[发明专利]一种薄膜晶体管存储器及其多值存储方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性电子器件领域，更准确的说涉及一种薄膜晶体管存储器及其多值存储方法。

背景技术

随着当今市场对柔性电子信息产品的需求不断增大，对柔性存储器性能、尺寸以及成本等的要求也不断提高。传统的硅基存储器受限于其制备工艺，很难与柔性衬底兼容，为了解决这一问题，本领域出现了多种结构的存储器，而在这些不同结构的存储器中，薄膜晶体管存储器性能最为突出，应用最为广泛。薄膜晶体管存储器具有在单个晶体管中存储信息、非破坏性读取、易于和电路进行集成等优点，并且在低成本射频识别、柔性传感器、柔性存储和大面积柔性显示等领域具有广阔的应用前景。

现有的柔性存储器所需解决的问题主要是如何提高存储密度以及如何降低存储成本，而解决上述问题最为有效的方法就是减小器件尺寸和实现多值存储。受制于制备工艺，现有的薄膜晶体管存储器的尺寸普遍较大，并且如何缩小薄膜晶体管存储器的尺寸并且不影响其其他性能是柔性电路发展所面临的一大难题，因此，实现多值存储成为提高薄膜晶体管存储密度、降低存储成本最为有效的途径。

多值存储技术大致可分为多级(Multi-Level-Cell)和多位(Multi-Bit-Cell)两种。其中，多级存储技术是通过控制编程条件(编程电压或编程时间)，调节编程时注入浮栅的电荷数量，使编程窗口的阈值电压分布位于不同数值的多值存储技术；多位存储技术则是将电荷同时存储在一个单元的两个以上不同物理位置上，采用多物理位存储的技术。但是多位多值存储技术对电荷的局域化分布要求较高，并且由于存储电荷的分布特性难以控制，会导致器件的可靠性下降，例如疲劳特性和保持特性。多值存储技术既克服了浮栅存储器缩小尺寸的瓶颈，又降低了每位数据存储的成本，因此多值存储技术成为了浮栅型快闪存储器提高存储密度的一种重要方法。

中国发明专利200910134374.1提出了一种含多层氧化物层的氧化物-氮化物-氧化物堆栈提高电荷存储密度，提高存储性能的方法；中国发明专利200910077724.5提出了一种采用双层金属纳米颗粒提高电荷存储密度，实现多值存储的方法；中国发明专利201110067070.5提出了两种不同的存储材料交替排列制备高密度电荷存储层的方法，也可以实现多值。但是以上方法适用于传统的硅基器件，由于工艺温度高不能使用于基于柔性衬底的薄膜晶体管存储器件。

此外，传统的多级存储技术实现多值存储，需要根据阈值电压与注入电荷俘获层的电荷量之间的关系，通过改变编程电压幅值或时间精确控制编程过程中注入电荷存储层的电量，对器件的编程可靠性要求极高。同时由于采用多级存储技术后，各存储状态对应的阈值电压间隔减小，对电荷保持能力提出更高的要求。因此，精确控制编程后阈值电压的分布以及各存储状态的高可靠性与稳定性是成功通过多级技术实现多值存储的前提，而目前薄膜晶体管存储器难以达到这一要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜晶体管存储器，所述薄膜晶体管存储器采用在半导体薄膜两侧设置两个独立电荷存储层，并且通过编程施加一定的栅极、漏极电压，使电子或空穴分别注入上、下电荷存储层，在单个薄膜晶体管存储器中存储2位4值信息。

本发明的另一个目的在于提供一种薄膜晶体管存储器，所述薄膜晶体管存储器的制造方法适用于柔性衬底，且制备工艺简单。

本发明的另一个目的在于提供一种薄膜晶体管存储器多值存储方法，所述薄膜晶体管存储器多值存储方法通过编程施加一定的栅、漏电压，使电子或空穴分别注入上、下电荷存储层，在单个薄膜晶体管存储器中存储2位4值信息，提高所述薄膜晶体管存储器的可控性和稳定性，同时提高存储量。

为了达到上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管存储器，包括

一柔性衬底；

一栅电极组，所述栅电极组包括一底栅电极和一顶栅电极，其中所述底栅电极设置于所述柔性衬底上，且所述底栅电极与所述柔性衬底紧贴固定；

一电荷存储层组，所述电荷存储层组包括一下电荷存储层和一上电荷存储层，下电荷存储层设置于所述柔性衬底上，且所述下电荷存储层与所述柔性衬底紧贴固定，所述下电荷存储层还与所述底栅电极紧贴固定；

一半导体薄膜，所述半导体薄膜位于所述下电荷存储层和所述上电荷存储层之间所述半导体薄膜设置于所述下电荷存储层上，且所述半导体薄膜与所述下电荷存储层紧贴固定，所述上电荷存储层设置于所述半导体薄膜，且所述上电荷存储层与所述半导体薄膜紧贴固定，所述顶栅电极设置于所述上电荷存储层，且所述顶栅电极与所述上电荷存储层紧贴固定；以及