[发明专利]氧化石墨烯基二极管动态随机存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及氧化石墨烯基二极管动态随机存储器及其制 备方法。

背景技术

在信息高度发达的当今社会，随着计算机、网络、电子商务等信息技术的飞速发展，大 量的数据信息需要得到及时交换和处理，而作为数据信息存放的平台—存储器则在此过程中 发挥了重要的作用，要求存储器具有大容量和更快的存取速度。另外在电子垃圾日益严重的 今天，制备绿色环保的存储器，当其使用寿命结束时不会对环境造成严重的污染，从而在一 定程度上减少电子垃圾的危害，也是未来存储器一个重要的发展方向。

氧化石墨烯基二级管存储器是近年来兴起的一种新型的存储器，目前它的基本工作原理 主要有两种：一种是通过调节氧化石墨烯基活性层中的氧含量，调节“氧迁移”来控制器件 的导电特性，使其在同一电压下具有两种不同的导电态，从而可以实现存储器中“关态”和 “开态”，其工作原理类似与多数有机二极管存储器中的“丝状电导”机制；另一种是利用氧 化石墨烯基活性层在电场作用下发生“氧化还原”反应，当氧化石墨烯基材料被还原到一定 程度时，就会转变为石墨烯具有较高的电导率，而石墨烯薄膜在空气中在电场作用下又可以 被氧化成氧化石墨烯，电导率又会较低，从而实现了不同的电导态。基于以上两种工作原理 制成的氧化石墨烯基二极管存储器对于薄膜制作工艺要求高，对于薄膜厚度要求苛刻，具有 器件产率低，重复性差等缺点。因为，基于氧迁移的器件，器件电极与氧化石墨烯之间能否 形成有效的氧迁移通道使产生存储现象、提高电流开关比的重要因素；基于“氧化还原”的 器件，欲在较小的电压下实现氧化石墨烯基活性层在石墨烯和氧化石墨烯之间实现自由，快 速的转换，对于氧化石墨烯基活性层的成分和厚度要求苛刻。

2010年韩国先进科学技术研究院的Sung-YoolChoi课题组在柔性衬底上使用双铝电极， 采用氧化石墨烯作为功能层材料，实现了基于“氧迁移”的柔性非易失性氧化石墨烯二极管 存储器的制备，该存储器件具有较好的柔性，在弯曲半径超过9毫米、完全次数超过1000次 时，器件的存储性能变化很小，但是其最大开关电流比仅有100，开关循环次数在100次左 右。2015年黄维课题组发现在基于氧化石墨烯的二极管器件在不同的铝电极厚度和不同的器 件结构下，器件分别表现出不同的存储状态，研究发现当铝电极的厚度较厚时，具有点状电 极的氧化石墨烯存储器会产生三级存储现象；条状电极的氧化石墨烯存储器会产生易失性存 储特性。从器件的电流-电压曲线上来分析，推测是氧化还原机制是器件形成存储的原因。在 铝电极较厚的器件中，观察到在顶电极铝电极下面有气泡产生，推测是由于电场效应和热效 应是使氧化石墨烯产生氧化还原的原因。当铝电极的厚度较薄时，点状和条状电极的氧化石 墨烯存储器都会产生Flash型存储，并且在铝电极下面没有气泡产生，推测在电极较薄的器 件中，只有电场的作用下氧化石墨烯发生了氧化还原过程。

目前，人们对于基于有机/氧化石墨烯基的二极管存储器的性能提出了更高的要求，主要 包括，电流开关比较大以满足识别存储状态的要求，能够多次读写擦循环以满足实际应用并 节约成本，并且要求器件的制作工艺简单，低成本和良品率高。基于氧化石墨烯基“氧迁移” 和“氧化还原反应”工作原理的器件具有器件产率低，对于薄膜制作工艺要求高，对于薄膜 厚度要求苛刻，重复性差等缺点将无法满足人们对于存储器的需求。

发明内容

为了发挥氧化石墨烯基材料低成本，绿色环保，可大面积制备的优势，同时解决氧化石 墨烯基材料在二极管器件中对于薄膜制备工艺要求较为严苛，器件读写擦循环性能差，产率 低的问题，本发明提供一种氧化石墨烯基二极管动态随机存储器，满足电流开关比，薄膜制 备工艺简单，器件读写擦循环性能好，器件产率高、重复性好。

氧化石墨烯基二极管动态随机存储器，自下而上依次包括基底、下电极、氧化石墨烯基 活性层和上电极，所述氧化石墨烯基活性层的材料是氧化石墨烯或通过化学方法选择性还原 后氧化石墨烯CrGO。氧化石墨烯基活性层具有良好的绝缘性，在电场下能被极化。

所述氧化石墨烯基活性层厚度为200～1000nm。

所述上电极材料为铝。