NO319548B1 - Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling - Google Patents

Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling Download PDF

Info

Publication number
NO319548B1
NO319548B1 NO20023051A NO20023051A NO319548B1 NO 319548 B1 NO319548 B1 NO 319548B1 NO 20023051 A NO20023051 A NO 20023051A NO 20023051 A NO20023051 A NO 20023051A NO 319548 B1 NO319548 B1 NO 319548B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
ferroelectric
thin film
electrodes
contact layer
memory circuit
Prior art date
Application number
NO20023051A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20023051L (no
NO20023051D0 (no
Inventor
Nicklas Johansson
Lichun Chen
Original Assignee
Thin Film Electronics Asa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from NO20005980A external-priority patent/NO20005980L/no
Application filed by Thin Film Electronics Asa filed Critical Thin Film Electronics Asa
Priority to NO20023051A priority Critical patent/NO319548B1/no
Publication of NO20023051L publication Critical patent/NO20023051L/no
Publication of NO20023051D0 publication Critical patent/NO20023051D0/no
Publication of NO319548B1 publication Critical patent/NO319548B1/no

Links

Abstract

En ferroelektrisk minnekrets (C) omfatter en ferroelektrisk minnecelle i form av en ferroelektrisk polymertynnfilm (F) og henholdsvis første og andre elektroder (E:E) som kontakterer den ferroelektriske minnecelle (F) ved motsatte overflater derav, hvorved en polarisasjonstilstand i cellen (F) kan innstilles, svitsjes eller detekteres ved å påtrykke passende spenninger til elektrodene (E! :E2). Minst én av elektrodene (E:E) omfatter minst ett kontaktsjikt (P:P) idet minst ett kontaktsjikt (P:P) omfatter en ledende polymer som kontakterer minnecellen (C), og etter valg et annet sjikt (M:M) av en metallfilm som kontakterer den ledende polymer (P:P), hvorved minst én av elektrodene (E:E) enten omfatter bare ett ledende polymerkontaktsjikt (P:P) eller en kombinasjon av et ledende polymerkontaktsjikt (P:P) og et metallfilmsjikt (M:M). - En fremgangsmåte i fremstillingen av en ferroelektrisk minnekrets av denne art omfatter suksessive trinn for å avsette et første kontaktsjikt av ledende polymertynnfilm på substratet, og å avsette en ferroelektrisk polymertynnfilm på det første kontaktsjikt, og å avsette et annet kontaktsjikt på toppen av den ferroelektriske polymertynnfilm.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en ferroelektrisk minnekrets omfattende en ferroelektrisk minnecelle i form av en ferroelektrisk polymertynnfilm og henholdsvis første og andre elektroder som kontakterer den ferroelektriske minnecelle ved motsatte overflater av denne, hvorved en polarisasjonstilstand i cellen kan innstilles, svitsjes eller detekteres ved å påtrykke passende spenninger til elektrodene. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte i fremstillingen av en ferroelektrisk minnekrets, hvor minnekretsens omfatter en ferroelektrisk minnecelle i form av en ferroelektrisk polymertynnfilm og henholdsvis første og andre elektroder som kontakterer den ferroelektriske minnecellen ved motsatté overflater derav, hvorved en polarisasjonstilstand i cellen kan innstilles, svitsjes eller detekteres ved å påtrykke passende spenninger til elektrodene, og hvor minnekretsen er anordnet på et isolerende substrat.
Den foreliggende oppfinnelse angår polarisasjons- og svitsjeprosessen i en ferroelektrisk polymertynnfilm i minnekretser. Slike kretser benyttes til å realisere bistabile ferroelektriske minneinnretninger.
Spesielt angår den foreliggende oppfinnelse hvordan ytelsen til tynne og
. ultratynne polymerfilmer av ferroelektrisk
poly(vinylidenfluorid-trifluoroetylen) kan forbedres i en krets av denne art, hvor minnecellene i tynnfilme svitsjes mellom to polarisasjonstilstander ved hjelp av et elektrisk felt.
Ferroelektrisk tynne (0,1 |im til 1 jim) og ultratynne ( under 0,1 um) filmer som kan benyttes i bistabile minneinnretninger, er vel kjent i teknikken. Bruken av ferroelektrisk polymer på tynnfilmform kan realisert i helt integrerte innretninger hvor polarisasjonssvitsjingen finner sted ved lave spenninger. Imidlertid viser undersøkelser av tykkelsesavhengigheten til polarisasjonsoppførselen til den mest anvendte ferroelektriske polymer i kjent teknikk, dvs. polyvinylidenfluorid-trifluoroetylen (PVDF-TFE), at polarisasjonsnivået minker og svitsjefeltet øker etter hvert som tykkelsen reduseres, og videre at et stort fall i polarisasjonsnivået observeres når tykkelsen reduseres til under 100 nm. I polymerfilmer avJPVDF-TFE er polarisasjonsoppførselen direkte relatert til krystalliniteten og krystallittstørrelsen i filmen. Det er antatt at i tynne filmer vil et stivt metallsubstrat hvorpå filmen normalt ansettes ved spinnbelegging, inhibere krystallisasjonsprosessen på grunn av at den heterogene kimdannelsesprosess som bestemmer krystallittorienteringen, påvirkes av substratet. Som et resultat kan nabokrystallitter ha en stor orienteringsfeiltilpasning som forårsaker en høy elastisk energi i filmen og forhindrer en ytterligere vekst av krystallitter, slik at det dannes en kontaktflateområde mellom metall substratet og tynnfilmen. På den annen side synes nyere eksperimentelle resultater å vise at en høy krystallinitet kan fåes selv med et metallsubstrat, slik at den reelle mekanisme for nærværende synes noe uklar. Kontaktflaten har en tykkelse som er en betydelig brøk av tynnfilmtykkelsen, noe som forårsaker et lavere polarisasjonsnivå og et høyere koersivitetsfelt. På grunn av kontaktflaten viser tynne filmer i kontakt med et metallsjikt et lavere polarisasjonsnivå og høyt svitsjefelt.
Det er følgelig en vesentlig hensikt med den foreliggende oppfinnelse å avbøte de ovennevnte ulemper med kjent teknikk for ferroelektriske minnekretser. Spesielt er det også en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å forbedre polarisasjons- og svitsjeoppførselen i ferroelektriske minnekretser med ferroelektriske polymertynnfilmer som minnemateriale.
De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler realiseres med en ferroelektrisk minnekrets i henhold til oppfinnelsen som er kjennetegnet ved at minst en av elektrodene omfatter et kontaktsjikt, idet kontaktsjiktet omfatter en ledende polymer som kontakterer minnecellen, og etter valg et annet sjikt av en metallfilm som kontakterer den ledende polymer, hvorved minst en av elektrodene enten omfatter bare et ledende polymerkontaktsjikt eller en kombinasjon av et ledende polymerkontaktsjikt og et metallfilmsjikt.
I en fordelaktig utførelse av en ferroelektrisk minnekrets i henhold til oppfinnelsen, hvor bare en av elektrodene omfatter det ledende polymerkontaktsjikt, omfatter den annen elektrode bare et enkelt metallfilmsjikt.
Foretrukket har den ferroelektrisk polymertynnfilm en tykkelse på 1 um eller mindre, og foretrukket har den ledende polymer en tykkelse på mellom 20 nm og 100 nm.
Foretrukket omfatter den ferroelektrisk minnecelle minst en polymer valgt blant en av de følgende, nemlig polyvinylidenfluorid, polyvinylidenfluorid med hvilken som helst av sine kopolymerer, ter-polymerer basert på enten kopolymerer eller PVDF-trifluoroetylen, oddetallnurnmererte nyloner, oddetallnummererte nyloner med hvilke som helst av sine kopolymerer, cyanopolymerer og cyanopolymerer med hvilke som helst av sine kopolymerer.
I den forbindelse er det foretrukket at den ledende polymer i kontaktsjiktet er valgt blant en av de følgende, nemlig dopet polypyrrol, dopede derivater av polypyrrol, dopet polyanilin, dopede derivater av polyanilin, dopede polytiofener og dopede derivater av polytioferier.
Generelt er det foretrukket at den ledende polymer i kontaktsjiktet er valgt blant en av de følgende polymerer, nemlig dopet polypyrrol, dopede derivater av polypyrrol, dopet polyanilin, dopede derivater av polyanilin, dopede polytiofener, og dopede derivater av polytiofener.
Det er også foretrukket at metallet i metallfilmsjiktet er valgt blant én av de følgende, nemlig aluminium, platina, titan og kopper.
Fordelaktig danner den ferroelektrisk minnekrets i henhold til oppfinnelsen en minnekrets i en matriseadresserbar gruppe av lignende kretser, at minnecellen i en minnekrets danner et parti i et globalt sjikt av ferroelektrisk polymertynnfilm, at første og andre elektroder danner partier av henholdsvis en første og en annen elektrodeanordning, idet hver elektrodeanordning omfatter en rekke parallelle, strimmel lign ende elektroder med elektrodene i den annen elektrodeanordning orientert med en vinkel, foretrukket ortogonalt til elektrodene i den første elektrodeanordning og med det ferroelektriske globale sjikt av polymertynnfilm i sandwich derimellom, slik at den ferroelektriske minnecelle er definert i den ferroelektriske polymertynnfilm ved krysningen av henholdsvis elektrodene i den første elektrodeanordning og elektrodene i den annen elektrodeanordning, hvorved gruppen dannet av elektrodeanordningene og den ferroelektriske polymertynnfilm med minnecellene danner en integrert, passiv, matriseadresserbar ferroelektrisk minneinnretning hvor adresseringen av de respektive minneceller for lese- og skriveoperasjoner finner sted via elektrodene i elektrodeanordningene i passende forbindelse med ytre kretser for driving kontroll og deteksjon.
De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler realiseres også med en fremgangsmåte i fremstillingen av en ferroelektrisk minnekrets i henhold til oppfinnelsen, idet fremgangsmåten er kjennetegnet ved å avsette et første kontaktsjikt av ledende polymertynnfilm på substratet, å avsette deretter en ferroelektrisk polymertynnfilm på det første kontaktsjikt, og å avsette til slutt et annet kontaktsjikt på toppen av den ferroelektriske polymertynnfilm.
I fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det ansett fordelaktig å avsette et metallfilmsjikt på substratet før det første kontaktsjiktet avsettes, og å avsette det sistnevnte deretter.
I fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det foretrukket å avsette
den ledende polymertynnfilm ved hjelp av spinnbelegging og likeledes å avsette den ferroelektriske polymertynnfilm på det første kontaktsjikt ved hjelp av spinnbelegging.
I en foretrukket utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blir det første kontaktsjikt og/eller den ferroelektriske polymertynnfilm varmebehandlet ved en temperatur på ca. 140°C etter de respektive avsetningstrinn.
I en annen foretrukket utførelse av fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen avsettes et annet kontaktsjikt av ledende polymertynnfilm på toppen av den ferroelektriske polymertynnfilm. I den forbindelse er det foretrukket å varmebehandle det annet kontaktsjikt ved en temperatur på ca. 140°C uten å varmebehandle den ferroelektriske polymertynnfilm før avsetningen av det annet kontaktsjikt, og foretrukket kan et metallfilmsjikt avsettes på toppen av det annet kontaktsjikt.
Oppfinnelsen skal nå forklares mer detaljert i det følgende i forbindelse med drøftelser av foretrukne utførelser og eksempler med henvisning til vedføyde tegning, på hvilken
fig.l viser en ferroelektrisk minnecelle i henhold til kjent teknikk,
fig. 2a en første utførelse av en ferroelektrisk minnecelle i henhold til den foreliggende oppfinnelse,
fig. 2b en annen utførelse av en ferroelektrisk minnecelle i henhold til den foreliggende oppfinnelse,
fig. 2c en tredje utførelse av en ferroelektrisk minnecelle i henhold til den foreliggende oppfinnelse,
fig. 2d en fjerde utførelse av en ferroelektrisk minnecelle i henhold til den foreliggende oppfinnelse,
fig. 2e en femte utførelse av en ferroelektrisk minnecelle i henhold til den foreliggende oppfinnelse,
fig. 3 et skjematisk grunnriss av en ferroelektrisk minneinnretning som kjent i teknikken, men med minnekretser i henhold til den foreliggende oppfinnelse,
fig. 4a et snitt tatt langs linjen X - X på fig. 3,
fig. 4b en detalj av en minnekrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse og som benyttet i minneinnretningen på fig. 3,
fig. 5 en sammenligning av hysteresesløyfen som fåes henholdsvis med minnekretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse og en minnekrets i kjent teknikk, og
fig. 6 utmattingsoppførselen til minnekretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse sammenlignet med den for en minnekrets i kjent teknikk.
Nå skal forskjellige utførelser av minnekretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse drøftes, idet det tas utgangspunkt i en minnekrets i henhold til kjent teknikk som vist på fig. 1. På denne figur, som viser et snitt gjennom en kjent minnekrets, er et sjikt F av ferroelektrisk polymertynnfilm anordnet i sandwich mellom henholdsvis første og andre elektroder Ei;E2. Elektrodene er anordnet som metallfilmer M^M^ og det skal forståes at metallet til elektrodene kan være det samme, men ikke nødvendigvis så.
En første utførelse av en minnekrets C i henhold til oppfinnelsen er vist på fig. 2a som tilsvarer minnekretsen i henhold til kjent teknikk på fig. 1, men i bunnelektroden Ei er metallfilmen M, nå skiftet ut med en tynnfilm P| av ledende polymer, mens toppelektroden E2 er beholdt som en metallfilmelektrode.
En annen utførelse av minnekretsen C i henhold til oppfinnelsen er vist på fig. 2b og her er begge elektroder Ej ;E2 realisert som tynnfilmer Pj ;P2 av ledende polymer som i hvert tilfelle kan være den samme eller forskjellige ledende polymerer.
Fig. 2c viser en tredje utførelse av minnekretsen C i henhold til oppfinnelsen og her omfatter den første elektrode Ej en ledende polymertynnfilm Pi som et kontaktsjikt på den ferroelektriske polymer F. På den ledende polymertynnfilm Pi er det anordnet en metallfilm M] slik at den første elektrode E] i dette tilfelle blir en kompositt dannet av to sjikt Mj, Pj. Den annen elektrode E2 er lik den i den første utførelse og omfatter en metallfilm M2 i kontakt med den ferroelektriske polymertynnfilm F som utgjør minnematerialet, med andre ord selve minnecellen.
Den fjerde utførelse av minnecellen i henhold til oppfinnelsen er vist på fig. 2d og den skiller seg fra utførelsen på fig. 2c ved at den annen elektrode E2 nå omfatter et kontaktsjikt bestående av bare ledende polymertynnfilm P2.
Endelig er en femte utførelse av minnekretsen i henhold til oppfinnelsen vist på fig. 2e og her er begge elektroder Ei;E2 kompositter, dannet henholdsvis av metallfilm M!;M2 og ledende polymertynnfilm Pi;P2 anordnet som et kontaktsjikt mellom metallfilmen M|;M2 og i kontakt med den ferroelektriske polymertynnfilm F i selve minnecellen.
Som velkjent for fagfolk kan konvensjonelt en minnecelle i henhold til kjent teknikk benyttes som en minnecelle i en passiv, matriseadresserbar ferroelektrisk minneinnretning av den art som er vist på fig. 3, hvor minnematerialet, det vil si den ferroelektriske tynnfilm, er anordnet som et globalt sjikt G. Imidlertid kan en passiv ferroelektrisk minneinnretning med tilsvarende lag G også innbefatte hvilken som helst av minnekretsutførelsene på figurene 2a-2e. En minneinnretning omfatter da den ferroelektriske polymertynnfilm anordnet i et globalt sjikt G og benyttet som et minnemateriale i en minnekrets C. Videre omfatter minneinnretningen den første elektrodeanordning i form av strimmellignende, parallelle bunnelektroder Ei som kontakterer det globale sjikt G av ferroelektrisk polymertynnfilm. En annen elektrodeanordning med lignende elektroder E2 er nå anordnet på toppen av den ferroelektriske polymertynnfilm, men med de strimmellignende, parallelle elektroder E2 orientert i vinkel, fortrinnsvis perpendikulært på elektrodene E] i den første elektrodeanordning. Fig. 4 viser et tverrsnitt av den passive matriseadresserbare minneinnretning på fig.
3 tatt langs linjen X - X på denne. Som vist, er den ferroelektriske minneinnretning nå forsynt med en minnekrets C som svarer til utførelsen vist på fig. 2c eller fig. 2d, det vil si med en sammensatt bunnelektrode Ei av en metallfilm M] og et kontaktsjikt av ledende polymer P] som kontakterer et parti F av det globale sjikt G av ferroelektrisk polymertynnfilm benyttet som minnemateriale i minnecellen.
I minneinnretningen vist på fig. 3 og fig. 4a definerer den overlappende krysning av en elektrode E2 i den annen elektrodeanordning med en elektrode E] i den første elektrodeanordning en minnecelle F i volumet av den ferroelektriske polymertynnfilm derimellom, som angitt henholdsvis på fig. 3 og 4a. Følgelig danner minnekretsen C i henhold til oppfinnelsen et parti av den fullstendige minnegruppe med det ferroelektriske minnemateriale F og elektrodene Ej E2 som vist på fig. 3, 4a, men nå danner elektrodene Ei E2 i minnekretsen så vel som minnemateriale F i denne respektive definerbare partier av elektrodene Ei E2 og minnematerialet F som påført globalt i den ferroelektriske minneinnretning på fig. 3.
Fig. 4b viser i detalj en minnekrets C som benyttet i en passiv, matriseadresserbar ferroelektrisk minneinnretning, som fremhevet på enten fig. 3 eller fig. 4a. Det vil sees at minnekretsen C i dette tilfelle tilsvarer enten utførelsen på fig. 2c eller utførelsen på fig. 2d. Med andre ord, mens elektrodene Ei omfatter en metallfilm Mi og et kontaktsjikt av en ledende polymer P], kan toppelektroden nå enten være en metallfilm M2 eller et ledende polymer P2. Det er naturligvis ingenting som hindrer bruken av hvilken som helst av utførelsene vist på fig. 2a-2e i den matriseadresserbare minneinnretning vist på enten fig. 3 eller fig. 4a.
Nå skal den foreliggende oppfinnelse drøftes mer generelt. En minnekrets C i henhold til oppfinnelsen omfatter en ferroelektrisk polymertynnfilm på et substrat som er dekket med en ledende polymer. I henhold til et trekk ved oppfinnelsen avsettes en myk ledende polymer, så som et ledende polytiofen på et metallisert substrat, for eksempel en silisiumskive dekket med platina eller aluminium. En ferroelektrisk polymertynnfilm hvis tykkelse kan være 20 nm til 1 um, for eksempel av polyvinylidenfluorid-trifluoroetylenkopolymer PVDF-TFE, blir deretter avsatt på substratet for eksempel ved spinnbelegging. Den ledende polymer benyttes som bunnelektroden som erstatter de vanligvis benyttede metallelektroder, for eksempel av metaller så som Al, Pt, Au og lignende. Anordnet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er de ledende polymerelektroder antatt å øke krystalliniteten i den ferroelektriske polymertynnfilm og følgelig å øke polarisasjonsnivået og redusere svitsjefeltet sammenlignet med tilsvarende
. tynnfilmer på metallelektroder.
Innføringen av en ledende polymer som en elektrode i minnecellen i henhold til oppfinnelsen tjener til å redusere filmstivheten, (dvs. øke filmkrystalliniteten) og også til å modifisere den elektriske barriere i kontaktflaten. Generelt reduserer faseseparasjon mellom polymerer et krystallområde nær deres kontaktflate. Denne egenskapen benyttes i oppfinnelsen ved først å påføre en ledende polymerfilm på et substrat for å danne en bunnelektrode. Den ferroelektriske tynnfilm og den ledende polymerfilm har en god faseseparasjon, noe som vil redusere det ikke-krystalliserte område av den ferroelektriske tynnfilm under en påfølgende varmebehandlingsprosess. På grunn av den forskjellige ladningstransportmekanisme i ledende kopolymerer sammenlignet med metall, er det antatt at kontaktflatebarrieren mellom elektroden og den ferroelektriske polymerfilm modifiseres på en måte som får både polarisasjonsnivå og svitsjehastighet i den ferroelektriske polymer film til å øke, samtidig som svitsjefeltet reduseres, slik det faktisk observeres ved eksperimenter.
I den foreliggende oppfinnelse innbefatter de ledende polymerer som kan benyttes, dopet polypyrrol PPy og dets dopede derivater, dopet polyanilin og dets dopede derivater, og dopede polytiofener og deres dopede derivater, men er ikke begrenset til disse.
Ferroelektriske polymerer som kan benyttes i oppfinnelsen, innbefatter polyvinylidenfluorid (PVDF) og dets kopolymerer med trifluoroetylen (PVDF-TFE), ter-polymerer basert på enten kopolymerer eller (PVDF-TFE) andre ferroelektriske polymerer så som oddenummererte nyloner eller cyanopolymerer, men er ikke begrenset til disse.
I den foreliggende oppfinnelse øker bruken av en ledende polymerelektrode krystalliniteten i en tynnfilm av PVDF-TFE-kopolymer sammenlignet med tynnfilmer som kontakterer elektrodemetall, så som Al, Pt, Au og lignende. Polarisasjonens hysteresesløyfe viser at tynnfilmer av PVDF-TFE-kopolymer anordnet på en ledende polymerelektrode har et høyere polarisasjonsnivå enn de anordnet med en metallelektrode, for eksempel av titan, under det samme påtrykte elektriske felt som vist på fig. 5, som skal drøftes nedenfor. Fremstillingen av tynne og ultratynne ferroelektriske polymerfilmer på et planart substrat dekke med en ledende polymer, skal beskrives i de følgende eksempler.
De viste utførelser av oppfinnelsen fremlegges med tanke på å klargjøre og skal ikke være begrensende. Eksemplene er ikke ment og de skal heller ikke anses å begrense rammen for det som fremgår av kravene.
Eksempel 1
I dette eksempel skal den ledende polymer kalt PEDOT (poly(3,4-etylendioksytiofen)) benyttes som en av elektrodene i en ferroelektrisk polymer i en minnekrets med tynnfilm. En PEDOT-film kan fremstilles enten ved kjemisk polymerisasjon, ved elektrokjemisk polymerisasjon eller ved spinnbelegging av en ferdiglaget oppløsning som inneholder PEDOT-PSS (hvor PSS er polystyrensulfonat). Her benyttes den kjemiske metode for fremstilling av en PEDOT-film. Oppløsningen for å fremstille en slik film er en blanding av Baytron M (3,4-etylendioksytiofen EDOT) og Baytron C (ferritoluensulfonatoppløsning i n-butanol, 40%), som begge fåes i handelen. Forholdet mellom Baytron C og Baytron M er 6 i standard oppløsningsblanding. Polymerisasjon av EDOT til PEDOT opptrer i ca. 15 minutter etter blanding av de to oppløsninger.
Den ledende PEDOT-polymer er i dette eksemplet spinnavsatt på en metallisert Si-skive. For polymerisasjonsformål blir deretter filmen plassert på en varm (100°C) plate i 1 til 2 minutter. En oppløsningsvaskeprosess følger for å fjerne rester av ikke-polymerisert EDOT og ferrisk oppløsning. Isopropanol og deionisert vann kan alternativt benyttes i denne prosessen. På toppen av den ledende PEDOT-film blir en ferroelektrisk tynnfilm, i dette tilfelle 80 nm tykk, avsatt ved hjelp av spinnavsetningsteknikk, hvorpå det følger et varmebehandlingstrinn ved 145 °C i 10 minutter. En toppelektrode av titan ble påført den ferroelektriske film ved hjelp av pådamping. Den ferroelektriske film er i dette eksempel 70/25 PVDF-TFE-kopolymer.
Fig. 5 viser hysteresesløyfen 1 for den ferroelektriske polymertynnfilm behandlet i henhold til eksempel 1 vist ovenfor. Minnekretsen C ble deretter forsynt med en bunnelektrode Ei av ledende PEDOT-polymer med titan som-toppelektrode E2.
Eksempel 2
En ledende polymer, i dette tilfelle polypyrrol, blir avsatt på et metallisert substrat (så som en silisiumskive dekket med Pt eller Al) i en kjent prosess hvor substratet dyppes i en oppløsning av polymeren. I henhold til dette eksempel blir substratene dyppet i en polymerisasjonsoppløsning med lav konsentrasjon for å redusere avsetningshastigheten. Generelt kan substratene være neddykket i polymerisasjonsoppløsningen i ca. 3 til ca. 30 minutter ved romtemperatur. En flertrinns dypprosses kan benyttes for å nå den ønskede tykkelse. I dette eksempel benyttes en endelig tykkelse på 30 nm for polypyrrolsjiktet, selv om tykkelsen kan varieres innenfor området 20 nm til ca. 100 nm ved å variere den totale dypptid. Det omtalte trinn blir deretter etterfulgt av et avsetningstrinn, hvori den ledende polymer blir spinnpåført det ferroelektriske polymertynnfilmsjikt. I det foreliggende eksempel ble slumpmessige PVDF-TFE-kopolymerer med molarinnhold av VDF/TFE på 75/25 og 68/32 og med gjennomsnittlige molekylvekter rundt 200 000 benyttet for å danne tynnfilmsjiktet. Filmene blir deretter varmebehandlet ved 140°C i to timer og langsomt kjølt ned til romtemperatur.
Eksempel 3
Et ledende polymerelektrodesjikt avsettes på et metallisert substrat (dvs. en silisiumskive dekket med platina-, titan- eller aluminiumfilmer) eller på toppen av en ferroelektrisk tynnfilm ved spinnavsetning fra Baytron P-oppløsning. Den kommersielle Baytron P er en vannbåret oppløsning av PEDOT i nærvær av polystyrensulfonsyre (PSA) som tjener som en kolloid stabilisator. På grunn av de dårlige fuktingsegenskapene til de nevnte metallfilmer og en ferroelektrisk film, må en viss mengde av et overflateaktivt middel tilsettes til Baytron P for å gi en jevn og glatt dannelse av PEDOT-PSS-filmen. Etter spinnavsétningen er det nødvendig med en varmebehandling ved 100°C i 2-10 minutter. Denne prosessen kan øke ledningsevnen til PEDOT-PSS.
Et passende løsningsmiddel (dietylkarbonat, DEC) benyttes for å oppløse den ferroelektriske polymer. Det eneste krav er at dette løsningsmiddelet ikke skal oppløse eller få PEDOT-PSS-filmen til å svelle ved romtemperatur. Det forhindrer en mulig diffusjonsprosess mellom den ferroelektriske tynnfilm og PEDOT-PSS-filmen. Konsentrasjonen av ferroelektrisk polymer i DEC er 3%. For å få en 90 nm tykk ferroelektrisk film benyttes en spinnhastighet på 3800 omdreininger/minutt.
Et annet ledende polymersjikt av PEDOT-PSS dannes på toppen av den ferroelektriske polymerfilm. På toppen av dette annet ledende lag avsettes et elektrodesjikt av titan. Dette oppnåes ved å pådampe en 150 nm tykk titanfilm på toppen av den ledende polymer. Det aktive området defineres av en skyggemaske.
Fig. 5 viser hysteresesløyfen som kan fåes med en minnekrets i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Minnekretsen C svarer essensielt til utførelsen av minnekretsen C på fig. 2a og eksempel 1. For bunnelektroden Ej er den ledende polymer P] C-PEDOT, det vil si polytiofen dopet med ferritoulensulfonat. Denne er antatt å ha en høyere ledningsevne enn PEDOT-PSS. Toppelektroden E2 er fremstilt av titanmetallfilm. Sløyfe 1 er hysteresesløyfen til minnekretsen C i henhold til den foreliggende oppfinnelse, mens sløyfe 2 er hysteresesløyfen til en minnekrets i kjent teknikk med topp- og bunnelektroder Ei, E2 begge fremstilt av titan. Som det vil sees, viser minnekretsen C i henhold til foreliggende oppfinnelse en meget høyere polarisajon enn minnekretsen i henhold til kjent teknikk, slik det er åpenbart fra de sammenlignede hysteresesløyfer. Også
svitsjepolarisasjonen Px til minnekretsen C i henhold til den foreliggende oppfinnelse er vesentlig mindre enn svitsjepolarisasjonen P2 til den kjente minnekrets. Det skal imidlertid bemerkes at koersivitetsspenningen Vc er noe høyere for minnekretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, sannsynligvis forårsaket av en noe større tykkelse av den ferroelektriske polymertynnfilm enn forventet. Imidlertid viser hysteresesløyfene sammenlignet på fig. 5 klart at bruken av bunnelektroder med en ledende polymer, i dette tilfelle C-PEDOT, forbedrer påtagelig polarisasjonen til den ferroelektriske tynnfilmpolymer benyttet som minnemateriale.
Fig. 6 sammenligner utmattingen til minnekretsen C i henhold til den foreliggende oppfinnelse med utmattingen av en minnekrets i henhold til kjent teknikk ved romtemperatur. Det vil sees at minnekretsen i henhold til oppfinnelsen viser en sterkt forbedret polarisasjon og utmattingsoppførsel og at forskjellen mellom minnekretsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse og den kjente minnekrets er påtagelig opp til mer enn IO<6 >utmatn ings sykl er.
Det er antatt at et metallsubstrat kan fremtvinge en høy elastisk energi i ferroelektriske tynne og ultratynne filmer på grunn av mistilpasning av orienteringen mellom nabokrystallitter, noe som skyldes bruken av et metallsubstrat for de ferroelektriske polymertynnfilmer. Dette resulterer i en lav krystallinitet i ultratynne PVDF-TFE-filmer. Følgelig viser ultratynne PVDF-TFE-kopolymerfilmer av denne art et lavere remanent polarisasjonsnivå og høyere svitsjepolarisasjon. I tillegg kan kontaktflatebarrieren mellom en metallelektrode og en ferroelektrisk polymerfilm også øke svitsjepolarisasjonen. I den foreliggende oppfinnelse blir de ferroelektriske egenskaper til PDVF-TFE-filmer med tykkelser fra 0,05 til 1 um karakterisert. Svitsjehastigheten under forskjellige elektriske felter er blitt målt. De eksperimentelle resultater viser at med bruk av ledende polymerelektroder øker krystalliniteten og polarisasjonsnivået på grunn av at deres elastisitetsmodul er tilpasset den for ferroelektriske polymerfilmer. Dette er en klar indikasjon på at ledende polymerelektroder fungerer korrekt i ferroelektriske tynnfilminnretninger. Videre er det rimelig å anta at modifikasjonen av elektrode-polymerkontaktflaten også resulterer i en fordelaktig modifikasjon av kontaktflatebarrieren og får både polarisasjonsnivået og svitsjehastigheten til å øke. Av større betydning er det at polarisasjonsnivået er høyere og at koersivitetsfeltet eller spenningen er lavere sammenlignet med tilsvarende resultater for ferroelektriske polymertynnfilmer med metallelektroder og under de samme eksperimentelle betingelser.

Claims (17)

1. Ferroelektrisk minnekrets (C) omfattende en ferroelektrisk minnecelle i form av en ferroelektrisk polymertynnfilm (F) og henholdsvis første og andre elektroder (Ei;E2) som kontakterer den ferroelektriske minnecelle (F) ved motsatte overflater av denne, hvorved en polarisasjonstilstand i cellen kan innstilles, svitsjes eller detekteres ved å påtrykke passende spenninger til elektrodene (Ei;E2), karakterisert ved at minst én av elektrodene (Ei;E2) omfatter et kontaktsjikt (Pi;P2), idet kontaktsjiktet (Pi;P2) omfatter en ledende polymer som kontakterer minnecellen (C), og etter valg et annet sjikt (Mj;M2) av en metallfilm som kontakterer den ledende polymer (P];P2), hvorved minst en av elektrodene (Ei;E2) enten omfatter bare et ledende polymerkontaktsjikt (Pt;P2) eller en kombinasjon av et ledende polymerkontaktsjikt (Pi;P2) og et metallfilmsjikt (Mt;M2).
2. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 1, hvor bare en av elektrodene (Ei;E2) omfatter det ledende polymerkontaktsjikt (Pi;P2), karakterisert ved den annen elektrode (E2;Ei) omfatter bare et enkelt metallfilmsjikt (M2;M)).
3. Ferroelektrisk minnekrets i henhold til krav 1, karakterisert ved at det ferroelektriske polymertynnfilm (F) har en tykkelse på 1 um eller mindre.
4. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ledende polymer har en tykkelse på mellom 20 nm og 100 nm.
5. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ferroelektrisk minnecelle (F) omfatter minst en polymer valgt blant en av de følgende, nemlig polyvinylidenfluorid (PVDF), polyvinylidenfluorid med hvilken som helst av sine kopolymerer, ter-polymerer basert på enten kopolymerer eller PVDF-trifluoroetylen (PVDF-TFE), oddetallnummererte nyloner, oddetallnummererte nyloner med hvilke som helst av sine kopolymerer, cyanopolymerer, og cyanopolymerer med hvilke som helst av sine kopolymerer.
6. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 5, karakterisert ved at den ledende polymer i kontaktsjiktet (P) er valgt blant en av de følgende, nemlig dopet polypyrrol (PPy), dopede r derivater av polypyrrol (PPy), dopet polyanilin, dopede derivater av polyanilin, dopede polytiofener, og dopede derivater av polytiofener.
7. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ledende polymer i kontaktsjiktet (P) er valgt blant en av de følgende polymerer, nemlig dopet polypyrrol (PPy), dopede derivater av polypyrrol (PPy), dopet polyanilin, dopede derivater av polyanilin, dopede polytiofener, og dopede derivater av polytiofener.
8. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 1, karakterisert ved at metallet i metallfilmsjiktet (M) er valgt blant én av de følgende, nemlig aluminium, platina, titan og kopper.
9. Ferroelektrisk minnekrets (C) i henhold til krav 1, karakterisert ved at den ferroelektrisk minnekrets (C) danner en minnekrets i en matriseadresserbar gruppe av lignende kretser, at minnecellen (F) i en minnekrets (C) danner et parti i et globalt sjikt (G) av ferroelektrisk polymertynnfilm, at første og andre elektroder (E^E^ danner partier av henholdsvis en første og en annen elektrodeanordning, idet hver elektrodeanordning omfatter en rekke parallelle, strimmellignende elektroder (Ei;E2) med elektrodene (E2) i den annen elektrodeanordning orientert med en vinkel, foretrukket ortogonalt til elektrodene (Ei) i den første elektrodeanordning og med det ferroelektriske globale sjikt (G) av polymertynnfilm i sandwich derimellom, slik at den ferroelektriske minnecelle (F) er definert i den ferroelektriske polymertynnfilm ved krysningen av henholdsvis elektrodene (Ei) i den første elektrodeanordning og elektrodene (E2) i den annen elektrodeanordning, hvorved gruppen dannet av elektrodeanordningene og den ferroelektriske polymertynnfilm med minnecellene (F) danner en integrert, passiv, matriseadresserbar ferroelektrisk minneinnretning hvor adresseringen av de respektive minneceller (F) for lese- og skriveoperasjoner finner sted via elektrodene (Ei;E2) i elektrodeanordningene i passende forbindelse med ytre kretser for driving kontroll og deteksjon.
10. Fremgangsmåte i fremstillingen av en ferroelektrisk minnekrets (C), hvor minnekretsens (C) omfatter en ferroelektrisk minnecelle (F) i form av en ferroelektrisk polymertynnfilm og henholdsvis første og andre elektroder (E];E2) som kontakterer den ferroelektriske minnecellen (F) ved motsatte overflater derav, hvorved en polarisasjonstilstand i cellen kan innstilles, svitsjes eller detekteres ved å påtrykke passende spenninger til elektrodene (Ei;E2), og hvor minnekretsen (C) er anordnet på et isolerende substrat (S), karakterisert ved å avsette et første kontaktsjikt av ledende polymertynnfilm på substratet, å avsette deretter en ferroelektrisk polymertynnfilm på det første kontaktsjikt, og å avsette til slutt et annet kontaktsjikt på toppen av den ferroelektriske polymertynnfilm.
11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakteriser ved å avsette et metallfilmsjikt på substratet før det første kontaktsjiktet avsettes, og å avsette det sistnevnte deretter.
12. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved å avsette den ledende polymertynnfilm ved hjelp av spinnbelegging.
13. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved å avsette den ferroelektrisk polymertynnfilm på det første kontaktsjikt ved hjelp av spinnbelegging.
14. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved å varmebehandle det første kontaktsjikt og /eller den ferroelektriske polymertynnfilm ved en temperatur på ca. 140°C etter de respektive avsetningstrinn.
15. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved å avsette et annet kontaktsjikt av ledende - polymertynnfilm på toppen av den ferroelektriske polymertynnfilm.
16. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert ved å varmebehandle det annet kontaktsjikt ved en temperatur på ca. 140°C uten å varmebehandle den ferroelektriske— polymertynnfilm før avsetningen av det annet kontaktsjikt.
17. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert ved å avsette et metallfilmsjikt på toppen av det annet kontaktsjikt.
NO20023051A 2000-11-27 2002-06-24 Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling NO319548B1 (no)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20023051A NO319548B1 (no) 2000-11-27 2002-06-24 Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20005980A NO20005980L (no) 2000-11-27 2000-11-27 Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmåte ved dens fremstilling
PCT/NO2001/000473 WO2002043071A1 (en) 2000-11-27 2001-11-27 A ferroelectric memory circuit and method for its fabrication
NO20023051A NO319548B1 (no) 2000-11-27 2002-06-24 Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20023051L NO20023051L (no) 2002-06-24
NO20023051D0 NO20023051D0 (no) 2002-06-24
NO319548B1 true NO319548B1 (no) 2005-08-29

Family

ID=26649284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20023051A NO319548B1 (no) 2000-11-27 2002-06-24 Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling

Country Status (1)

Country Link
NO (1) NO319548B1 (no)

Also Published As

Publication number Publication date
NO20023051L (no) 2002-06-24
NO20023051D0 (no) 2002-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2429887C (en) A ferroelectric memory circuit and method for its fabrication
AU2002223165A1 (en) A ferroelectric memory circuit and method for its fabrication
Xu et al. Ferroelectric and switching behavior of poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymer ultrathin films with polypyrrole interface
US6878980B2 (en) Ferroelectric or electret memory circuit
RU2003119441A (ru) Ферроэлектрический запоминающий контур и способ его изготовления
KR20080009748A (ko) 강유전성 박막을 형성하기 위한 방법, 상기 방법의 사용 및강유전성 올리고머 메모리 물질을 갖는 메모리
CN101023493B (zh) 有机铁电体或永电体存储电路及其制造方法
CA2464082C (en) A ferroelectric or electret memory circuit
KR20170034435A (ko) 앰비언트-로버스트 용액을 이용한 나노단위 유기적 강유전체 막의 제조방법
NO312180B1 (no) Fremgangsmåte til behandling av ultratynne filmer av karbonholdige materialer
NO319548B1 (no) Ferroelektrisk minnekrets og fremgangsmate ved dens fremstilling
EP3226271B1 (en) Electrochemical device
Lee et al. Phase‐Controlled Artificial SiZnSnO/P (VDF‐TrFE) Synaptic Devices with a High Dynamic Range for Neuromorphic Computing
NO315399B1 (no) Minnecelle
NO314606B1 (no) Ikke-flyktig minneinnretning
US20240102170A1 (en) High-Crystallinity Barium Titanate Film Structure, Method of Preparation and Application Thereof
RU210435U1 (ru) САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3
KR20100063604A (ko) 유기물 강유전체를 이용한 비휘발성 정보저장장치 및 그 제조 방법
Heo et al. Electrical Characteristics of TiO2− X/TiO2 Resistive Switching Memory Fabricated by Atomic Layer Deposition
CN101359665B (zh) 铁电随机存取芯片
Sania et al. aDivision of Digital Systems, Sensor Systems, RISE Research Institutes of Sweden, Gothenburg, Sweden, bLaboratory of Organic Electronics, Department of Science and Technology, Linkoping University, Norrkoping, Sweden
JP2022129504A (ja) フレキシブル太陽電池の製造方法
NO317912B1 (no) Ferroelektrisk eller elektret minnekrets
CN101359592B (zh) 铁电随机存取芯片制造方法
Xiuli et al. Ferroelectric and Fatigue Behavior of Electroactive Poly (vinylidene fluoridetrifluoroethylene) Copolymers