[发明专利]一种基于自组装隧穿层的浮栅型光电晶体管存储器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自组装隧穿层的浮栅型光电晶体管存储器及其制备方法，包括基底、绝缘层、浮栅层、隧穿层、半导体层和顶部源漏电极；将钙钛矿纳米颗粒溶液与TMOS或TEOS共混，制备出浮栅层溶液；具有绝缘层的基底经过清洗及等离子处理后，将浮栅层溶液通过旋涂工艺沉积于基底之上，经退火处理形成浮栅层及隧穿层；将TMOS或TEOS通过旋涂工艺旋涂于得到的隧穿层上并退火，通过重复此步骤调节自组装隧穿层的厚度；在得到的隧穿层上通过旋涂工艺旋涂有机聚合物半导体材料，退火制得半导体层；在得到的半导体层上通过热蒸镀的方法制备源漏电极，得到自组装隧穿层的浮栅型光电晶体管存储器。本发明具有较高的稳定性，实现可重复的多级存储、多波长可达的非易失性存储，工艺流程简单，易于大规模产业化。

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，特别是一种自组装隧穿层的浮栅型光电晶体管存储器及其制备方法。

背景技术

随着消费电子产品和信息市场的爆炸式增长，提高存储设备的数据存储能力已成为迫切需要。由于受到摩尔定律瓶颈的限制，开发多级存储器是一个很有前途的解决方案。与传统的电存储器相比，光电存储器更能实现多级存储能力。另外基于有机场效应晶体管的浮栅型非易失性光子存储器(FGTPM)由于其多级数据存储能力、晶体管电路兼容性和优异的稳定性，在半导体领域具有很好的前景。

另一方面，作为半导体行业的新兴明星材料，金属卤化物钙钛矿纳米晶具有可调节的带隙、载流子迁移率高、载流子寿命长以及缺陷容忍性高等优良的光电特性，除了应用于太阳能电池，探测器，激光，光电晶体等领域外，也应用于基于有机场效应晶体管的非易失性光子存储器。当前，金属卤化物钙钛矿纳米晶往往是和有机交联聚合物共混作为浮栅层，然而这类结构往往存在存储窗口偏小、保持时间偏短等问题，因而往往需要在介电层和半导体层间额外沉积一层致密的电荷隧穿层(如Al₂O₃)来实现较好的电荷捕获，但这就造成工艺过程的复杂化以及成本的提高，并且在沉积电荷隧穿层的过程中，高温和潮湿也会引起钙钛矿的降解。另外，用溶液法制备浮栅层时，聚合物及其溶剂也会破坏钙钛矿纳米晶的结构，导致其发生不同程度的团聚，失去优异性能。因此，对于基于钙钛矿纳米晶的有机场效应晶体管非易失性光子存储器，寻找替代当前浮栅层隧穿层的方案成为急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种自组装隧穿层的浮栅型光电晶体管存储器及其制备方法，实现浮栅型光电晶体管存储器的高稳定性，多级非易失性存储以及简化工艺流程，易于大规模产业化。

本发明采用以下方案实现：一种自组装隧穿层的浮栅型光电晶体管存储器，包括基底、绝缘层、浮栅层、隧穿层、半导体层和顶部源漏电极；所述绝缘层生长在所述基底上，所述浮栅层生长在所述绝缘层上，所述隧穿层紧密包裹于所述浮栅层外部，所述半导体层生长在所述隧穿层上，所述顶部源漏电极生长在所述半导体层上。

进一步地，所述基底材料能够选择硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚二甲基硅氧烷。

进一步地，所述绝缘层材料能够选择氧化物、氮化镓、碳化硅或有机聚合物。

进一步地，所述浮栅层采用的是离散的钙钛矿纳米颗粒材料，用以作为电荷捕获中心；所述浮栅层通过旋涂工艺沉积制成，其粒子尺寸为10-80nm。

进一步地，所述隧穿层为低聚二氧化硅(OS)，紧密包裹于所述浮栅层材料外部，其厚度为20-200nm。

进一步地，所述低聚二氧化硅是通过将四甲氧基硅烷(TMOS)或四乙氧基硅烷(TEOS)利用旋涂工艺沉积后，在湿度退火处理下发生水解自组装形成。

进一步地，所述半导体层材料为有机聚合物半导体材料，其厚度为100-500nm。

进一步地，所述顶部源漏电极所用材料为氧化铟锡、金、铝或银，其厚度为50-100nm。