有機雙穩態元件與其製造方法
2023-06-11 13:09:06
專利名稱：有機雙穩態元件與其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種存儲元件與其製造方法，且特別涉及一種有機多穩態元件與其製造方法。
背景技術：
近年來，隨著所施加的電壓的不同，可在高電阻狀態與低電阻狀態之間轉換的一種雙穩態元件，被應用於製造存儲元件以及開關切換器。而具有這種開關性質以及記憶儲存能力的材質，包括無機材料與有機材料。值得注意的是，將這些材質設置於兩電極之間而製造出的多穩態存儲元件具有成為新一代的非易失存儲元件的潛力。
對於一般存儲器元件及開關切換器而言，元件的壽命為相當重要的技術指標，而評估元件壽命的測量技術為耐力測試(endurence)，即寫入/抹除測試。一般的多穩態元件僅具有單一材質的多穩態層，而以這種元件結構進行耐力測試時，其寫入/抹除次數僅有70次，且電性表現並不穩定。如此一來，這種有多穩態元件的應用層面就相當有限。且在這種僅有單一多穩態材質的多穩態元件的操作過程中，當在多穩態元件兩端施加偏壓時，會因為電場的作用，使得多穩態層受到過度的應力，讓多穩態層的材料受到破壞，進一步影響元件的壽命。
發明內容
本發明的目的就是提供一種多穩態元件，其在耐力測試過程中，寫入/抹除次數超過1000次，約為公知的多穩態元件的寫入/抹除次數的十幾倍。
本發明的另一目的是提供一種多穩態元件的製造方法，根據本發明的多穩態元件的製造方法，所製造的多穩態元件具有穩定的元件未開啟狀態。
本發明提出一種有機雙穩態元件，其包括第一電極、第二電極與有機混合層。其中有機混合層介於第一電極與第二電極之間。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述第一電極與第二電極中之一個的表面上，還設置緩衝層，此緩衝層與有機混合層相接觸。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述緩衝層的材料為高介電常數的材料，該高介電常數材料是Al2OX、LiF、MgO、V2O5或TiO2。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述第一電極的材質是銅、金、銀、鋁、鈷或鎳。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述有機混合層是以有機材料為基礎與金屬材料混合製備而成。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述有機材質是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有機半導體材料包括DH6T、DHADT、P3HT。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述金屬材質是銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述有機混合層中有機材料的含量比上金屬材料的含量的比值約為5～25。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述第二層電極的材質是銅、金、銀、鋁、鈷或鎳。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件，上述第一電極與第二電極的材質不同。
本發明提出一種有機雙穩態元件的製造方法，其適用於基底，此方法包括於基底上形成第一金屬層。之後，於第一金屬層上形成緩衝層。接著，於緩衝層上形成有機混合層。最後，於有機混合層上形成第二金屬層。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述形成有機混合層的方法包括進行熱蒸鍍工藝，其中金屬材料與有機材料同時蒸鍍至該緩衝層上。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述有機材料的蒸鍍速度與金屬材料的蒸鍍速率不同。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述有機材料的蒸鍍速度與金屬材料的蒸鍍速度的比約為15比1。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述有機材料是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有機半導體材料包括DH6T、DHADT、P3HT。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述金屬材料是銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述於有機混合層中，有機材料比金屬材料的比值約為5～25。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述第一金屬層的材質是銅、金、銀、鋁、鈷或鎳。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述緩衝層的材料為高介電常數的材料，且該高介電常數材料是Al2OX、LiF、MgO、V2O5或TiO2。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述第二金屬層的材料是銅、金、銀、鋁、鈷或鎳。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述第一金屬層與該第二金屬層的材質不同。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述形成有機混合層的方法包括進行噴印工藝，將混合溶液噴印至緩衝層上。
依照本發明的較佳實施例所述的有機雙穩態元件的製造方法，上述混合溶液包括含有銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金的微粒之一有機溶液。
本發明在第一電極與第二電極之間具有一層有機混合層，當於雙穩態元件的第一電極與第二電極之間施加偏壓時，通過有機混合層中所摻雜的金屬材料/微粒，作為電子注入媒介，因此可以提高有機雙穩態元件的寫入/抹除次數，並且可以提高有機雙穩態元件的壽命。此外，具有摻雜金屬材料的有機混合層的有機雙穩態元件擁有較為穩定的元件未開啟狀態(off-current state)特性，因此可以更準確的通過施加電壓的不同來控制有機雙穩態元件的開啟與關閉。
為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。
圖1A至圖1C為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的製造方法的剖面圖。
圖2為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的製造方法中，蒸鍍裝置的剖面簡圖。
圖3A為公知有機雙穩態元件的電流-寫入/抹除循環次數的關係圖。
圖3B為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的電流-寫入/抹除循環次數的關係圖。
圖4A為公知有機雙穩態元件的電流-電壓關係圖。
圖4B為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的電流-電壓關係圖。
主要元件標記說明100、211基底102第一金屬層104緩衝層106有機混合層
108第二金屬層110有機雙穩態元件200蒸鍍承載器201蒸鍍機臺212有機材料源214金屬材料源216a、216b載缽302a、302b、304a、304b曲線具體實施方式
圖1A至圖1C為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的製造方法的剖面圖。
請參照圖1A，提供基底100。於基底100上形成第一金屬層102。第一金屬層102的材質是銅、金、銀、鋁、鈷或鎳，且此第一金屬層102的厚度約為700埃。之後，於第一金屬層102上形成緩衝層104。其中此緩衝層104例如是由高介電常數的材料所形成，此高介電常數材質較佳的是Al2OX、LiF、MgO、V2O5或TiO2。又，且此緩衝層104的厚度約為40埃。
接著，請參照圖1B，於緩衝層104上形成有機混合層106。其中，形成此有機混合層106的方法包括進行噴印工藝，將含有有機材料與金屬材料的混合溶液噴印至緩衝層104上。其中，噴印法還例如是壓印法(imprinting)、絲網印刷法(screen printing)、擠壓塗布法(slot coating)、絲印法(silk printing)、噴墨噴印法(Ink-Jet printing)、液體調節噴印法(liquid tonerprinting)以及其它適用的噴印法。又，混合溶液包括含有銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金的微粒的有機溶液。另外，在混合溶液中，有機材料含量比金屬材料含量的比值約為1～1000，較佳的是5～25。
此外，形成有機混合層106的較佳方法還包括進行熱蒸鍍工藝，同時蒸鍍金屬材料與有機材料至緩衝層104上。圖2為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的製造方法中，蒸鍍裝置的剖面簡圖。請參照圖2，於蒸鍍機臺201中，於載缽(boat)216a與216b分別放置有機材料源212與金屬材料源214，在進行上述熱蒸鍍工藝中，通過加熱載缽216a與216b所承載的有機材料源212與金屬材料源214，使之熔化並蒸發。而所蒸發的有機材料微粒與金屬材料微粒則沉積在蒸鍍承載器200上的基底211表面上。於本實施例中，值得注意的是，上述有機材料的蒸鍍速度與金屬材料的蒸鍍速率不同。較佳的是，有機材料的蒸鍍速度與金屬材料的蒸鍍速度的比約為15比1。又，於有機混合層106中，有機材料含量比金屬材料含量的比值約為1～1000，較佳的是5～25。此外，上述有機材料例如是Alq、AIDCN或CuPc等水溶液或高分子有機半導體材料包括DH6T、DHADT、P3HT，而金屬材料是銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金。
最後，請參照圖1C，於有機混合層106上形成第二金屬層108。其中，第二金屬層的材料是銅、金、銀、鋁、鈷或鎳，且此第二金屬層108的厚度約為700埃。如此，完成有機雙穩態元件110的製造。其中，形成第一金屬層102、緩衝層104與第二金屬層108的方法包括蒸鍍法與噴印法。又，噴印法還包括壓印法(imprinting)、絲網印刷法(screen printing)、擠壓塗布法(slot coating)、絲印法(silk printing)、噴墨噴印法(Ink-Jet printing)、液體調節噴印法(liquid toner printing)以及其它適用的噴印法。
圖3A為公知有機雙穩態元件的電流-寫入/抹除循環次數的關係圖。圖3B為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的電流-寫入/抹除循環次數的關係圖。請參照圖3A，曲線302a表示公知的有機雙穩態元件進行寫入操作時，隨著寫入/抹除循環次數增加的寫入電流變化曲線，而曲線302b表示公知的有機雙穩態元件進行抹除操作時，隨著寫入/抹除循環次數增加的抹除電流變化曲線。由圖3A可以明顯看出，在進行寫入/抹除循環約70次之後，公知的有機雙穩態元件的抹除電流值越來越向寫入電流值飄移，並與寫入電流值越來越接近，甚至在單一一次寫入/抹除循環中無法區分。這表示公知的有機雙穩態元件在耐力測試中，僅能容忍約70次的寫入/抹除循環。
請參照圖3B，曲線304a表示本發明的有機雙穩態元件進行寫入操作時，隨著寫入/抹除循環次數增加的寫入電流變化曲線，而曲線304b表示本發明的有機雙穩態元件進行抹除操作時，隨著寫入/抹除循環次數增加的抹除電流變化曲線。很明顯的，在本發明的有機雙穩態元件進行約1000次寫入/抹除循環其間，其抹除電流值維持穩定狀態，同樣的寫入電流值也維持著穩定的狀態。也就是，通過有機混合層中所摻雜的金屬材質作為有機雙穩態元件在操作時的電子注入媒介，可以提高有機雙穩態元件的寫入/抹除循環次數約為公知有機雙穩態元件寫入/抹除循環次數的十幾倍，並且有效的延長有機雙穩態元件的壽命。
圖4A為公知有機雙穩態元件的電流-電壓關係圖。圖4B為根據本發明一較佳實施例的有機雙穩態元件的電流-電壓關係圖。請參照圖4A與圖4B，公知的有機雙穩態元件在不同次的讀取操作中，公知的有機雙穩態元件的未開啟狀態不穩定，在相同的電壓情況下，相同的有機雙穩態元件卻具有不同的元件未開啟電流。反觀本發明的有機雙穩態元件，在不同次的讀取操作中，相同的電壓情況下，其元件未開啟電流維持穩定。也就是，同一有機雙穩態元件每次的未開啟電流值都相同。
綜上所述，本發明在第一電極與第二電極之間具有一層有機混合層，當於雙穩態元件的第一電極與第二電極之間施加偏壓時，通過有機混合層中所摻雜的金屬材料/微粒，作為電子注入媒介，降低有機混合層受到的外加偏壓所造成的應力，因此可以提高有機雙穩態元件的寫入/抹除次數，並且可以提高有機雙穩態元件的壽命。此外，具有摻雜金屬材料的有機混合層的有機雙穩態元件擁有較為穩定的元件未開啟狀態特性，因此可以更準確的通過施加電壓的不同來控制有機雙穩態元件的開啟與關閉。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與改進，因此本發明的保護範圍當視權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種有機雙穩態元件，其特徵是包括第一電極；第二電極；以及有機混合層，介於該第一電極與該第二電極之間。
2.根據權利要求1所述的有機雙穩態元件，其特徵是該第一電極與該第二電極中之一個的表面上，設置緩衝層，該緩衝層與該有機混合層相接觸。
3.根據權利要求1所述的有機雙穩態元件，其特徵是該有機混合層是以有機材料為基礎與金屬材料混合製備而成。
4.根據權利要求3所述的有機雙穩態元件，其特徵是該有機材質是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有機半導體材料包括DH6T、DHADT、P3HT。
5.根據權利要求3所述的有機雙穩態元件，其特徵是該金屬材質是銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金。
6.根據權利要求3所述的有機雙穩態元件，其特徵是該有機混合層中該有機材料的含量比上該金屬材料的含量的比值約為5～25。
7.根據權利要求1所述的有機雙穩態元件，其特徵是該第一電極與該第二電極的材質不同。
8.一種有機雙穩態元件的製造方法，其適用於基底，其特徵是包括於該基底上形成第一金屬層；於該第一金屬層上形成緩衝層；於該緩衝層上形成有機混合層；以及於該有機混合層上形成第二金屬層。
9.根據權利要求8所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是形成該有機混合層的方法包括進行熱蒸鍍工藝，其中金屬材料與有機材料同時蒸鍍至該緩衝層上。
10.根據權利要求9所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是該有機材料的蒸鍍速度與該金屬材料的蒸鍍速率不同。
11.根據權利要求10所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是該有機材料的蒸鍍速度與該金屬材料的蒸鍍速度的比約為15比1。
12.根據權利要求9所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是該有機材料是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有機半導體材料包括DH6T、DHADT、P3HT。
13.根據權利要求9所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是該金屬材料是銅、金、銀、鋁、鈷、鎳或上述金屬的合金。
14. 根據權利要求9所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是於該有機混合層中，該有機材料比該金屬材料的比值約為5～25。
15.根據權利要求9所述的有機雙穩態元件的製造方法，其特徵是該第一金屬層與該第二金屬層的材質不同。
全文摘要
一種有機雙穩態元件，其包括第一電極、第二電極與有機混合層。其中有機混合層介於第一電極與第二電極之間。當於雙穩態元件的第一電極與第二電極之間施加偏壓時，通過有機混合層中所摻雜的金屬材料/微粒，作為電子注入媒介，因此可以提高有機雙穩態元件的寫入/抹除次數，並且可以提高有機雙穩態元件的壽命。此外，具有摻雜金屬材料的有機混合層的有機雙穩態元件擁有較為穩定的元件未開啟的高電阻率狀態特性，因此可以更準確的通過施加電壓的不同來控制有機雙穩態元件的開啟與關閉。
文檔編號H01L51/30GK1971966SQ20051012411
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月25日 優先權日2005年11月25日
發明者宋兆峰, 胡紀平 申請人:財團法人工業技術研究院