CN102881822A - 一种透明柔性阻变存储器及其制备方法 - Google Patents

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唐昱
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张丽杰
杨庚雨
谭胜虎
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Abstract

本发明公开了一种透明柔性阻变存储器及其制备方法，包括一透明的柔性衬底和衬底上的MIM电容结构的器件单元，所述器件单元的底层和顶层为透明柔性电极，中间功能层为聚对二甲苯透明薄膜。聚对二甲苯材料具有良好的阻变特性，器件中衬底、电极和中间功能层均采用透明柔性材料制备，得到全透明的柔性阻变存储器，可应用于透明柔性电子系统中。

Description

一种透明柔性阻变存储器及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性电子学(flexible electronics)，涉及电子显示、聚合物和CMOS混合集成电路技术领域，具体涉及一种透明柔性阻变存储器(transparent and flexible organic resistiverandom access memory)及其制造方法。
背景技术
近年来，集成电路的发展越来越快，应用也越来越广泛，电子系统正在与越来越多的其他类系统相结合，进而发挥更强大的功能。在这种发展趋势下，一种特殊的电路系统——柔性电子系统也应运而生。柔性电子系统可以卷曲或伸缩，因此可以覆盖任意曲面或者可移动部件，大大扩展了电子系统的应用范围，其中，透明电子器件在透视显示等领域应用得非常广泛，例如，目前已经有透明手机等电子产品问世。
另一方面，阻变存储器在集成电路中扮演着重要角色，其研发进展也很迅速。阻变存储器属于非挥发性存储器，目前市场上的非挥发性存储器主要以闪存(flash memory)为主，随着集成电路技术的不断发展，人们需要研究和开发更高存储量、更快响应速度、更低成本的存储技术，以阻变存储器为代表的新一代存储技术已成为倍受关注的研究热点。阻变存储器是一种新概念存储器，其基本原理在于，材料的电阻在外加电压或电流的激励下可在高阻态(“0”状态)和低阻态(“1”状态)之间实现可逆转换，从而实现数据存储(存“0”或存“1”)的功能。同传统闪存相比，阻变存储器具有结构和制备工艺简单、速度快、操作电压低等优点。
近年来，有文章报道过制备在塑料或橡胶衬底上的柔性阻变存储器，以及制备在玻璃衬底上的透明阻变存储器，但由于阻变器件单元的电极薄膜(大多数为金属)或介质层材料不是透明的，所以并不能达到完全透明。也就是说，目前还没有一种把“透明柔性电子系统”和“阻变存储器”二者结合在一起透明柔性阻变存储器。透明柔性阻变存储器除了应具有阻变存储器本身的特性外，还应具备透明、柔韧可卷曲等优点，以应用在电子纸张(e-paper)、电子显示(例如显示屏)及其他相关的透明电子产品中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全透明的柔性阻变存储器及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种透明柔性阻变存储器，包括一透明的柔性衬底，衬底之上是MIM电容结构的器件单元，所述器件单元的底层和顶层为透明柔性电极，中间功能层为聚对二甲苯透明薄膜。
上述透明柔性阻变存储器，所述衬底可以是聚对二甲苯或其他透明柔性材料形成的薄膜衬底，包括塑料和橡胶材料，例如，PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜等；所述透明柔性电极可以是透明ITO(氧化铟锡)电极，也可以是其他透明电极，例如ZnO薄膜、石墨烯薄膜、导电高分子材料PEDOT(聚(3，4-乙烯二氧噻吩))等等；所述聚对二甲苯可以是聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型。
上述衬底薄膜的厚度一般在2-500μm；中间功能层聚对二甲苯聚合物薄膜的厚度为30-50nm；顶层电极的厚度在100-500nm；底层电极的厚度在100-500nm。
本发明还提供了上述透明柔性存储器的制备方法，包括以下步骤：
1)在一基片上淀积透明柔性材料，形成透明柔性薄膜衬底；
2)在衬底上制作透明柔性的底层电极；
3)在底层电极上淀积聚对二甲苯聚合物薄膜，作为中间功能层；
4)在中间功能层上制作透明柔性顶层电极；
5)将透明柔性薄膜衬底从基片上分离下来，获得透明柔性阻变存储器。
上述步骤1)所述基片通常是硅基片或者玻璃基片；所述透明柔性材料优选为聚对二甲苯，采用聚合物化学气相淀积(polymer CVD)方法在基片上真空淀积聚对二甲苯聚合物厚膜作为衬底，淀积速度在20nm/min和200nm/min之间。
上述步骤2)优选在衬底上溅射ITO薄膜，然后光刻定义底层电极。
上述步骤3)采用聚合物化学气相淀积的方法真空淀积聚对二甲苯聚合物薄膜，淀积速度在1nm/min和10nm/min之间。
上述步骤4)优选在中间功能层上溅射ITO薄膜，然后光刻定义顶层电极。
进一步的，在步骤3)之后，步骤4)之前通过光刻和反应离子刻蚀(RIE)聚对二甲苯聚合物薄膜，定义出底层电极的引出通孔，在步骤4)通过在通孔中填充顶层电极材料引出底层电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明阻变存储器的中间功能层所采用的聚对二甲苯材料具有良好的阻变特性(阻变特性曲线如图1所示)，而且衬底、电极和中间功能层均采用透明柔性材料制备，是全透明的柔性阻变存储器，可应用于透明柔性电子系统中。
附图说明
图1是聚对二甲苯的阻变特性曲线。
图2是本发明透明柔性阻变存储器的MIM电容结构的示意图。
图3(a)～图3(f)是实施例2制备透明柔性阻变存储器的各步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1聚对二甲苯的阻变特性检测
图1是以聚对二甲苯C型(Parylene-C)为中间功能层，Al为顶电极，W为底电极的MIM结构器件的I-V特性图，图中标识1是器件在正向电压的激励下由高阻态向低阻态的跃变过程；2是低阻态保持过程；3是器件在负向电压的激励下由低阻态向高阻态的跃变过程；4是高阻态保持过程。使器件的底电极接地，则顶电极的电压可以控制存储器的阻值，使其发生高阻和低阻之间的转换，即存储器“0”，“1”两个状态之间的转换。高阻态和低阻态在小读取电压(如0.1V)下的阻值比高达108，体现了较高的“0”“1”状态区分度，可见，聚对二甲苯材料具有良好的阻变特性。
实施例2透明柔性阻变存储器的制备
图2所示的是本发明典型的透明柔性阻变存储器的MIM电容结构，包括底电极303、中间功能层304和顶电极305。阻变存储器的制备过程如下：
1)利用Polymer CVD技术在硅或玻璃基片301上生长聚对二甲苯C型(Parylene-C)厚膜302，厚度在2μm和500μm之间，如图3(a)所示；
2)以ITO作为底层电极303，该底层电极采用物理气相淀积(PVD)方法或其它IC工艺中的成膜方法形成，厚度在200nm和500nm之间，并采用光刻技术使底层电极图形化，如图3(b)所示(图中所示是在同一个衬底上制作两个相同的器件单元)；
4)利用Polymer CVD技术生长聚对二甲苯C型(Parylene-C)薄膜304，如图3(c)所示，薄膜厚度30-50nm，淀积速度在1nm/min和10nm/min之间；
5)通过光刻，RIE刻蚀定义底层电极引出通孔306，如图3(d)所示；
6)采用PVD工艺溅射ITO，厚度在200nm和500nm之间，通过光刻、剥离定义顶层电极305，同时将底层电极引出，如图3(e)所示；
7)分离柔性衬底与基片，如图3(f)所示，制得透明柔性阻变存储器。
采用柔性透明的聚对二甲苯薄膜作为阻变存储器的柔性衬底材料和中间功能层，采用透明的ITO薄膜作为阻变存储器的上下电极，最终可制备全透明的柔性阻变存储器，可广泛应用于透明电子产品中。
虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明的阻变存储器的材料，结构及其制备方法，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，例如中间层和衬底材料聚对二甲苯C型(Parylene-C)可以换成聚对二甲苯N型(Parylene-N)或聚对二甲苯D型(Parylene-D)。其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (10)

1.一种阻变存储器，包括一透明的柔性衬底，衬底之上是MIM电容结构的器件单元，所述器件单元的底层和顶层为透明柔性电极，中间功能层为聚对二甲苯透明薄膜。
2.如权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述衬底是聚对二甲苯薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜。
3.如权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述透明柔性电极的材料为氧化铟锡、氧化锌、石墨烯或聚(3，4-乙烯二氧噻吩)。
4.如权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述聚对二甲苯是聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型聚合物。
5.如权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述衬底的厚度为2-500μm；所述底层电极和顶层电极的厚度为100-500nm；所述中间功能层的厚度为30-50nm。
6.权利要求1～5任一所述的阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：
1)在一基片上淀积透明柔性材料，形成透明柔性薄膜衬底；
2)在衬底上制作透明柔性的底层电极；
3)在底层电极上淀积聚对二甲苯聚合物薄膜作为中间功能层；
4)在中间功能层上制作透明柔性的顶层电极；
5)将透明柔性薄膜衬底从基片上分离下来，获得透明柔性阻变存储器。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述基片是硅基片或玻璃基片。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)采用聚合物化学气相淀积方法在基片上真空淀积聚对二甲苯形成衬底，淀积速度为20～200nm/min；步骤3)采用聚合物化学气相淀积的方法在底层电极上真空淀积聚对二甲苯形成中间功能层，淀积速度为1～10nm/min。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)和步骤4)通过溅射氧化铟锡薄膜，然后光刻定义底层电极和顶层电极。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)之后，步骤4)之前通过光刻和反应离子刻蚀聚对二甲苯聚合物薄膜，定义出底层电极的引出通孔，在步骤4)通过在通孔中填充顶层电极材料引出底层电极。
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