一種透明柔性阻變存儲器及其製備方法
2023-05-17 17:34:16
專利名稱：一種透明柔性阻變存儲器及其製備方法
技術領域：
本發明屬於柔性電子學(flexible electronics),涉及電子顯示、聚合物和CMOS混合集成電路技術領域，具體涉及一種透明柔性阻變存儲器(transparent and flexibleorganic resistive random access memory)及其製造方法。
背景技術：
近年來，集成電路的發展越來越快，應用也越來越廣泛，電子系統正在與越來越多的其他類系統相結合，進而發揮更強大的功能。在這種發展趨勢下，一種特殊的電路系統一柔性電子系統也應運而生。柔性電子系統可以捲曲或伸縮，因此可以覆蓋任意曲面或者可移動部件，大大擴展了電子系統的應用範圍，其中，透明電子器件在透視顯示等領域應用得非常廣泛，例如，目前已經有透明手機等電子產品問世。
另一方面，阻變存儲器在集成電路中扮演著重要角色，其研發進展也很迅速。阻變存儲器屬於非揮發性存儲器，目前市場上的非揮發性存儲器主要以快閃記憶體(flash memory)為主，隨著集成電路技術的不斷發展，人們需要研究和開發更高存儲量、更快響應速度、更低成本的存儲技術，以阻變存儲器為代表的新一代存儲技術已成為倍受關注的研究熱點。阻變存儲器是一種新概念存儲器，其基本原理在於，材料的電阻在外加電壓或電流的激勵下可在高阻態(「O」狀態)和低阻態(「I」狀態)之間實現可逆轉換，從而實現數據存儲(存「O」或存「I」)的功能。同傳統快閃記憶體相比，阻變存儲器具有結構和製備工藝簡單、速度快、操作電壓低等優點。近年來，有文章報導過製備在塑料或橡膠襯底上的柔性阻變存儲器，以及製備在玻璃襯底上的透明阻變存儲器，但由於阻變器件單元的電極薄膜(大多數為金屬)或介質層材料不是透明的，所以並不能達到完全透明。也就是說，目前還沒有一種把「透明柔性電子系統」和「阻變存儲器」 二者結合在一起透明柔性阻變存儲器。透明柔性阻變存儲器除了應具有阻變存儲器本身的特性外，還應具備透明、柔韌可捲曲等優點，以應用在電子紙張(e-paper)、電子顯示(例如顯示屏)及其他相關的透明電子產品中。
發明內容
本發明的目的在於提供一種全透明的柔性阻變存儲器及其製備方法。本發明的技術方案是一種透明柔性阻變存儲器，包括一透明的柔性襯底，襯底之上是MM電容結構的器件單元，所述器件單元的底層和頂層為透明柔性電極，中間功能層為聚對二甲苯透明薄膜。上述透明柔性阻變存儲器，所述襯底可以是聚對二甲苯或其他透明柔性材料形成的薄膜襯底，包括塑料和橡膠材料，例如，PDMS (聚二甲基矽氧烷)薄膜、PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜等；所述透明柔性電極可以是透明ITO (氧化銦錫)電極，也可以是其他透明電極，例如ZnO薄膜、石墨烯薄膜、導電高分子材料PEDOT(聚(3，4-乙烯二氧噻吩))等等；所述聚對二甲苯可以是聚對二甲苯C型、聚對二甲
苯N型或聚對二甲苯D型。上述襯底薄膜的厚度一般在2-500 μ m ;中間功能層聚對二甲苯聚合物薄膜的厚度為30-50nm ;頂層電極的厚度在100_500nm ;底層電極的厚度在100_500nm。本發明還提供了上述透明柔性存儲器的製備方法，包括以下步驟I)在一基片上澱積透明柔性材料，形成透明柔性薄膜襯底；2)在襯底上製作透明柔性的底層電極；3)在底層電極上澱積聚對二甲苯聚合物薄膜，作為中間功能層； 4)在中間功能層上製作透明柔性頂層電極；5)將透明柔性薄膜襯底從基片上分離下來，獲得透明柔性阻變存儲器。上述步驟I)所述基片通常是矽基片或者玻璃基片；所述透明柔性材料優選為聚對二甲苯，採用聚合物化學氣相澱積(polymer CVD)方法在基片上真空澱積聚對二甲苯聚合物厚膜作為襯底，澱積速度在20nm/min和200nm/min之間。上述步驟2)優選在襯底上濺射ITO薄膜，然後光刻定義底層電極。上述步驟3)採用聚合物化學氣相澱積的方法真空澱積聚對二甲苯聚合物薄膜，澱積速度在lnm/min和10nm/min之間。上述步驟4)優選在中間功能層上濺射ITO薄膜，然後光刻定義頂層電極。進一步的，在步驟3)之後，步驟4)之前通過光刻和反應離子刻蝕(RIE)聚對二甲苯聚合物薄膜，定義出底層電極的引出通孔，在步驟4)通過在通孔中填充頂層電極材料引出底層電極。 與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明阻變存儲器的中間功能層所採用的聚對二甲苯材料具有良好的阻變特性(阻變特性曲線如圖I所示)，而且襯底、電極和中間功能層均採用透明柔性材料製備，是全透明的柔性阻變存儲器，可應用於透明柔性電子系統中。
圖I是聚對二甲苯的阻變特性曲線。圖2是本發明透明柔性阻變存儲器的MIM電容結構的示意圖。圖3(a) 圖3(f)是實施例2製備透明柔性阻變存儲器的各步驟流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述實施例I聚對二甲苯的阻變特性檢測圖I是以聚對二甲苯C型(Parylene-C)為中間功能層，Al為頂電極,W為底電極的MIM結構器件的I-V特性圖，圖中標識I是器件在正向電壓的激勵下由高阻態向低阻態的躍變過程；2是低阻態保持過程；3是器件在負向電壓的激勵下由低阻態向高阻態的躍變過程；4是高阻態保持過程。使器件的底電極接地，則頂電極的電壓可以控制存儲器的阻值，使其發生高阻和低阻之間的轉換，即存儲器兩個狀態之間的轉換。高阻態和低阻態在小讀取電壓(如O. IV)下的阻值比高達108，體現了較高的「O」 「I」狀態區分度，可見，聚對二甲苯材料具有良好的阻變特性。實施例2透明柔性阻變存儲器的製備圖2所示的是本發明典型的透明柔性阻變存儲器的MIM電容結構，包括底電極303、中間功能層304和頂電極305。阻變存儲器的製備過程如下I)利用Polymer CVD技術在矽或玻璃基片301上生長聚對二甲苯C型(Parylene-C)厚膜302，厚度在2 μ m和500 μ m之間，如圖3 (a)所示；2)以ITO作為底層電極303，該底層電極採用物理氣相澱積(PVD)方法或其它IC工藝中的成膜方法形成，厚度在200nm和500nm之間，並採用光刻技術使底層電極圖形化，如圖3(b)所示(圖中所示是在同一個襯底上製作兩個相同的器件單元)；4)利用Polymer CVD技術生長聚對二甲苯C型(Parylene-C)薄膜304,如圖3(c)所示，薄膜厚度30-50nm,澱積速度在lnm/min和10nm/min之間； 5)通過光刻，RIE刻蝕定義底層電極引出通孔306，如圖3(d)所示；6)採用PVD工藝濺射ΙΤ0，厚度在200nm和500nm之間，通過光刻、剝離定義頂層電極305，同時將底層電極引出，如圖3(e)所示；7)分離柔性襯底與基片，如圖3(f)所示，製得透明柔性阻變存儲器。採用柔性透明的聚對二甲苯薄膜作為阻變存儲器的柔性襯底材料和中間功能層，採用透明的ITO薄膜作為阻變存儲器的上下電極，最終可製備全透明的柔性阻變存儲器，可廣泛應用於透明電子產品中。雖然本說明書通過具體的實施例詳細描述了本發明的阻變存儲器的材料，結構及其製備方法，但是本領域的技術人員應該理解，本發明的實現方式不限於實施例的描述範圍，在不脫離本發明實質和精神範圍內，可以對本發明進行各種修改和替換，例如中間層和襯底材料聚對二甲苯C型(Parylene-C)可以換成聚對二甲苯N型(Parylene-N)或聚對二甲苯D型(Parylene-D)。其製備方法也不限於實施例中所公開的內容。
權利要求
1.一種阻變存儲器，包括一透明的柔性襯底，襯底之上是MM電容結構的器件單元，所述器件單元的底層和頂層為透明柔性電極，中間功能層為聚對二甲苯透明薄膜。
2.如權利要求I所述的阻變存儲器，其特徵在於，所述襯底是聚對二甲苯薄膜、聚二甲基矽氧烷薄膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜。
3.如權利要求I所述的阻變存儲器，其特徵在於，所述透明柔性電極的材料為氧化銦錫、氧化鋅、石墨烯或聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
4.如權利要求I所述的阻變存儲器，其特徵在於，所述聚對二甲苯是聚對二甲苯C型、聚對二甲苯N型或聚對二甲苯D型聚合物。
5.如權利要求I所述的阻變存儲器，其特徵在於，所述襯底的厚度為2-500μ m ;所述底層電極和頂層電極的厚度為100-500nm ;所述中間功能層的厚度為30_50nm。
6.權利要求I 5任一所述的阻變存儲器的製備方法，包括以下步驟 1)在一基片上澱積透明柔性材料，形成透明柔性薄膜襯底； 2)在襯底上製作透明柔性的底層電極； 3)在底層電極上澱積聚對二甲苯聚合物薄膜作為中間功能層； 4)在中間功能層上製作透明柔性的頂層電極； 5)將透明柔性薄膜襯底從基片上分離下來，獲得透明柔性阻變存儲器。
7.如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，步驟I)所述基片是矽基片或玻璃基片。
8.如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，步驟I)採用聚合物化學氣相澱積方法在基片上真空澱積聚對二甲苯形成襯底，澱積速度為20 200nm/min ;步驟3)採用聚合物化學氣相澱積的方法在底層電極上真空澱積聚對二甲苯形成中間功能層，澱積速度為I 10nm/mino
9.如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，步驟2)和步驟4)通過濺射氧化銦錫薄膜，然後光刻定義底層電極和頂層電極。
10.如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，在步驟3)之後，步驟4)之前通過光刻和反應離子刻蝕聚對二甲苯聚合物薄膜，定義出底層電極的引出通孔，在步驟4)通過在通孔中填充頂層電極材料弓I出底層電極。
全文摘要
本發明公開了一種透明柔性阻變存儲器及其製備方法，包括一透明的柔性襯底和襯底上的MIM電容結構的器件單元，所述器件單元的底層和頂層為透明柔性電極，中間功能層為聚對二甲苯透明薄膜。聚對二甲苯材料具有良好的阻變特性，器件中襯底、電極和中間功能層均採用透明柔性材料製備，得到全透明的柔性阻變存儲器，可應用於透明柔性電子系統中。
文檔編號H01L51/00GK102881822SQ20111019512
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者黃如, 唐昱, 蔡一茂, 張麗傑, 楊庚雨, 譚勝虎, 潘越, 唐粕人 申請人:北京大學