本發(fā)明涉及新型半導(dǎo)體
技術(shù)領(lǐng)域：
：，具體涉及一種易失性與非易失性混合存儲器及其制備方法。技術(shù)背景隨著“大數(shù)據(jù)”時代的到來，海量信息出現(xiàn)在我們的生活中，與此同時這些海量信息的存儲成為了存儲技術(shù)發(fā)展面臨的一大挑戰(zhàn)，探求更大存儲容量、更快讀寫速度、更便捷的使用、更低廉的成本以及更高的環(huán)保性能，成為當(dāng)前“大數(shù)據(jù)”背景下存儲器發(fā)展的必然趨勢。存儲器按照其存儲類型的的不同可以劃分為易失性(volatile)存儲與非易失性(non-volatile)存儲,其中易失性存儲在器件斷電后會丟失掉已存儲的數(shù)據(jù)，而非易失性存儲則不會因?yàn)槠骷臄嚯姸鴣G失已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)。易失性存儲主要包括靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SRAM)與動態(tài)隨機(jī)存儲器(DRAM)兩類，靜態(tài)隨機(jī)存儲器需要持續(xù)對其供電而不必刷新就能保持其存儲狀態(tài)，靜態(tài)隨機(jī)存儲器具有極快的響應(yīng)速度但是其造價也非常高，因此靜態(tài)隨機(jī)存儲多用于電腦的高速緩存，動態(tài)隨機(jī)存儲器則需要使用動態(tài)不連續(xù)的電壓或者脈沖電流對其進(jìn)行周期刷新來維持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲狀態(tài)。非易失性存儲主要包括一次寫入多次讀取(WORM)和閃存(Flash)即可重復(fù)擦寫(Rewritable)兩類。一次寫入多次讀取存儲器的特性保證了其存儲的數(shù)據(jù)不會因?yàn)橐馔獾陌l(fā)生而丟失或被修改，其常被用于存檔重要數(shù)據(jù)或者射頻標(biāo)簽領(lǐng)域。閃存器件作為一種具有可重復(fù)擦寫的非易失性存儲器，目前已經(jīng)在電腦硬盤存儲和優(yōu)盤存儲中得到了廣泛應(yīng)用。專利申請?zhí)枮?01110302115.2，名稱為“非易失性存儲器件和非易失性存儲器件的制造方法”，是日本索尼公司申請的專利，其公開了一種能夠抑制由于焦耳熱導(dǎo)致的信息存儲層的升溫，能夠抑制讀干擾現(xiàn)象的發(fā)生。但是其仍然是單一的存儲器件。“MoreThanMoore”存儲是當(dāng)前研究半導(dǎo)體科學(xué)發(fā)展的主要方向，這其中功能多樣性是其主要特征之一。傳統(tǒng)存儲器主要集中于單一功能器件的實(shí)現(xiàn)上，隨著“后摩爾”時代的來臨，傳統(tǒng)的單一功能存儲器已經(jīng)越來越無法滿足人們的使用需求，所以，設(shè)計制備多功能存儲器成為當(dāng)前半導(dǎo)體科學(xué)發(fā)展中一個急需解決的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：鑒于傳統(tǒng)存儲器所遇到的上述挑戰(zhàn)，本發(fā)明的主要目的在于提出了一種多功能存儲器件的設(shè)計思路與制備方法。該方法制備的存儲器能夠集易失性與非易失性兩種存儲功能于一體，且存儲器具有可全濕法制備，誤讀率低，耐久性佳、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：易失性與非易失性混合多功能存儲器，包括基底、底電極、存儲活性層和頂電極，所述底電極位于基底表面，所述存儲活性層位于交叉的底電極與頂電極之間?；诪橥该魇⒉Ａ?，底電極位于透明的石英玻璃表面；底電極與頂電極為PEDOT:PSS聚合物圖案化薄膜；存儲活性層為氧化石墨烯薄膜。易失性與非易失性混合多功能存儲器的制備方法，包括以下步驟：(1)通過濕法噴涂在基底材料上制備底電極；(2)通過濕法旋涂在所述底電極上制備活性存儲活性層薄膜；(3)通過濕法噴涂在活性中間層上制備與底電極垂直交叉的頂電極。步驟(1)所述基底材料為石英玻璃，基底的清洗采用超純水、無水酒精、丙酮分別超聲清洗15分鐘，再由氮?dú)獯蹈?。步驟(1)與步驟(3)所述底電極與頂電極材料為PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物水溶液，溶液固含量為1.2wt％，且溶液中摻雜有4wt％的DMSO。步驟(1)與步驟(3)所述濕法噴涂中基底的加熱溫度為100℃，并在電極噴涂完成后繼續(xù)加熱1小時以固化PEDOT:PSS聚合物薄膜。步驟(2)所述活性中間存儲層薄膜材料為氧化石墨烯，該氧化石墨烯由膨化石墨通過Hummer’s法制備。步驟(2)所述旋涂法中旋涂轉(zhuǎn)速為2000rpm，且旋涂所得氧化石墨烯薄膜需置于40℃真空干燥箱中干燥30min。有益效果本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)計存儲器具有易失性與非易失性雙重存儲特性；并且采用全濕法制備存儲器件，步驟簡單；存儲器具備優(yōu)良透明性，制備得到的易失性與非易失性存儲器透光率達(dá)到60～70％；其具有高穩(wěn)定性與重復(fù)性，存儲器的非易失性與易失性存儲過程的開關(guān)電流比分別高達(dá)104和102，其中非易失存儲過程的耐久性長達(dá)104秒以上，易失性存儲過程的循環(huán)次數(shù)達(dá)到103次以上。附圖說明圖1.多功能存儲器件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.存儲器易失性與非易失性存儲過程的I-V關(guān)系曲線。圖3.存儲器非易失性存儲過程耐久性測試曲線。圖4.存儲器易失性存儲過程耐久性測試曲線。具體實(shí)施方式為了更好地理解本發(fā)明專利的內(nèi)容，下面通過具體實(shí)例來進(jìn)一步說明。但這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。如圖1所示，易失性與非易失性混合多功能存儲器的結(jié)構(gòu)包括基底、底電極、存儲活性層和頂電極；由下至上依次為基底、底電極、存儲活性層、頂電極。基底采用石英玻璃襯底，底電極為PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物薄膜，存儲活性層為氧化石墨烯薄膜，頂電極為PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物薄膜。易失性與非易失性混合多功能存儲器的制備方法，包括以下步驟：(1)由PEDOT:PSS水溶液通過濕法噴涂在石英基底上制備底電極；(2)由氧化石墨烯醇溶液通過濕法旋涂在所述底電極上制備存儲活性層；(3)由PEDOT:PSS水溶液通過濕法噴涂在存儲活性層上制備頂電極。對采用上述方法制備的易失性與非易失性混合多功能存儲器的性能，進(jìn)行分析，如圖2-4所示：如圖2所示，由存儲器易失性與非易失性存儲過程的I-V關(guān)系曲線可以看到，當(dāng)施加負(fù)向掃描電壓時，電流出現(xiàn)急劇的上升趨勢，表明在0～－3V時，器件首先呈現(xiàn)出“低阻態(tài)”。當(dāng)我們繼續(xù)加大掃描電壓時，電流出現(xiàn)明顯的下降，表明器件由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤案咦钁B(tài)”。電流由1.22×10-4A降低至1.01×10-8A，該過程即存儲器的“寫入”過程。在“寫入”之后，掃描電壓從－10V至+10V的過程中，存儲器的電流一直保持在較低水平。該過程即為器件的非易失性存儲過程，此時存儲器中“寫入”的數(shù)據(jù)不能再被修改，表明存儲器在信息安全領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。然而當(dāng)掃描電壓從+10V降低至0V時，電流從1.08×10-8A降低至2.69×10-12A，此時器件呈現(xiàn)相對的“低阻態(tài)”，而且我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)掃描電壓重新增至－10V時，器件又重新變?yōu)橄鄬Α案咦钁B(tài)”，當(dāng)我們施加循環(huán)掃描電壓時，器件的存儲性能始終穩(wěn)定，表現(xiàn)出典型的易失性存儲特征。從該性能測試來看，本發(fā)明的存儲器具有易失性和非易失性存存儲的雙重特征。如圖3所示，為存儲器非易失性存儲過程耐久性測試曲線，當(dāng)我們對器件施加－2V的脈沖測試電壓時，我們發(fā)現(xiàn)104秒后，器件的“低阻態(tài)”與“高阻態(tài)”電流基本保持在同一數(shù)量級而沒有出現(xiàn)明顯的衰減，表明了非易失存儲過程具有良好的耐久性。如圖4所示，為存儲器易失性存儲過程耐久性測試曲線，我們對器件進(jìn)行了1000次循環(huán)測試，并對2V時器件的電流進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)器件的開關(guān)電流比始終未發(fā)生明顯變化，表明了易失性存儲過程具有良好的耐久性。進(jìn)一步由兩個實(shí)施例詳細(xì)的闡述氧化石墨烯活性中間層以及碳基多功能存儲器件制備方法。實(shí)施例1：氧化石墨烯活性中間層的制備方法。氧化石墨烯制備：將2g膨化石墨、1gNaNO3、6gKMnO4與46ml濃H2SO4在冰水浴條件下混合后攪拌30分鐘，然后加熱至35℃并持續(xù)攪拌8小時。之后加入92ml40℃的超純水，持續(xù)攪拌并將體系加熱至95℃，反應(yīng)15分鐘。最后加入280ml40℃的去離子水和20ml雙氧水。冷卻至室溫，用5wt％鹽酸水溶液離心清洗3次，再該用去離子水離心清洗5次，得到氧化石墨烯。氧化石墨烯中間活性層制備：配制0.05mg/ml的氧化石墨烯水溶液，超聲分散1分鐘，而后3000rpm離心除去溶液中的極少量大片顆粒。旋涂成膜時，旋涂儀的轉(zhuǎn)速是2000rpm,旋涂所得氧化石墨烯薄膜需置于40℃真空干燥箱中干燥30分鐘。實(shí)施例2：碳基多功能存儲器件的制備方法石英玻璃基底經(jīng)過去離子水、無水乙醇和丙酮超聲清洗后，覆蓋上圖案化掩模版，通過加熱噴涂法制備底電極，電極材料為固含量為1.2wt％的PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物，并摻雜有4wt％的DMSO。噴涂時基底的加熱溫度是100℃，噴涂后繼續(xù)加熱1小時是的PEDOT:PSS電極完全固化。底電極制備好后，通過旋涂法制備氧化石墨烯活性中間層，最后通過加熱噴涂法制備頂電極，得到基于碳材料的多功能存儲器，器件的性能有半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測試得到。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3