CN103022071B - 一种柔性存储器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种柔性存储器，包括两个柔性基底，在柔性基底上方依次设有柔性霍尔器件层、粘结层、柔性位导线层、粘结层、柔性字导线层、粘结层、柔性基底；所述的柔性霍尔器件层上的霍尔器件为有磁滞效应的记忆型器件。最后封装形成柔性磁随机存储器。柔性基底为聚碳酸酯，PC、聚二甲基硅氧烷或硅橡胶PDMS膜，柔性霍尔器件层是二氧化硅硅片上淀积铁铂合金霍尔器件；粘结层采用带有溶剂的聚甲基丙烯酸甲酯加热使溶剂挥发包覆霍尔器件层的PMMA固化膜。
Description
技术领域
本发明属于电子产品及其制造技术领域，公布了一种结构简单、超高密度的柔性存储器件的结构形式、低成本制造方法和工艺材料要素。
背景技术
磁随机存储器具有非常优异的特性:高集成度、非易失性、高速读取写入能力、重复可读写次数近乎无穷大、低功耗和抗辐照能力。它既可以做计算机的内存储器,也可以做外存储器。作为内存储器,它与市场上通用的DRAM相比的优点是具有非易失性、抗辐照和存取速度快。作为外存储器,它比目前常规的闪存器(即Flash存储器)存取速度快1000倍、功耗更小和寿命更长；而与硬磁盘竞争优势在于它无运动部件,与Flash存储器使用一样方便。为了适宜于采用传统的光刻工艺进行制造，在目前已有的发明或公开的研究中，磁随机存储器主要构建于硬度较大的基底材料之上，如硅，铝基合金等。因而磁随机存储器的刚度较大，抗震性能较差，易于因磕碰而损坏，同时也不利于携带。
发明内容
本发明提出了一种柔性超高密度存储器，其结构采用小刚度的柔性材料，同时利用转移工艺将传统光刻制作的功能器件层组合在基底上，从而形成柔性存储器。
为了实现上述任务，本发明目采取如下的技术解决方案：
柔性存储器，包括两个柔性基底，在柔性基底上方依次设有柔性霍尔器件层、粘结层、柔性位导线层、粘结层、柔性字导线层、粘结层、柔性基底；所述的柔性霍尔器件层上的霍尔器件为有磁滞效应的记忆型器件。
进一步的，柔性基底为聚碳酸酯，PC、聚二甲基硅氧烷或硅橡胶PDMS膜，柔性霍尔器件层是二氧化硅硅片上淀积铁铂合金霍尔器件；粘结层采用带有溶剂的聚甲基丙烯酸甲酯加热使溶剂挥发包覆霍尔器件层的PMMA固化膜；柔性位导线层为银或铝。
柔性存储器的制造方法，按以下步骤进行：
(1)采用离心铺胶或喷胶方法将液态的光刻胶材料涂敷到具有二氧化硅绝缘层的硅片基底表面上，并在二氧化硅表面上均匀分布；
(2)采用表面上包含纳米级霍尔器件结构的透明模具,在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光照射固化，形成反形的霍尔器件结构；
(3)采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形霍尔器件结构的表面上淀积一层霍尔器件材料，然后采用剥离法将未固化的光刻胶连同其上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底的二氧化硅表面形成霍尔器件层；
(4)采用离心铺胶或喷胶方法将带有溶剂的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）均匀涂敷到基底的二氧化硅以及霍尔器件层表面，然后加热使溶剂挥发，从而在基底的二氧化硅表面上得到包覆霍尔器件层的PMMA固化膜；
(5)用湿法刻蚀，去除基底上的二氧化硅层，从而得到包覆霍尔器件层的PMMA固化膜，即为柔性霍尔器件层；
(6)经过第一次对准，将上述柔性霍尔器件层转移到柔性衬底上；柔性衬底旋涂一层粘结层，柔性霍尔器件层转移到粘结层，再使粘结层固化，完成霍尔器件层的转移和固定；
(7)重复步骤上述的（1）——（5），得到柔性位导线层，其中：步骤（2）里的模具改成包含纳米级位导线环形结构的透明模具，步骤（3）里的淀积材料改为导线材料；
(8)经过第二次对准，将柔性位导线层转移到具有霍尔器件层的柔性衬底上，然后旋涂一层粘结层，再使粘结层固化，完成柔性位导线层的转移和固定；
(9)重复步骤上述的（1）——（5），得到柔性字导线层，其中：步骤（2）里的模具改成包含纳米级字导线环形结构的透明模具，步骤（3）里的淀积材料改为导线材料；
(10)经过第三次对准，将柔性字导线层转移到具有柔性位导线层的柔性衬底上，然后旋涂一层粘结层，再在其上覆盖柔性衬底，再使粘结层固化，完成整个柔性存储器的封装。
本发明的有益效果是：本发明利用新方法制备成超高密度的磁性存储器，制备的成品与Flash存储器使用一样方便。适宜于采用传统的光刻工艺进行制造，有很好的抗震性能并利于携带。
附图说明
图1为柔性存储器结构分层示意图。图中的标号分别表示：1为柔性基底(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)膜，2为柔性霍尔器件层(霍尔器件材料为如市售的铁铂合金，FePt)，3为粘结层(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，4为柔性位导线层(导线材料为如市售的铝或银，Al，Ag)，5为粘结层(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，6为柔性字导线层(导线材料为如市售的铝或银，Al，Ag)，7为粘结层(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，8为柔性基底(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)膜。
图2a、图2b、图2c分别为霍尔器件压印模板、位导线压印模板、字导线压印模板的示意图，图中的标号9、11、13分别为霍尔器件、位导线、字导线的硅橡胶(PDMS)模具，图中的标号10、12、14为模具的透明支撑性背衬(例如石英玻璃)。
图2d为柔性存储器存储单元工作原理简示图。图中，信息写入时，位/字导线中流过的电流分别为I位和I字，其感应出的相应磁场的磁感应强度的垂直分量分别为B位和B字，在B位和B字叠加作用下，对霍尔十字的中心活性区励磁；信息读出时，在霍尔器件的电流电极端加入电流，霍尔器件的电压电极端将产生出同图形化磁性介质的剩磁状态相对应的电势差(剩磁方向变化时，电势差极性也改变方向)，从而读出记录信息。I入和I出分别为流入和流出霍尔器件电流电极的电流，V+和V-为霍尔器件电压电极感应出的电势。
图3a-m为柔性存储器存储单元的组合制作工艺。图中，1为硅片基底，2为二氧化硅牺牲层，A为光刻胶，3为霍尔器件，B、C、D为PMMA，4为柔性基底，5、7、9为粘结层，6为位导线，8为字导线，10为柔性基底。图3a为带有二氧化硅牺牲层的硅片基底，图3b为二氧化硅牺牲层上涂敷光刻胶，图3c为使用霍尔器件压印模版在光刻胶上制作反形层，图3d为利用剥离法制作得到霍尔器件，图3e为涂敷PMMA工艺，图3f为刻蚀去除二氧化硅牺牲层后得到的柔性霍尔器件层，图3g为将柔性霍尔器件层转移到柔性基底上，图3h为在柔性霍尔器件层上涂敷粘结层，图3i为将柔性位导线层转移到粘结层上，图3j为在柔性位导线层上涂敷粘结层，图3k为将柔性字导线层转移到粘结层，图3l为在柔性字导线层上涂敷粘结层，图3m为在粘结层上覆盖柔性基底。
以下结合附图和工作原理以及发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明的柔性存储器存储单元结构如下：
八层结构，包括柔性基底1，在柔性基底1上方依次为柔性霍尔器件层2、粘结层3、柔性位导线层4、粘结层5、柔性字导线层6、粘结层7、柔性基底8(参见图1)。其中的主要功能层柔性霍尔器件层2、柔性位导线层4、柔性字导线层6，这四种器件的尺度都为纳米级别。其中柔性霍尔器件层2的霍尔器件为有磁滞效应的记忆型。
上述基于霍尔效应的柔性存储器，其制造方法包括下列步骤(参见图3a-m)：
(1)采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶或喷胶)将液态的光刻胶材料A（如BN308紫外负性光刻胶）涂敷到具有二氧化硅牺牲层2-1的硅片基底1上，并在二氧化硅2表面上均匀分布；
(2)采用表面上包含纳米级霍尔器件结构的透明模具,如硅橡胶PDMS(参见图2a)在涂敷光刻胶的二氧化硅牺牲层2上压印，并用紫外光照射固化，形成反形的霍尔器件结构；
(3)采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形霍尔器件结构的表面上淀积一层霍尔器件材料(如市售的铁铂合金，FePt)，然后采用剥离法将光刻胶连同其上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底的二氧化硅牺牲层2的表面上形成霍尔器件3；
(4)采用通用的胶薄膜制备方法(离心铺胶或喷胶)将带有溶剂的聚甲基丙烯酸甲酯B均匀涂敷到基底的二氧化硅2以及霍尔器件3的表面，然后加热使溶剂挥发，从而在基底的二氧化硅2表面上得到包覆霍尔器件层的PMMA固化膜；
(5)用湿法刻蚀(如稀释的氢氟酸HF)，去除基底上的二氧化硅层2，从而得到包覆霍尔器件层的PMMA固化膜，即为如图3f所示的柔性霍尔器件层；
(6)经过第一次对准，将柔性霍尔器件层转移到柔性衬底4(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)上，然后旋涂一层粘结层5(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，再使粘结层5固化(如加热)，完成霍尔器件层向柔性基底4的转移和固定；
(7)重复步骤上述的（1）——（5），得到柔性位导线层，其中：步骤（2）里的模具改成包含纳米级位导线环形结构的透明模具，如硅橡胶PDMS(参见图2b)；步骤（3）里的淀积材料改为导线材料(如市售的铝或银，Al，Ag)；
(8)经过第二次对准，将柔性位导线层转移到粘结层5上，然后旋涂一层粘结层7(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，再使粘结层7固化(如加热)，完成柔性位导线层向柔性基底4的转移和固定；
(9)重复步骤上述的（1）——（5），得到柔性字导线层，其中：步骤（2）里的模具改成包含纳米级字导线环形结构的透明模具，如硅橡胶PDMS(参见图2c)；步骤（3）里的淀积材料改为导线材料(如市售的铝或银，Al，Ag)；
(10)经过第三次对准，将柔性字导线层转移到粘结层7上，然后旋涂一层粘结层9(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，然后在粘结层9上覆盖柔性基底10(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)，再使粘结层9固化(如加热)，完成整个柔性存储器的封装。
其中步骤(4)、(5)、(6)、(8)、(10)为本发明的存储器单元制作的关键步骤。
Claims (4)
1.一种柔性存储器，包括两个柔性基底，其特征在于，在柔性基底上方依次设有柔性霍尔器件层、粘结层、柔性位导线层、粘结层、柔性字导线层、粘结层、柔性基底；所述的柔性霍尔器件层上的霍尔器件为有磁滞效应的记忆型器件；
柔性基底为聚碳酸酯，PC、聚二甲基硅氧烷或硅橡胶PDMS膜，柔性霍尔器件层是二氧化硅硅片上淀积铁铂合金霍尔器件；采用带有溶剂的聚甲基丙烯酸甲酯加热使溶剂挥发包覆霍尔器件层的PMMA固化膜；柔性位导线层为银或铝。
2.根据权利要求1所述的柔性存储器的制造方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)采用离心铺胶或喷胶方法将液态的光刻胶材料涂敷到具有二氧化硅绝缘层的硅片基底表面上，并在二氧化硅表面上均匀分布；
(2)采用表面上包含纳米级霍尔器件结构的透明模具,在涂敷光刻胶的基底上压印，并用紫外光照射固化，形成反形的霍尔器件结构；
(3)采用物理汽相淀积PVD设备及工艺，在已包含反形霍尔器件结构的表面上淀积一层霍尔器件材料，然后采用剥离法将未固化的光刻胶连同其上的霍尔器件材料一并去除，从而在基底的二氧化硅表面形成霍尔器件层；
(4)采用离心铺胶或喷胶方法将带有溶剂的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）均匀涂敷到基底的二氧化硅以及霍尔器件层表面，然后加热使溶剂挥发，从而在基底的二氧化硅表面上得到包覆霍尔器件层的PMMA固化膜；
(5)用湿法刻蚀，去除基底上的二氧化硅层，从而得到包覆霍尔器件层的PMMA固化膜，即为柔性霍尔器件层；
(6)经过第一次对准，将上述柔性霍尔器件层转移到柔性衬底上；柔性衬底旋涂一层粘结层，柔性霍尔器件层转移到粘结层，再使粘结层固化，完成霍尔器件层的转移和固定；
(7)重复步骤上述的（1）——（5），得到柔性位导线层，其中：步骤（2）里的模具改成包含纳米级位导线环形结构的透明模具，步骤（3）里的淀积材料改为导线材料；
(8) 经过第二次对准，将柔性位导线层转移到具有霍尔器件层的柔性衬底上，然后旋涂一层粘结层，再使粘结层固化，完成柔性位导线层的转移和固定；
(9) 重复步骤上述的（1）——（5），得到柔性字导线层，其中：步骤（2）里的模具改成包含纳米级字导线环形结构的透明模具，步骤（3）里的淀积材料改为导线材料；
(10) 经过第三次对准，将柔性字导线层转移到具有柔性位导线层的柔性衬底上，然后旋涂一层粘结层，再在其上覆盖柔性衬底，再使粘结层固化，完成整个柔性存储器的封装。
3.根据权利要求2所述的柔性存储器的制造方法，其特征在于，所述的光刻胶为负性胶。
4.根据权利要求2所述的柔性存储器的制造方法，其特征在于，在柔性基底和压印模具上都加工有对准标记。
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