[发明专利]基于铝纳米晶浮栅的柔性碳纳米管光电记忆存储器

说明书

本发明涉及柔性碳纳米管光电记忆存储器的研发与应用领域，具体为一种采用铝纳米晶作为浮栅层、氧化生成的氧化铝作为隧穿层的柔性碳纳米管光电记忆存储器及其制作和作为光电传感及记忆存储器件的应用。采用高纯度半导体性碳纳米管薄膜作为沟道材料，利用铝的易氧化特性，构建均匀离散分布的铝纳米晶浮栅/氧化铝隧穿层一体化电荷俘获层，获得高性能柔性碳纳米管浮栅存储器，器件具有高电流开关比和高稳定性，经过两千次机械弯曲之后，器件的电学性能保持稳定，展现出良好的柔性。同时，基于载流子直接隧穿机制，实现柔性碳纳米管光电记忆图像存储器，开辟碳纳米管柔性光图像存储器件领域的新应用。

技术领域

本发明涉及柔性碳纳米管光电记忆存储器的研发与应用领域，具体为一种采用铝纳米晶作为浮栅层、氧化生成的氧化铝作为隧穿层的柔性碳纳米管光电记忆存储器及其制作和作为光电传感及记忆存储器件的应用。

背景技术

柔性电子技术将实现电子产品向超轻薄、柔性化、可穿戴、高集成化的方向发展，是当前功能信息器件的重要研发趋势，可极大地提升电子产品的延展性、柔韧性、灵活性和应用领域。碳纳米管具有优异的电学、光学、力学和热学性质，在材料科学和信息科学研究领域中一直处于学科前沿。其中，碳纳米管的规模化高端应用首先可能出现在柔性电子器件领域，基于碳纳米管的柔性传感、柔性电路和柔性显示等器件研究取得一系列重要的研究进展[参见文献1-3]，成为实现未来可穿戴电子系统的重要基础。而基于碳纳米管的柔性存储器件应用研究，无论从材料体系、器件设计到工艺流程、封装技术的研究都还有很大的上升空间。

浮栅存储器通过源极、漏极与栅极共同作用实现高速稳定的载流子调控，在非易失性存储、逻辑运算与传感器等应用领域的具有重要应用。目前，低功耗的柔性存储器件所承受的弯曲应变一般不超过0.5％[参见文献4]。因此，在较大弯曲应变下保持数据快速稳定的读写与擦除已成为柔性浮栅存储器件的研究重点之一。然而传统金属和半导体材料都存在材料本身力学方面的限制，薄膜状浮栅和隧穿层在应变大于1％条件下发生断裂，导致柔性存储器件的存储信息失效[参见文献5]。另外，传统薄膜浮栅存储器为了获得稳定的保持能力，通常具有较厚的隧穿层，导致在光照条件下沟道中被俘获的载流子不易返回到沟道之中，无法实现光电记忆存储器件的应用。因此，解决柔性衬底上器件的界面结构设计、工艺制备和优化，以及在应力应变等条件下保持器件高性能、稳定性等，是柔性浮栅存储器件及其应用研究中存在的关键科学与技术问题。

[文献1，Yeom C,Chen K,Kiriya D,Yu Z,Cho G,Javey A.Large area complianttactile sensors using printed carbon nanotube active-matrixbackplanes.Adv.Mater.2015；27(9):1561-1566]；

[文献2，Sun DM,Timmermans MY,Tian Y,KauppinenEI,Kishimoto S,MizutaniT,Ohno Y,et al.Flexible high performance carbon nanotube integratedcircuits.Nat.Nanotechnol.2011；6:156-161]；

[文献3，Zhang J,Wang C,Zhou CW.Rigid/flexible transparent electronicsbased on separated carbon nanotube thin-film transistors and theirapplication in display electronics.ACS Nano2012；6(8):7412-7419]；

[文献4，Vu QA,Shin YS,Kim YR,et al.Two-terminal floating-gate memorywith van der Waals heterostructures for ultrahigh on/offratio.Nat.Commun.2016,7:12725]；