存储单元及其形成方法
【专利摘要】本发明公开了一种存储单元及其形成方法，该存储单元包括：衬底；自组装单分子层，自组装单分子层位于衬底之上，自组装单分子层邻近衬底的一侧含有硅氧基，自组装单分子层远离衬底的一侧含有氨基；和石墨烯薄膜，石墨烯薄膜位于自组装单分子层之上。本发明的存储单元具有透明度高，柔性可弯曲的优点。
【专利说明】存储单元及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于存储器件领域，具体涉及一种存储单元及其形成方法。
【背景技术】
[0002]现有非挥发存储器，如闪存，在源极和漏极之间电流单向传导的半导体上形成贮存电子的浮栅，数据是O还是I取决于浮栅中是否贮存电子。此类存储器基于硅，难以实现透明化、柔性化的新要求。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种存储单元。本发明的另一目的在于提出一种存储单元的形成方法。
[0004]为了实现上述目的，根据本发明第一个方面的实施例的存储单元，包括:衬底；自组装单分子层，所述自组装单分子层位于所述衬底之上，所述自组装单分子层邻近所述衬底的一侧含有硅氧基，所述自组装单分子层远离所述衬底的一侧含有氨基；和石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜位于所述自组装单分子层之上。
[0005]根据本发明实施例的存储单元，具有透明度高、柔性可弯曲的优点。
[0006]另外，根据本发明实施例的存储单元还具有如下附加技术特征:
[0007]在本发明的一个实施例中，所述衬底为三氧化二铝、二氧化硅或氧化铪。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述自组装单分子层为3-氨丙基三乙氧基硅烷自组装得到单分子层状结构。
[0009]在本发明的一个实施例中，所述自组装单分子层厚度为l_2nm。
[0010]在本发明的一个实施例中，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。
[0011]为了实现上述目的，根据本发明第二个方面的实施例的存储单元的形成方法，包括以下步骤:提供衬底；在所述衬底之上形成自组装单分子层，所述自组装单分子层邻近所述衬底的一侧含有硅氧基，所述自组装单分子层远离所述衬底的一侧含有氨基；和在所述自组装单分子层之上形成石墨烯薄膜。
[0012]根据本发明实施例的存储单元的形成方法，制备得到的存储单元具有透明度高、柔性可弯曲的优点。
[0013]另外，根据本发明实施例的存储单元还具有如下附加技术特征:
[0014]在本发明的一个实施例中，所述衬底为三氧化二铝、二氧化硅或氧化铪。
[0015]在本发明的一个实施例中，所述自组装单分子层为3-氨丙基三乙氧基硅烷自组装得到单分子层状结构。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述自组装单分子层厚度为l_2nm。
[0017]在本发明的一个实施例中，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。
[0018]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。【专利附图】
【附图说明】
[0019]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0020]图1是根据本发明实施例的存储器件的结构示意图；以及
[0021]图2是根据本发明实施例的存储器件的形成方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023]如图1所示，根据本发明实施例的存储单元，可以包括:衬底10、自组装单分子层20和石墨烯薄膜30。其中，自组装单分子层20位于衬底10之上。自组装单分子层20邻近衬底10的一侧含有硅氧基，自组装单分子层20远离衬底10的一侧含有氨基。石墨烯薄膜30位于自组装单分子层20之上。
[0024]根据本发明实施例的存储单元，由于自组装单分子层20两端官能团的特性，能够分别与衬底10和石墨烯薄膜30很好地键合。自组装单分子层20具有电荷捕获点。在栅偏压的作用下，电荷在石墨烯薄膜30和自组装单分子层20的电荷捕获点之间迁移，改变石墨烯沟道的电导。基于该原理可以进行信息存储记录。该实施例的存储单元具有透明度高、柔性可弯曲的优点。
[0025]在本发明的一个实施例中，衬底10可以为三氧化二铝、二氧化硅或氧化铪。需要说明的是，衬底10还可以为其他的含氧的衬底。
[0026]在本发明的一个实施例中，自组装单分子层20为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES，NH2(CH2)3Si(OEt)3)自组装形成的单分子层状结构。需要说明的是，自组装单分子层20还可以为碳链长度为其他数值的氨基硅烷，仅要求分子单体的一端为硅氧基，另一端为氨基即可。
[0027]在本发明的一个实施例中，自组装单分子层20的厚度为l_2nm。自组装单分子层20的厚度范围与形成自组装单分子层20的物质分子的大小有关，即与氨基硅烷的碳链长度有关。氨基硅烷的碳链越长，自组装单分子层20的厚度越厚。
[0028]在本发明的一个实施例中，石墨烯薄膜30为单层石墨烯薄膜。石墨烯薄膜30厚度大约为0.3-0.4nm。
[0029]如图2所示，根据本发明实施例的存储单元的形成方法可以包括以下步骤:
[0030]S1.提供衬底。
[0031]S2.在衬底之上形成自组装单分子层，自组装单分子层邻近衬底的一侧含有硅氧基，自组装单分子层远离衬底的一侧含有氨基。
[0032]S3.在自组装单分子层之上形成石墨烯薄膜。
[0033]根据本发明实施例的存储单元，由于自组装单分子层两端官能团的特性，能够分别与衬底和石墨烯薄膜很好地键合。自组装单分子层具有电荷捕获点。在栅偏压的作用下，电荷在石墨烯薄膜和自组装单分子层的电荷捕获点之间迁移，改变石墨烯沟道的电导。基于该原理可以进行信息存储记录。该实施例的存储单元的形成方法形成的存储单元具有透明度高、柔性可弯曲的优点。
[0034]在本发明的一个实施例中，衬底可以为三氧化二铝、二氧化硅或氧化铪。需要说明的是，衬底还可以为其他的含氧的衬底。
[0035]在本发明的一个实施例中，自组装单分子层为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES，NH2(CH2)3Si(OEt)3)自组装形成的单分子层状结构。需要说明的是，自组装单分子层还可以为碳链长度为其他数值的氨基硅烷，仅要求分子单体的一端为硅氧基，另一端为氨基即可。
[0036]在本发明的一个实施例中，自组装单分子层的厚度为l_2nm。自组装单分子层的厚度范围与形成自组装单分子层的物质分子的大小有关，即与氨基硅烷的碳链长度有关。氨基硅烷的碳链越长，自组装单分子层的厚度越厚。
[0037]在本发明的一个实施例中，石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。单层石墨烯薄膜的厚度大约为0.3-0.4nm。
[0038]为使本领域技术人员更好地理解，下面再举一详细实施例对本发明进行详细说明。
[0039]A.提供硅晶圆，预先进行清洁干燥等预处理，然后氧化，在其表面形成SiO2作为衬
。
[0040]B.将该衬底浸入APTES的乙醇溶液中浸泡20min后取出，用高纯氮气吹干，即在衬底上形成了 APTES的自组装单分子层。
[0041]C.另行在钼衬底上通过化学气相沉积方式生长单层石墨烯，然后通过电解法剥离石墨烯并转移到APTES自组装·单分子层之上。
[0042]通过上述步骤可以得到一个SAM结构的存储器件，对其进行一系列测试，结果如下:
[0043]对该存储器件进行DC转移特性扫描，发现回滞很大，这说明有利于制备存储器。对该存储器件进行脉冲测试，发现栅极在脉冲激励下可以得到不同的器件沟道电阻(高阻、低阻)，证明了该存储器件在脉冲模式下可正常工作。进行了 1000s衰减测试，该存储器件的数据保持能力理想。在常规环境下进行了 100次耐受性测试，该存储器件的擦写功能保持。另外，还是在真空环境下进行了 20次耐受性测试，该存储器件的擦写功能依然稳定。
[0044]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0045]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0046]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可为第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可为第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0047]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
[0048]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种存储单元，其特征在于，包括: 衬底； 自组装单分子层，所述自组装单分子层位于所述衬底之上，所述自组装单分子层邻近所述衬底的一侧含有硅氧基，所述自组装单分子层远离所述衬底的一侧含有氨基；和石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜位于所述自组装单分子层之上。
2.如权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述衬底为三氧化二铝、二氧化硅或氧化铪。
3.如权利要求1或2所述的存储单元，其特征在于，所述自组装单分子层为3-氨丙基三乙氧基硅烷自组装得到单分子层状结构。
4.如权利要求1-3所述的存储单元，其特征在于，所述自组装单分子层厚度为l-2nm。
5.如权利要求1-4所述的存储单元，其特征在于，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。
6.一种存储单元的形成方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供衬底； 在所述衬底之上形成自组装单分子层，所述自组装单分子层邻近所述衬底的一侧含有硅氧基，所述自组装单分子层远离所述衬底的一侧含有氨基；和在所述自组装单分子层之上形成石墨烯薄膜。
7.如权利要求6所述的存储单元的形成方法，其特征在于，所述衬底为三氧化二铝、二氧化硅或氧化铪。
8.如权利要求6或7所述的存储单元的形成方法，其特征在于，所述自组装单分子层为3-氨丙基三乙氧基硅烷自组装得到单分子层状结构。
9.如权利要求6-8所述的存储单元的形成方法，其特征在于，所述自组装单分子层厚度为l_2nm。
10.如权利要求6-9所述的存储单元的形成方法，其特征在于，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。
【文档编号】H01L27/115GK103579255SQ201310503602
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】吕宏鸣, 吴华强, 黄灿, 钱鹤 申请人:清华大学