CN104409632A - 一种多层结构有机阻变存储器的3d打印制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，该多层结构有机阻变存储器在衬底上形成包括：下电极、有机功能层、上电极、两层有机功能层间的中间电极层、与各层电极并行同厚度的介质层的多层结构。其通过上电极与下电极之间的有机功能层与中间电极层的N次叠加实现多层结构。该多层存储器完全通过3D打印及时实现制备，该器件的制备工艺简单，过程易控，且可通过柔性衬底制成柔性器件，用于高度集成的大容量多维存储器领域，具有很高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体存储及半导体工艺技术，属于存储器领域，具体涉及一种多层有机阻变存储器的3D打印制备方法。
背景技术
在当今信息爆炸的数字化时代中，人们的生产和生活都离不开高密度、高速度的存储器。阻变存储器具有全新的存储概念，它是利用一些无机氧化物或者有机物/聚合物中存在的可控阻变效应，即在不同的电压激励下，阻变存储器会呈现出两种完全不同的阻抗状态（低阻和高阻，对应“开”和“关”），分别代表数据“1”和“0”，并且在电压撤去之后，状态依然保持，因此实现了数据的存储。阻变存储器的优势在于结构简单、功耗低、速度快、存储密度高、制造工艺简单，极有可能取代传统非挥发性存储器而占领半导体存储器市场。
有机阻变存储器是以有机材料的电阻在外电场作用下可在高阻态与低阻态之间实现可逆转为基础的一类前瞻性下一代非挥发存储器，它具有在32nm节点及以下取代先有主流Flash存储器的潜力，成诶目前新型存储器的一个重要研究方向。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，相比与无机阻变存储器还具有可绕曲性，成本低廉，材料分子结构可设计以提高性能等优越之处。随着存储设备不断向大容量、高密度存储的方向发展，提高单位体积器件的存储密度是一个十分有效的解决方案，即实现真正的三维存储。三维存储在阻变存储器上的实现言意味着在二维平面基础上实现第三维的存储，本发明提供的一种多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，制备的器件可实现高容量三维存储，且制得器件具有较强的可靠性和稳定性。
发明内容
本发明目的在于一种多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，该多层结构有机阻变存储器在衬底上形成包括：下电极、有机功能层、上电极、两层有机功能层间的中间电极层、与各层电极并行同厚度的介质层的多层结构。其通过上电极与下电极之间的有机功能层与中间电极层的N次叠加实现多层结构。该多层存储器完全通过3D打印及时实现制备，该器件的制备工艺简单，过程易控，且可通过柔性衬底制成柔性器件，用于高度集成的大容量多值存储器领域，具有很高的应用价值。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，其特征在于，所述的多层结构有机阻变存储器的结构是在衬底上形成的，包括：下电极、有机功能层、上电极、两层有机功能层间的中间电极层、与各层电极并行同厚度的介质层的多层结构有机阻变存储器，按如下操作步骤进行：
1）建模，利用电脑建模软件设计多层结构有机阻变存储器的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令，从而控制打印头的运动路径数据，并控制紫外光的的照射照射时间、熔融腔的温度及激光的照射时间；
2）通过3D打印技术在衬底上打印下电极及中间介质层，将用于制备电极及中间介质层的材料加入到相应的基材熔融腔或液槽中，使其从各自的打印头中打出，经固化装置迅速固化；通过软件控制打印头的移动，打印完成下电极层；
3）通过3D打印技术打印有机功能层，将用于制备有机功能层的材料加入相应的基材熔融腔或液槽中，使其从各自的打印头中打出，经固化装置迅速固化；通过软件控制打印头的移动，打印完成有机功能功能层；
4）以此方式通过3D打印技术逐层打印多层结构有机阻变存储器的各层，最后完成上电极的打印。
其中，所述打印各层膜结构的步骤是在形成一层完整的膜结构后再打印上一层膜结构，或是按步进量各膜层前后同时打印。
所述的多层结构是上电极与下电极之间的有机功能层和中间电极层的N次叠加实现多层结构。
所述的多层结构中的上电极、下电极以及中间电极层呈并行条状，且并行条状电极之间填充同厚度的介质层，上下相邻的条状电极呈十字交叉状态。
所述的衬底为玻璃、石英、陶瓷或柔性基底。
所述的上电极、下电极以及中间电极层的厚度为50~200nm，采用材料为铜、钨、镍、锌、铝中的一种金属电极或者两种及两种以上的复合金属电极或者氧化铟掺锡、氧化锌掺铝及其他导电材料。
所述的有机功能层的厚度为20~200nm，采用材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑以及其他具有阻变性能的有机材料或复合材料。
所述的与各层电极并行同厚度的介质层材料为环氧树脂、光敏树脂及其他绝缘介质材料。
本发明具有如下优点和有益效果：
该器件结构方法以及3D打印技术制备方法可实现多层结构的叠加，从而实现多维存储，提高器件的存储密度；由于阻变功能材料均属有机材料，该多层结构器件可在柔性衬底上打印制备，实现柔性器件，用于高度集成的大容量多维存储器领域；器件的结构成分简单，采用3D打印技术成本低，一旦建模完成操作简单易控，可实现大规模生产。
附图说明
图1是本发明提供的一种采用3D打印制备方法的多层结构有机阻变存储器的结构示意图。
图2是本发明提供的一种采用3D打印制备方法的多层结构有机阻变存储器的结构俯视图。
其中，101代表衬底；102代表电极，本实施例采用金属铝为阳极；103代表有机功能层。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。但是所描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，并不局限于此。
本发明涉及一种多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，包括以下操作步骤：
1、建模，利用电脑建模软件设计多层结构有机阻变存储器的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令，从而控制打印头的运动路径数据，并控制紫外光的的照射照射时间、熔融腔的温度及激光的照射时间；
2、通过3D打印技术在衬底上打印下电极及中间介质层，将用于制备电极及中间介质层的材料分别加入到相应的基材熔融腔或液槽中，该实施例采用铝作为电极材料，采用光敏树脂作为介质材料，使其从各自的打印头中打出。经波长为325nm、强度为30mw的紫外光照射挤出的液态光敏树脂使其迅速固化形成，铝电极则从基材熔融腔挤出经固化装置迅速固化。下电极呈条状平行排布，宽度为3mm，相邻条状电极之间介质层宽度为3mm，介质层平行于电极填充打印。通过软件控制打印头的移动，以此完成下电极-介质层的打印，在玻璃衬底上形成一层平整的条状排布的铝电极，打印的下电极-介质层厚度为100nm；
3、通过3D打印技术打印有机功能层，将用于制备有机功能层的材料加入相应的基材熔融腔或液槽中，该实施例采用液态掺杂有量子点的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为阻变材料加入液槽中，使其从打印头中打出，经加热固化装置控制加热温度使其迅速固化；通过建模数据设置软件控制打印头的移动，在下电极上打印出致密均匀的有机功能层，该层厚度为80nm；
4、通过上述3D打印技术在有机功能层上打印第一中间电极-介质层，将用于制备电极及中间介质层的材料分别加入到相应的基材熔融腔或液槽中，该实施例采用铝作为电极材料，采用光敏树脂作为介质材料，使其从各自的打印头中打出。经波长为325nm、强度为30mw的紫外光照射挤出的液态光敏树脂使其迅速固化形成，铝电极则从基材熔融腔挤出经固化装置迅速固化。按照建模数据输入的指令控制打印头在相应的区域打印出于下电极呈十字交叉状平行排布的条状中间电极-介质层，条状电极的宽度为3mm，相邻条状电极之间介质层宽度为3mm，介质层平行于电极填充打印，在有机功能层上形成一层平整的条状排布的铝电极，打印的该电极-介质层厚度为100nm；
5、以此方式通过3D打印技术按照附图中模型结构逐层打印四层结构的有机阻变存储器，最后参照上述步骤2完成上电极的打印。
在该实施例中，也可采用在一个步进范围内（1mm）各膜层前后同时打印实现。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1. 一种多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，其特征在于，所述的多层结构有机阻变存储器的结构是在衬底上形成的，包括：下电极、有机功能层、上电极、两层有机功能层间的中间电极层、与各层电极并行同厚度的介质层的多层结构有机阻变存储器，按如下操作步骤进行：
1）建模，利用电脑建模软件设计多层结构有机阻变存储器的模型，将该模型的软件指令转化为3D打印的机械设备指令，从而控制打印头的运动路径数据，并控制紫外光的的照射照射时间、熔融腔的温度及激光的照射时间；
2）通过3D打印技术在衬底上打印下电极及中间介质层，将用于制备电极及中间介质层的材料加入到相应的基材熔融腔或液槽中，使其从各自的打印头中打出，经固化装置迅速固化；通过软件控制打印头的移动，打印完成下电极层；
3）通过3D打印技术打印有机功能层，将用于制备有机功能层的材料加入相应的基材熔融腔或液槽中，使其从各自的打印头中打出，经固化装置迅速固化；通过软件控制打印头的移动，打印完成有机功能功能层；
4）以此方式通过3D打印技术逐层打印多层结构有机阻变存储器的各层，最后完成上电极的打印。
2.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器的3D打印制备方法，其特征在于，所述打印各层膜结构的步骤是在形成一层完整的膜结构后再打印上一层膜结构，或是按步进量各膜层前后同时打印。
3.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器，其特征在于，所述的多层结构是上电极与下电极之间的有机功能层和中间电极层的N次叠加实现多层结构。
4.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器，其特征在于，所述的多层结构中的上电极、下电极以及中间电极层呈并行条状，且并行条状电极之间填充同厚度的介质层，上下相邻的条状电极呈十字交叉状态。
5.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器，其特征在于，所述的衬底为玻璃、石英、陶瓷或柔性基底。
6.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器，其特征在于，所述的上电极、下电极以及中间电极层的厚度为50~200nm，采用材料为铜、钨、镍、锌、铝中的一种金属电极或者两种及两种以上的复合金属电极或者氧化铟掺锡、氧化锌掺铝及其他导电材料。
7.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器，其特征在于，所述的有机功能层的厚度为20~200nm，采用材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑以及其他具有阻变性能的有机材料或复合材料。
8.根据权利要求1所述的多层结构有机阻变存储器，其特征在于，所述的与各层电极并行同厚度的介质层材料为环氧树脂、光敏树脂及其他绝缘介质材料。
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