CN103219464B - 一种mma/bmi共聚物有机阻变存储器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器及其制备方法，包括衬底，衬底上的底电极，旋涂于底电极上的共聚物有机阻变存储层和顶电极，其特征是：有机阻变存储层由甲基丙烯酸甲酯（MMA）和双马来酰亚胺（BMI）共聚物有机膜组成。制备时，将制备好的MMA/BMI预聚物溶液旋涂于底电极上，直接在底电极上完成共聚反应得到MMA/BMI共聚物，可以减少底电极与MMA/BMI共聚物有机功能层之间的接触电阻；所得MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的性能优异，关态电流小于4nA，开关比高达108，具有良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器及其制备方法。
背景技术
阻变存储器具有存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、有利于提高集成密度等诸多优点，受到广泛的关注。目前，应用最广泛、发展最成熟的非挥发性存储器为闪存（flash memory）器件。然而具有更高存储密度，更快响应速度，更低操作电压，更简单的制备工艺的新一代阻变存储器（RRAM）应运而生，有取代闪存的潜力。
聚酰亚胺类高分子材料具有突出的物理性能，诸如优异的热稳定性、高的透光性以及低介电常数等，广泛应用于电工电子领域。其中，一些含有电子给体和电子受体基团的聚酰亚胺类材料被证明具有优异的电双稳态存储性质，是高性能有机电存储器件的首选材料，具有潜在的商业应用前景。但是，因聚酰亚胺分子结构的特殊性，其溶解性极差，几乎不能溶解于常见的溶剂，使得将聚酰亚胺在用于存储器件制备时遇到了很多难以克服的困难。
有机阻变存储器可应用于低成本电子器件和柔性电子器件领域，除了具有RRAM的优势外，相比于无机阻变存储器还具有可铙曲性，制备工艺简单，成本低廉，材料可设计分子结构以提高性能等优越之处。但是，有机阻变存储器需要进一步提高器件的高低电阻比，从而降低数据读写的难度以及误操作。而且有机材料大多表现出化学稳定性和热稳定性差等问题。这些都成为阻碍有机阻变存储器发展的关键难题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高开关比及高稳定性的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器，包括衬底，衬底上的底电极，旋涂于底电极上的共聚物有机阻变存储层和顶电极，所述共聚物有机阻变存储层由甲基丙烯酸甲酯（MMA）和双马来酰亚胺（BMI）共聚物有机膜组成。
所述的MMA/BMI共聚物有机膜厚度为30~150nm。
一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃衬底，分别用去离子水、酒精、丙酮超声清洗5~15min，烘干作为底电极备用；
（2）制备MMA/BMI的预聚物：在BMI含量为1~10%的BMI/MMA共混溶液中加入5~10ml极性溶剂，在磁力搅拌器上混合均匀，加入1wt%引发剂BPO（过氧化苯甲酰）或AIBN（偶氮二异丁腈），升温至75~85℃搅拌3h，然后升温至110~125℃搅拌15~30 min，即制得MMA/BMI共聚物的预聚溶液；
（3）将步骤（2）预聚溶液旋涂2～5次沉积于底电极上，然后放在90~120℃电热板上烘干3~5min，形成MMA/BMI预聚物有机膜；
（4）在步骤（3）预聚物有机膜上覆盖圆点直径为0.01~1mm的点状掩膜，利用真空蒸发镀膜技术蒸发金属于掩膜上，形成点状顶电极，即制得三明治结构的共聚物有机存储器件；
（5）将步骤（4）制备好的共聚物有机存储器件放入125~135℃的真空干燥箱中进行固化反应10~30min、用三氯甲烷稀溶液刻蚀出底电极，最终制备成MMA/BMI共聚物有机阻变存储器。
步骤（1）所述的氧化铟锡的厚度为50~300nm。
步骤（2）所述的极性溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
步骤（4）所述顶电极的厚度为50~300nm。
步骤（5）所述的MMA/BMI共聚物有机膜厚度为30~150nm。
本发明采用MMA/BMI共聚物作为功能层主要是基于：聚酰亚胺类高分子材料具有优异的热稳定性、高的透光性以及低介电常数，聚酰亚胺类材料被证明具有优异的电双稳态存储性质，而双马来酰亚胺（BMI）的主链上含有电子给体和电子受体基团，故也具有优异的电双稳性能。之所以将双马来酰亚胺（BMI）与热塑性材料高分子材料甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚，是因为其含电子给体与电子受体且性能稳定，具有优异的柔韧性、成膜性，可以改善聚酰亚胺的刚性。MMA/BMI共聚物中含有强电子给体与强电子受体，故能形成不同导电态下的电流传输。
本发明MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的优点如下：
（1）本发明首次采用双马来酸亚胺（BMI）与甲基丙烯酸甲酯（MMA）共聚物膜作为有机阻变存储器的有机功能层，这在国内外文献中尚无报道。
（2）本发明涉及到的有机材料成本低廉，采用直接在底电极上完成共聚反应的制备方法，可以减少底电极与有机功能层之间的接触电阻，使得器件更加稳定。且易于制备，工艺流程简单。
（3）经实验测得该共聚物有机阻变存储器的性能优异，具有较高的稳定性，关态电流小于1nA，开关比高达108，具有双极性和闪存(Flash)功能和一次写入多次读取（WORM）功能。
附图说明
图1为本发明MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的结构图；
图2为实施例1的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的阻变特性测试结果图；
图3为实施例2的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的阻变特性测试结果图；
图4为实施例3的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的阻变特性测试结果图。
图中，1.衬底 2.氧化铟锡 3.MMA/BMI共聚物有机功能层 4.顶电极 5.底电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。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，可以对本发明进行修改和替换，例如：用聚酰亚胺类高分子代替双马来酰亚胺，用丙烯酸酯类代替甲基丙烯酸甲酯等。
参照图1，一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器，包括衬底1，衬底1上的氧化铟锡2，底电极5，旋涂于底电极5上的共聚物有机阻变存储层3和顶电极4，所述共聚物有机阻变存储层3由甲基丙烯酸甲酯（MMA）和双马来酰亚胺（BMI）共聚物有机膜组成。
所述的MMA/BMI共聚物有机膜厚度为30~150nm。
实施例1
一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃衬底，分别用去离子水、酒精、丙酮超声清洗15min，烘干作为底电极备用，氧化铟锡的厚度为250nm；
（2）制备MMA/BMI的预聚物：将0.2gBMI，10mlMMA共混后加入5ml的三氯甲烷极性溶剂，然后在磁力搅拌器上混合均匀，加入0.0102g引发剂BPO（过氧化苯甲酰）或AIBN（偶氮二异丁腈），升温至75℃搅拌3h，然后升温至110℃搅拌15min，即制得MMA/BMI共聚物的预聚溶液；
（3）将步骤（2）预聚溶液旋涂2次沉积于底电极上，然后放在100℃电热板上烘干5min，形成MMA/BMI预聚物有机膜；
（4）在步骤（3）预聚物有机膜上覆盖圆点直径为1mm的点状掩膜，利用真空蒸发镀膜技术蒸发金属于掩膜上，形成厚度为150nm点状顶电极，即制得三明治结构的共聚物有机存储器件；
（5）将步骤（4）制备好的共聚物有机存储器件放入125℃的真空干燥箱中进行固化反应15min、用三氯甲烷稀溶液刻蚀出底电极，最终制备成厚度为150nm 的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器。
图2为实施例1的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的阻变特性测试结果图，由图可知：该共聚物有机阻变存储器的性能优异，具有较高的稳定性，关态电流小于1nA，开关比高达108 。
实施例2
一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃衬底，分别用去离子水、酒精、丙酮超声清洗15min，烘干作为底电极备用，氧化铟锡的厚度为250nm；
（2）制备MMA/BMI的预聚物：将0.4gBMI，10mlMMA共混后加入8ml的三氯甲烷极性溶剂，然后在磁力搅拌器上混合均匀，加入0.0104g引发剂BPO（过氧化苯甲酰）或AIBN（偶氮二异丁腈），升温至80℃搅拌3h，然后升温至115℃搅拌15mins，即制得MMA/BMI共聚物的预聚溶液；
（3）将步骤（2）预聚溶液旋涂2次沉积于底电极上，然后放在110℃电热板上烘干5 min，形成MMA/BMI预聚物有机膜；
（4）在步骤（3）预聚物有机膜上覆盖圆点直径为1mm的点状掩膜，利用真空蒸发镀膜技术蒸发金属于掩膜上，形成厚度为100nm点状顶电极，即制得三明治结构的共聚物有机存储器件；
（5）将步骤（4）制备好的共聚物有机存储器件放入125℃的真空干燥箱中进行固化反应15min、用三氯甲烷稀溶液刻蚀出底电极，最终制备成厚度为100nm的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器。
图3为实施例2的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的阻变特性测试结果图，由图可知：该共聚物有机阻变存储器的性能优异，具有较高的稳定性，关态电流小于1nA，开关比高达105。
实施例3
一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃衬底，分别用去离子水、酒精、丙酮超声清洗 15min，烘干作为底电极备用，氧化铟锡的厚度为250nm；
（2）制备MMA/BMI的预聚物：将0.6gBMI，10mlMMA共混后加入10ml的三氯甲烷极性溶剂，然后在磁力搅拌器上混合均匀，加入0.0106g引发剂BPO（过氧化苯甲酰）或AIBN（偶氮二异丁腈），升温至85℃搅拌3h，然后升温至120℃搅拌15mins，即制得MMA/BMI共聚物的预聚溶液；
（3）将步骤（2）预聚物旋涂2次沉积于底电极上，然后放在110℃电热板上烘干5min，形成MMA/BMI预聚物有机膜；
（4）在步骤（3）预聚物有机膜上覆盖圆点直径为1mm的点状掩膜，利用真空蒸发镀膜技术蒸发金属于掩膜上，形成厚度为150nm点状顶电极，即制得三明治结构的共聚物有机存储器件；
（5）将步骤（4）制备好的共聚物有机存储器件放入125℃的真空干燥箱中进行固化反应15min、用三氯甲烷稀溶液刻蚀出底电极，最终制备成厚度为150nm的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器。
图4为实施例3的MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的阻变特性测试结果图，由图可知：该共聚物有机阻变存储器的性能优异，具有较高的稳定性，关态电流小于1nA，开关比高达106。
表1
Claims (5)
1.一种MMA/BMI共聚物有机阻变存储器的制备方法，其特征是包括如下步骤：
（1）将氧化铟锡（ITO）玻璃衬底，分别用去离子水、酒精、丙酮超声清洗5~15min，烘干作为底电极备用；
（2）制备MMA/BMI的预聚物：在BMI含量为1~10%的BMI/MMA共混溶液中加入5~10ml极性溶剂，在磁力搅拌器上混合均匀，加入1wt%引发剂BPO（过氧化苯甲酰）或AIBN（偶氮二异丁腈），升温至75~85℃搅拌3h，然后升温至110~125℃搅拌15~30 min，即制得MMA/BMI共聚物的预聚溶液；
（3）将步骤（2）预聚溶液旋涂2～5次，沉积于底电极上，然后放在90~120℃电热板上烘干3~5min，形成MMA/BMI预聚物有机膜；
（4）在步骤（3）预聚物有机膜上覆盖圆点直径为0.01~1mm的点状掩膜，利用真空蒸发镀膜技术蒸发金属于掩膜上，形成点状顶电极，即制得三明治结构的共聚物有机存储器件；
（5）将步骤（4）制备好的共聚物有机存储器件放入125~135℃的真空干燥箱中进行固化反应10~30min、用三氯甲烷稀溶液刻蚀出底电极，最终制备成MMA/BMI共聚物有机阻变存储器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）所述的氧化铟锡的厚度为50~300nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）所述的极性溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的顶电极的厚度为50~300nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（5）所述的MMA/BMI共聚物有机膜厚度为30~150nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150826 Termination date: 20160428 |