为2：1～4：1为宜；室温下旋涂氧化石墨烯乙醇混合溶液时，控制转速为800-1400转每分钟较好。 

本发明中，在热板上进行热烘烤的温度为65--80摄氏度，时间为4—8分钟，使溶剂挥发。

本发明中，所述生长上电极，可以利用光刻方法或者硬掩膜版方法，或者采用电子束蒸发、热蒸发或者物理气相沉积的方法。

本发明中，所述的上、下电极材料为Pt，Al，Au，Pd，Ni，TiN，或者石墨烯，ITO等。

本发明中，所述的氧化石墨烯溶液，可以通过氧化石墨方式制备。

本发明所提出的基于氧化石墨烯的柔性阻变存储器的技术优点为：

1、由于氧化石墨烯的化学结构，在碳原子平面上存在着大量的氧官能团，如羧基，羟基，桥连氧等，而且这些官能团能够在电压的激励下进行有向的移动。未与氧官能团结合的碳原子是sp²态，能够形成导电通道。所以，通过外加电压使得氧官能团移动离开碳原子，就能够使宏观器件从高阻态转变成为低阻态。

2、对衬底进行氧等离子体的预处理和制备氧化石墨烯与乙醇混合液，能够增强旋涂氧化石墨烯溶液成膜的成功率，之后的烘烤过程可以使溶剂有效挥发。

3、采用室温下旋涂氧化石墨烯工艺，作为阻变功能层，避免了高温生长工艺对于衬底的破坏。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，近年来被广泛研究。氧化石墨烯sp²和sp³态导电性差别和相互转换在很多报道中得到证实。采用室温旋涂氧化石墨烯的方法，可以保证擦写窗口的同时，大大降低热预算。

附图说明

图1 为一种基于氧化石墨烯的柔性阻变存储器单元实例的剖面图。

图2是实施例氧化石墨烯阻变存储器的阻变特性检测曲线。

图3~图5是制备氧化石墨烯阻变存储器的各步骤的流程示意图。