[发明专利]一种金属氧化物存储器及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种金属氧化物存储器及其制备方法。该金属氧化物晶体管存储器采用顶栅垂直结构，器件自下而上依次是纯硅片基底、漏电极、金属氧化物半导体薄膜、网状源极和源极接触电极、绝缘层和顶部栅极。垂直结构金属氧化物存储器除电极外，其余各层均采用旋涂法制备。本发明提供的垂直结构金属氧化物存储器，可突破传统工艺对尺寸的限制，并实现大的电流密度和出色的存储性能以及快速的存储速度，在非易失性存储、柔性存储器和智能机器人等方面有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于电子材料及器件技术领域，涉及一种金属氧化物存储器及其制备方法。

背景技术

金属氧化存储器是一种利用金属氧化物半导体材料制备的半导体器件。相对于传统硅材料，金属氧化物半导体在实际应用具有载流子迁移率高、制备温度低的特点，而对于有机半导体材料，金属氧化物则具有更好的环境稳定性。传统平面沟道晶体管存在电流密度低、操作速度慢等缺点。对于平面型的金属氧化物存储器，一般可以通过减小沟道的长度来提高载流子的传输效率，增加操作速度。但是由于工艺的限制和短沟道效应，制备成本会随着尺寸的减小成倍增长。对于垂直结构的晶体管，半导体层介于漏极和网状源极之间，呈三明治结构，载流子沿着垂直方向传输，半导体层的厚度即为沟道的长度，通过调整半导体层的厚度，可以将载流子传输沟道的长度缩短至纳米量级，突破传统加工工艺对小尺寸的限制。同时，垂直沟道还有助于实现器件的柔性弯曲而不使器件性能出现明显的退化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物存储器及其制备方法，该方法通过结合氧化物和垂直沟道晶体管结构，一方面可突破传统工艺对小尺寸的限制，实现高的电流密度和快速的存储速度，另一方面可以利用氧化物优异且稳定的性能，提高器件的存储特性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种金属氧化物存储器，所述金属氧化物存储器为顶栅垂直结构，包括基底，所述基底上方的左侧设置有漏极，右侧设置有源极接触电极；漏极的上方自下而上依次为半导体层、网状源极、绝缘层和顶部栅极，所述网状源极的右侧位于源极接触电极的上方，所述基底为纯硅片，所述半导体层为金属氧化物半导体，所述网状源极为多孔银薄膜，所述绝缘层为铁电材料。。

进一步地，所述绝缘层为为P（VDF-TrFE），厚度为200~240nm。

进一步地，所述网状源极是通过旋涂工艺和真空蒸镀工艺制备得到。

进一步地，所述漏极和源极接触电极均采用磁控溅射工艺制备得到，其厚度为50nm，其所用材料均为氧化铟锡、钼、铝和铜中的一种。

进一步地，所述半导体层是采用旋涂工艺和光刻工艺制备得到，半导体的尺寸为600×600μm，厚度为20~30nm，其原料是以金属有机盐作为溶质形成的金属氧化物前驱体溶液，其中金属有机盐为硝酸镓、硝酸铟和醋酸锌中的一种或多种；所述的金属氧化物前驱体溶液的溶剂为乙二醇甲醚，稳定剂为乙酰丙酮，两者的体积比为4:1。

进一步地，所述顶部栅极是采用真空蒸镀或磁控溅射制备得到，所用材料为金或银，其厚度为50~80nm。

进一步地，所述源极接触电极和漏极同步溅射，源极接触电极与半导体层的水平距离为80μm，；源极接触电极和漏极为400×600μm的矩形，厚度为50~80 nm。

上述金属氧化物存储器的制备方法包括以下步骤：

S1：以纯硅片作为基底，将其在丙酮、异丙醇、去离子水中分别超声10分钟，然后用去离子水洗净并氮气吹干，再在纯硅片基底上利用磁控溅射工艺同步沉积漏极和源极接触电极；

S2：利用旋涂工艺，在漏极和源极接触电极上制备半导体薄膜；

S3：利用光刻工艺对漏极上方半导体薄膜进行图案化，并去除源极接触电极上方的半导体薄膜；