NO322202B1 - Fremgangsmate i fremstillingen av en elektronisk innretning - Google Patents

Abstract

I en fremgangsmåte i fremstillingen av en elektronisk innretning som inneholder ett eller flere lag med kretsstrukturer anordnet utelukkende eller delvis i en trykkeprosess og hvor minst ett lag er avsatt med materialet i laget oppløst i et løsningsmiddel, er det anordnet minst ett beskyttende mellomlag mellom minst to lag i den elektroniske innretning, idet det beskyttende mellomlag både har lav oppløselighet og lav permeabilitet med hensyn til løsningsmidler som er anvendt for å avsette andre lag i innretningen. Anvendelse til fremstilling av en elektronisk innretning i form av en minneinnretning basert på et elektrisk polariserbart minnemateriale og spesielt i form av en passiv matriseadresserbar minneinnretning med et elektret eller ferroelektrisk minnemateriale.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte i fremstillingen av en minneinnretning basert på et elektrisk polariserbart minnemateriale i form av et elektret eller ferroelektrisk materiale, hvor innretningen omfatter ett eller flere lag med kretsstrukturer avsatt helt eller delvis i en trykkeprosess, hvor lagene er anordnet sekvensielt på et felles substrat, det ene på toppen av det andre i hel eller partiell overlapping eller side om side, og hvor minst ett lag er avsatt med materialet i laget oppløst i et løsningsmiddel.

Spesielt vedrører oppfinnelsen materialer og fremstillingsteknologier for kretsstrukturer i en minneinnretning og basert på organiske materialer som påføres i trykkeprosesser.

Enda mer spesielt vedrører oppfinnelsen anvendelse til trykking av en ledende polymerelektrode på en ferroelektrisk polymer, men er ikke på noen måte begrenset til dette.

Organisk elektronikk fremstilt ved trykkemetoder er blitt demonstrert av mange forskere og bedrifter. Hovedmengden beskriver innretninger hvor halvledende egenskaper for de organiske materialer benyttes til å realisere innretningens funksjon. Trykking av felteffekttransistorer bestående utelukkende av polymer er blitt publisert av Garnier & al. [Garnier, F., Hajlaoui, R. & al., "All polymer fleld-effect transistor realized by printing techniques", Science 265 (16. september 1994), pp. 1684-1686.1 denne artikkelen beskriver forfatterne hvordan en felteffekttransistor fremstilles ved trykking av organiske ledende og halvledende materialer. Videre hevdes det at en slik innretning kan fremstilles med bruk av forskjellige ledende polymerer så som polyanilin, polypyrrol og polytiofen. Forfatterne skriver: " En felteffekttransistor er blitt fremstilt av polymermaterialer med trykkemetoder. Innretningens karakteristikker som viser høyt strømutbytte, er ufølsomme overfor mekaniske påkjenninger så som bøying og vridning. Denne helorganiske fleksible innretning er realisert med myke teknikker og åpner muligheten for billig plastelektronikk med stort areal". Teknikken benyttet for trykking som vist i denne artikkel synes å være fjernt fra vanlig høyvolums trykkemetoder, men fortsatt avsettes materialene med en fremgangsmåte som ikke er vanlig i fabrikasjonen av mikroelektronikk.

Bruken av mer etablerte trykkemetoder er f.eks. omtalt av Hebner & al., (Hebner & al.. "Ink-jet printing of doped polymers for organic light emitting devices". A<pp>lied Phvsics Letters 72(5), pp. 519-521 (1998)). Forfatterne hevder: " Blekkstrålettykkuing ble benyttet til direkte avsetning av mønstrede luminescente dopede polymer filmer. Luminescensen til polyvinylkarbazol

( PVK)- fllmer med fargestoffer av kumar in 6( C6), kumar in 47( C47) og nilrødt var lik den for filmer med samme sammensetning avsatt ved spinnbelegging. Lysemitterende dioder med lave påspenninger ble også fremstilt av PVK dopet med C6 avsatt med blekkstråletrykking". Organisk polymer med fargestoff ble trykket slik at det ble dannet trekk i størrelsesområdet 150-200 \ im og med en tykkelse på 40-70 nm. I det omtalte arbeid ble det aktive, emitterende lag trykket, mens metallelektrodene ble avsatt med fysisk dampavsetning.

Andre innretninger fremstilt med trykkemetoder er rapportert av Andersson & al. i en artikkel (Andersson, P. & al., "Active Matrix Displays Based on All-Organic Eletrochemical Smart Pixels Printed on Paper". Adv. Materials 14(20), pp. 1460-1464 (2002)). Der angir forfatterne å ha trykket ledende polymerstrukturer for å danne både transistorer og resistorer såvel som visningselementer. De trykkede lag er PEDOT:PSS dannet ved enten additiv trykking eller subtraktiv trykking.

Trykking av PEDOT:PSS er også blitt benyttet til å fremstille transduseren for en fuktighetsføler, som ble rapportert av Nilsson & al., "An all-organic sensor-transistor base don a novel electrochemical transducer concept printed electrochemical sensors on paper", Sensors and Actuators B 86, pp. 193-197

(2002).

En annen fremgangsmåte for å benytte trykketeknikk til å fremstille en elektronisk innretning er rapportert av Huang & al.(Huang, Z.& al., "Selective deposition of conducting polymers on hydroxyl-terminated surfaces with printed monolayers of alkylsiloxanes as templates". Langmuir (13), pp. 6480-6484 (1997)). Selvmonterende monolag trykkes for å benyttes som sjablonger for avsetning av ledende mikrostrukturer av polymer. Den ledende polymer blir f.eks. ikke selv trykket.

Internasjonal publisert patentsøknad WO 01/46987 (Plastic Logic Ltd.) angir en fremgangsmåte til å danne en integrert krets med minst to sammenkoblede, elektroniske svitsj einnretninger, nemlig spesifikt tynnfilmtransistorer. En rekke av elementene dannes ved hjelp av blekkstråletrykking som blant annet benyttes til å avse den elektrisk ledende materiale i form av en konjugert polymer, typisk PEDOT-PSS, samt halvledermaterialer i form av en dopet og konjugert polymer, eksempelvis i form av polymerer av tiofener.

I en artikkel av Y. Hara & S. Chin, publisert i Electronic Engineerings Times (online-versjonen) (9. august 2004), omtales fremstillingen av organiske tynnfilmtransistorer til bruk i billige høyoppløsningsdisplayer på substrater av papir eller annet fleksibelt materiale. Ved hjelp av en ikke-spesiflsert trykkemetode påføres transistorene et beskyttende lag hvis formål på den ene side er å redusere den høye kontaktmotstanden mellom den organiske transistor og metalliske kilde- og drenelektroder, og på den annen side i å beskytte den organiske transistor mot den flytende krystallprosess. Det beskyttende lag kan bestå av to sjikt, et sjikt av en organisk forbindelse som kontakterer den organiske transistor og et ytre sjikt som beskytter hele transistoren mot den flytende krystallprosess.

I løpet av de senere år er det blitt foreslått minnestrukturer og -innretninger basert på organiske materialer som minnemateriale, spesielt ferroelektriske polymerer blitt foreslått og vist. Av spesiell interesse i den foreliggende sammenheng er de som kan bygges på fleksible substrater og som lett kan fremstilles med enkle høyvolums fabrikasjonsprosesser. Typisk vedrører dette rent passive merkelapper eller innretninger hvor aktive elektroniske komponenter ikke behøves i selve minnestrukturen. Hver minnecelle er en kondensatorlignende struktur hvor minnematerialet, f.eks. en ferroelektrisk polymer, er anordnet mellom et par av elektroder hvor minnecellen adresseres via ledere som forbinder elektrodene med elektronisk driver- eller deteksjonskretser. De sistnevnte kan være anordnet i periferien av minnegruppen eller på en separat modul. Avhengig av bruken kan hver merkelapp eller innretning inneholde fra én enkelt minnecelle og opptil flere millioner celler anordnet i matrisegrupper. Noen grunnleggende cellearkitekturer og gruppearrangementer som er relevante i denne forbindelse er vist i fig. 1-7.

Fabrikasjonsmessige spørsmål er av avgjørende betydning i anvendelser hvor merkelapper med lav kostnad skal fremstilles med høye volumer. I den foreliggende litteratur om organiskbaserte minneinnretninger har det vært rettet liten oppmerksomhet mot trykketeknikker for å danne elektriske strukturer så som ledningsforbindelser og celleelektroder.

US patentsøknad nr. 2003/0 230 746 Al viser en minneinnretning som omfatter en første halvledende polymerfilm med en første og en annen side,' hvor den første halvledende polymerfilm innbefatter et organisk dopant, et første antall elektriske ledere hovedsakelig parallelle med hverandre og koblet til den første side av det første, halvledende polymerlag og et annet antall elektriske ledere hovedsakelig parallelle med hverandre og koblet til den annen side av det første, halvledende polymerlag og hovedsakelig innbyrdes ortogonalt til det første antall elektriske ledere, og hvor en elektrisk ladning er lokalisert til den organiske dopant. Det vises at de ledende mønstre kan trykkes med blekkstrale, men ingen andre trykkemetoder angis. Den viste minneinnretning benytter et halvledende polymerlag som innbefatter en dopant og skriving av informasjon via en elektrisk ladning lokalisert på dopanten, og minneinnretningen er flyktig, dvs. at informasjonen går tapt uten strømtilførsel.

Internasjonal publisert patentsøknad WO 02/29706 Al viser en elektronisk strekkodeinnretning som omfatter en strekkodekrets som lager en kode som kan leses elektronisk og hvor koden er definert av en polymertrykkeprosess, og et grensesnitt forbundet til strekkodekretsen for å gi en strekkodeleser aksess til koden lagret i strekkodekretsen.

En fullstendig trykket organisk minneinnretning vil være gunstig fra et kostnadsmessig synspunkt. Bruken av eksisterende trykketeknologi vil være et krav for å oppnå effektiv og lavkostnads integrasjon av trykkingen av innretningen med andre deler av fabrikasjonen av et lavkostprodukt. Et slikt krav er at blekkformuleringene som tilbys i dag kan benyttes. En trykksverte behøver et løsningsmiddel for å oppnå korrekt viskositet og tørkeegenskaper for vellykket avsetning av et ønsket mønster. Løsningsmidlet i sverten kan svelle eller oppløse et allerede eksisterende lag og følgelig forhindre dannelsen av den ønskede struktur. I lys av dette er hovedhensikten med den foreliggende oppfinnelse en metode for å trykke kretsstrukturer i minneinnretningen av den ovenfor angitte art og slik at de ovennevnte problemer unngås.

Den ovenfor angitte hensikt så vel som ytterligere trekk og fordeler oppnås ved en fremgangsmåte i henhold til den foreliggende oppfinnelse som er kjennetegnet ved å anordne minst ett beskyttende mellomlag mellom minst to lag i minneinnretningen, idet det beskyttende mellomlag har lav oppløselighet og lav permeabilitet for hvilke som helst løsningsmidler som ble benyttet ved avsetningen av de andre lag i innretningen, hvorved en oppløsning, svelling eller kjemisk skade på ett eller flere av lagene med kretsstrukturer forhindres.

Ytterligere trekk og fordeler fremgår av de vedføyde uselvstendige krav 2-18.

Oppfinnelsen skal nå beskrives mer detaljert i det følgende i forbindelse med omtale av eksemplifiserende utførelser og med henvisning til den vedføyde tegning på hvilken

fig. 1 viser strukturen av en generisk minneinnretning fremstilt med fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 2-4 eksempler på minneceller anordnet i grupper i en minneinnretning fremstilt med fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

flg. 5 en passiv, matriseadresserbar gruppe av minneceller i en minneinnretning fremstilt med bruk av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

flg. 6 et tverrsnitt av en matriseadresserbar minnecelle fremstilt med bruk av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 7 en stablet gruppe av passive matriseadresserbare minneceller fremstilt med bruk av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 8 hysteresedata for polarisasjonen oppnådd med en minneinnretning fremstilt med bruk av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og

fig. 9 pulspolarisasjonsdata oppnådd med en minneinnretning fremstilt med bruk av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Som et middel til å forstå den foreliggende oppfinnelse skal det nå gis en kort beskrivelse av en representativ fremgangsmåte for å fremstille en trykt, organisk minneinnretning, hvor en avsetning av kretsstrukturer i ett eller flere lag med fordel kan skje ved trykking.

Kretsstrukturer i form av minneceller består av et par av elektroder sammenhengende med et volum av et elektrisk polariserbar minnemateriale, typisk i form av en ferroelektrisk polymer og typisk anordnet i en struktur som svarer til en parallellplatekondensator. De forskjellige deler av strukturene som er vist på flg. 1 er et substrat 101, en første elektrode 102, et lag 103 av minnemateriale, et beskyttende lag 104, og den andre elektrode 105.

Denne enkle strukturen står i sterk kontrast til minneceller i tradisjonelle minneteknologier hvor én eller flere transistorer eller andre halvledende elementer er nødvendige i forbindelse med hver celle og konsekvensene for lavkostfabrikasjon er dramatiske. I det følgende skal minneinnretninger basert på den enkle struktur omtalt ovenfor betegnes som en "passiv minneinnretning".

En rekke minneceller kan anordnes side om side på et felles substrat, idet hver celle har en generisk struktur som vist på flg. 1, og hvor elektrisk aksess til hver celle oppnås via ledningsforbindelse til hver av to elektroder respektive lag 102, 105. Avhengig av bruken kan størrelse, form, romlig fordeling og elektriske koblingsarrangementer for et antall minneceller variere; noen eksempler er vist på flg. 2-4. Fig. 2 viser en gruppe av individuelle celler som hver har en ledningsforbindelse til to elektroder. Ytterligere elektriske forbindelser til trådene kan anta mange former, f.eks. terminere i kontaktseter på et felles substrat. Fig. 3 viser et lignende arrangement, men hvor alle bunnelektrodene er elektrisk forbundet for å redusere kompleksiteten til ledningsføringen. Fig. 4 er en variant hvor en rekke celler er anordnet på en ledende overflate som danner en felles bunnelektrode i hver celle og hvor hver celle har sin egen, individuelt elektrisk forbundne toppelektrode. Dette arrangementet er likt det vist på flg. 3 ved at det krever færre koblingselektroder enn det på fig. 2. Alle strukturene vist på flg. 1-4 har det beskyttende lag på toppen av det ferroelektriske minnelag og under toppelektrodelaget.

Substrater skal i den foreliggende kontekst typisk være fleksible selv om dette ikke alltid behøver å være tilfelle. De kan være elektrisk isolerende,

f.eks. i form av papirark, plastfolie, glass, treplate, kartong eller et kompositt av et hvilket som helst av disse materialer. Alternativt kan de være elektrisk ledende, f.eks. i form av en metallfolie med et isolerende belegg for å unngå elektrisk kortslutning. En gruppe av minneceller anordnet på et gitt substrat kan aksesseres individuelt elektrisk eller i parallell fra eksterne kretser ved

hjelp av mekaniske kontaktseter på substratet. Alternativt kan aktive elektriske kretser være innbefattet på eller i selve substratet. Hvis det sistnevnte er fleksibelt, vil kretsene typisk være plassert i et halvledende tynnfilmmateriale basert på silisium (amorft eller polykrystallinsk) eller organiske materialer (polymerer eller oligomerer).

I tilfeller hvor store antall minneceller er berørt, skaffer en matriseadresserbar gruppe av minneceller som vist på fig. 5-7 en enkel og kompakt måte for å gi elektrisk aksess til individuelle celler for skriving, lesing eller sletteoperasjoner. Denne konfigurasjon av minneinnretningen betegnes som en passiv matriseinnretning, da det ikke er noen svitsjende transistorer tilstede for å svitsje en minnecelle på og av i en adresseringsoperasjon. I utgangspunktet er en minneinnretning av denne art dannet med et første mønster av parallelle stripelignende elektroder 502 som er plassert på et substrat 501 og dekket av et globalt lag av ferroelektrisk minnemateriale 503, dvs. en ferroelektrisk polymer som igjen dekkes av et beskyttende lag 504, over hvilket det er anordnet et annet elektrodemønster 505 som likeledes består av parallelle, stripelignende elektroder, men orientert ortogonalt til det første elektrodemønster slik at det dannes en ortogonal elektrodematrise. Det ferroelektriske minnemateriale kan også være påført i et ikke-kontinuerlig lag, dvs. et mønster. Det første elektrodemønster kan betraktes som ordlinjer i en matriseadresserbar minneinnretning mens et annet elektrodemønster kan betraktes som bitlinjer i dette. Ved krysningene mellom ordlinjer og bitlinjer defineres en minnecelle 506 i matrisen i laget av minnemateriale. Således vil minneinnretningen omfatte en rekke minneceller som svarer til antallet elektrodekrysninger i matrisen.

Et interessant aspekt ved de ovenfor omtalte, grunnleggende strukturer er at de gir muligheten for å stable minnegrupper på toppen av hverandre, jfr. fig. 7. Dette betyr at det kan oppnås høye volumetriske datalagringstettheter, og store, totale datalagringskapasiteter kan realiseres på et lite fotavtrykk og i et lite volum.

Elektrodene kan være et ledende eller halvledende materiale som generelt kan påføres fra fast eller flytende fase ved hjelp av en rekke fysiske og kjemiske midler. Ledende og halvledende materialer kan suspenderes eller oppløses for å danne sverter, f.eks. basert på ledende metaller (f.eks. sølvpasta), ledende metallegeringer, ledende metalloksider, kjønrøk, halvledende metalloksider, og iboende ledende, organiske polymerer (f.eks. polyanilin, PEDOT etc).

Minnematerialet i minnecellen kan typisk være et organisk, ferroelektrisk materiale f.eks. fluorholdige oligomerer eller polymerer så som vinylidenfluorid eller dets polymer polyvinylidenfluorid (PVDF) eller kopolymerer som poly(vinylidenfluoird-trifluoretylen) (PVDF-TrFE). Andre eksempler er polymerer med sterkt polariserbare endegrupper så som polyvinylidencyanid (PVCN). Optimering av materialer kan finne sted med bruk av kopolymerer, terpolymerer og blandinger (f.eks. med polymetylmetakrylat, PMMA).

I fremstillingen av minneinnretninger i henhold til foreliggende oppfinnelse er det et krav at det trykte, elektroniske ledende materialet benyttet i elektroder, koblingstråder, kontaktseter, etc. skal være i overensstemmelse med standard fysiske og kjemiske krav for å oppnå trykkbarhet. Dette skal avhenge av trykkeprosessen valgt i hvert tilfelle, og innbefatter generelt reologiske egenskaper, fuktingsegenskaper samt oppløselighet, så vel som forhold som vedrører kostnad, toksisitet osv. Tørkeegenskaper, spesielt fuktigheten til løsningsmidlene som benyttes, vil i høy grad påvirke den oppnåelige hastighet i fabrikasjonsprosessen. Det siste er av vesentlig betydning i høyvolumprosesser, f.eks. i merkelapper og etiketter med ekstremt lav kostnad.

I mange tilfeller av praktisk interesse og slik det skal omtales mer detaljert nedenfor, foretrekkes ledende sverter basert på iboende ledende organiske polymerer. Sverter basert på PEDOT:PSS besitter kvaliteter som gjør dem spesielt anvendelige i den foreliggende sammenheng, og skal omtales mer detaljert nedenfor.

Mer bestemt kan oppfinnelsen vises med en ferroelektrisk minneinnretning som eksempel og som benytter ledende polymerelektroder. I denne utførelse blir én av elektrodene avsatt ved en trykkemetode. Det beskyttende lag består også av en ledende polymer som har de følgende egenskaper:

1. Motstår vann eller løsningsmidler benyttet i trykkeprosessen.

2. Tilfører ikke en signifikant (for utførelsen av den angjeldende innretning) ledningsevne i sideretningen eller gir ikke opphav til lekkasjestrøm mellom trykte ledende polymerdetaljer som er ment å skulle være elektrisk atskilt. 3. De elektriske egenskaper langs retningen gjennom den beskyttende film (retningen mellom de motsatte elektroder) må vise tilstrekkelig høy ledningsevne eller høy dielektrisk konstant for å minimere det elektriske feltet over det beskyttende laget. 4. God adhesjon til det ferroelektriske minnelag og elektrodelaget som skal trykkes på toppen av det beskyttende lag.

PEDOT:PSS er ett materiale som oppfyller disse kravene. PEDOT:PSS består av PEDOT og PSS i en suspensjon av vann og isopropanol. PEDOT er akronym for poly(etylendioksytiofen), en konjugert organisk polymer, og PSS er mot ion-poly(styrensulfonat). PEDOTrPSS kan fås i handelen under handelsnavnet Baytron P VP CH8000. Til suspensjonen settes det ytterligere til et fornettingsmiddel, glysidyloksypropyltrimetoksysilan (handelsnavn Silquest Al87) (0,45 %) og fluorosurfaktant (DuPont Zonyl FS-300) (0,4 %). Fornettingsmiddelet gjør materialet uoppløselig og det overflateaktive middel skaffer kompatibilitet med både hydrofobe og hydrofile materialer.

Fremgangsmåten til fremstilling av en minneinnretning skal nå gis som en prosessbeskrivelse for å danne en minnecelle, men kan utvides for å samtidig danne et stort antall minneceller.

Et polyetylenterftalatsubstrat (PET) dekkes med et ledende polymerlag (PEDOT-PSS) (Agfa Orgacon™). Det ledende polymerlag blir deretter renset med en deaktiveringsprosess for å danne en bunnelektrode for minnecellen. Deaktiveringsprosessen gjør visse områder av laget ikke-ledende materiale og vil derfor danne et funksjonelt lag. Mønstringen blir i denne utførelse gjort med fotolitografi hvor det ønskede mønster defineres ved å eksponere fotoresistlag med UV-lys gjennom en maske. Fotoresisten vil deretter fremkalt med våtkjemisk fremkaller og det fås et mønster hvor områdene for deaktivering blottlegges, mens områder som er ment å skulle beholde sine egenskaper beskyttes av fotoresisten. Fotolitograflprosessen benytter fotoresisten Shipley Microposit S 1813 som spinnbelegges med en tykkelse på 1,3 lim og herdes ved 100°C i 20 min. på en heteplate, idet begge trinnene utføres i en halvautomatisk resistpåfører av merket Karl Suss RC8THP. Fotoresisten ble eksponert i en maskeinnretter av merket Karl Suss MA8 og deretter fremkalt i et bad med fremkalleren NMD-3 fra Tokyo Ohka Kogyo Co.

Deaktiveringsprosessen utføres ved å dyppe strukturen i NaOCl, i form av en 1 % løsning i vann, i 30 sek. Deretter ble fotoresisten fjernet ved oppløsning av aceton og strukturen skyllet i isopropanol.

Det aktive minnelag blir deretter avsatt på bunnelektroden. Avsetningen blir gjort ved spinnbelegging fra oppløsning. Den ferroelektriske polymer(polyvinylidentrifluoroetylen) (PVDF-TrFE) oppløses i dietylkarbonat med konsentrasjon 3 %. Løsningen blir avsatt på substratet og spinnbelagt for å danne film med tykkelse 120 nm. Filmen blir deretter varmebehandlet ved 140°C i 30 min.

Kontaktflatelaget dannes på toppen av den ferroelektriske polymer ved å avsette et globalt lag med hjelp av spinnbelegging avsatt fra en vandig suspensjon. Den vandige suspensjonen inneholder en fluorosurfaktant og silanbasert tverrbindingsmiddel (Silquest A187) og som gjør PEDOT:PSS-filmen uoppløselig etter avsetning og varmebehandling. Tykkelsen av laget er 40 nm og den ble varmebehandlet med 130°C i 60 min. i konveksjonsovn.

Etter dette prosesstrinn ble toppelektroden PEDOT:PSS avsatt ved silketrykking.

Alle de ovenfor omtalte prosesstrinn kan realiseres ved trykkemetoder. F.eks. kan det i mønstringsprosessen for bunnelektroden dannes et beskyttende lag svarende til det fotomønstrede resist ved hjelp av trykking.

Innretningen som ble dannet ved den ovenfor omtalte fabrikasjonsprosess, blir deretter undersøkt med hensyn til sine elektriske karakteristikker for å fastslå egenskapene. Den ferroelektriske respons ble først målt ved måling av polarisasjonshysterese. En slik måling består i å påtrykke en spenning til elektroden og danne et elektrisk felt over minnematerialet. Spenningen varierer som en trekantbølge og den polariserende strøm integreres over tid. Den registrerte polarisasjon plottes med hensyn til den påtrykte spenning under en periode. Resultatet er vist på flg. 8. Spenningen er plottet langs horisontalaksen og polarisasjonen plottet langs vertikalaksen og begge er vist i vilkårlige enheter. Forekomsten av en hysteresesløyfe er beviset på en funksjonell ferroelektrisk innretning.

Videre ble det utført en pulspolarisasjonsmåling. Korte spenningspulser ble påtrykt elektrodene og polarisasjonsladningen ble registrert. Pulstoget bestod av to positive pulser fulgt av to negative pulser, alle med samme absolutte amplitude. Denne måleprotokollen blir ofte betegnet som PUND. Den registrerte pulspolarisasjon er vist i diagrammet på fig. 9, hvor tiden er plottet langs den horisontale akse og polarisasjonen er plottet langs den vertikale akse, begge med vilkårlige enheter. En funksjonell ferroelektrisk innretning verifiseres ved forholdet mellom pulsamplitudene, dvs. forholdet henholdsvis mellom de første og tredje, og mellom de femte og de syvende pulser. Pulsene er angitt på fig. 9 ved piler. Den første polarisasjonspuls er signifikant større enn den tredje og verifiserer en stor svitsjepolarisasjon sammenlignet med den mindre ikke-svitsjende polarisasjon. Tilsvarende viser de femte og syvende pulsene dette for den omvendte polarisasjonsretning.

Ferroelektriske polymerminner kan fremstilles i ikke-litografiske, kontinuerlige produksjonsprosesser. Dette muliggjør et meget høyt utbytte, særlig dersom produksjon i løpende bane benyttes. Et grunnleggende problem forbundet med ferroelektriske polymerminner er varmebehandlingstrinnene etter avsetningen, hvilket typisk innebærer 10-30 min. oppvarming til temperaturer mellom 120°C og 140°C. Hvis de organiske mellomlag er innbefattet i minnecellen, krever de ytterligere varmebehandlingsprosedyrer. Ytterligere varmebehandlingstrinn vil være nødvendige hvis stablede minnearkitekturer benyttes, da så mange som 8-16 lag er mulige i en polymerminneinnretning. Den totale varmebehandlingstid for en slik stabel kan utgjøre mer enn 6 timer. Tydeligvis er dette ikke kompatibelt med produksjonen i løpende bane, blekkstråletrykking eller tilsvarende ikke-litografiske høyhastighetsprosesser. Følgelig er det for å kunne realisere et slikt minnesystem av vital betydning at både den individuelle varmebehandlingstid så vel som den totale varmebehandlingstid blir vesentlig redusert, fortrinnsvis til sekunder fremfor minutter, eksempelvis mindre enn 10 sekunder. Dette gjelder både minnefilmen så vel som beskyttende mellomlagsfilm.

En mulig måte å oppnå dette på, er å benytte varmebehandling basert på infrarød- eller mikrobølgestråling. Spektralabsorpsjonstilpasning er ganske enkelt å oppnå i de foreliggende tilfelle som innebærer bruk av vandige eller organiske, væskebaserte løsningsmidler og organiske faststoffer. Med bruk av kommersielt tilgjengelige IR- og mikrobølgestrålingskilder, kunne det påvises smelte/varmebehandlingssyklustider på under enn S sekunder i polymerfilmer.

Etektrodematerialer basert på ledende polymermaterialer, f.eks. med bruk av sulfonsyrer eller salter dannet med disse (PEDOT:PSS), krever en viss relativ fuktighet (RH) for å fungere korrekt. Typisk bør relativ fuktighet ligge innenfor 20-60 %. Dette forårsaker problemer i fabrikasjonsprosessen som innebærer "tørre" forhold (< 0,1 % RH). I tillegg er det problemer forbundet med det faktum at det i en pakket brikke som inneholder CMOS-kretser er det et absolutt krav at det ikke skal foreligge noe fuktighet.

Mindre strenge krav kan foreligge i systemer som benytter organiske kretser, og spesielt i systemer uten aktive kretser og kanskje til og med heller ikke multipleksende komponenter. I disse tilfeller vil en polymerminneinnretning bestå av bare minnefllmen av polymer og de organiske elektroder. En mulig tilnærming for å opprettholde akseptable RH-betingelser i denne anvendelse ville være å innbefatte et "fuktighetspulver", f.eks. i form av en tynn film innenfor den pakkede innretning. En slik fuktighetsfilm kan skreddersys til å opprettholde et fast relativt fuktighetsnivå, eksempelvis 40 %, uansett ekstern ytre RH og temperatur.

Etter avsetning kan det beskyttende lag utsettes for ultrafiolett stråling for å fremme fornetning. Dette er en velkjent teknikk og kan i visse tilfeller kombineres med spesifikke tilsetninger som kan være aktivert av UV-stråling. Dette kan benyttes til å skape fleksibilitet, hastighet og kontroll i en hurtigløpende fabrikasjonssituasjon.

Endelig skal det forstås at den foreliggende oppfinnelse på ingen måte er begrenset til en spesifikk trykkeprosess, da enhver for tiden kjent trykkeprosess, avhengig av hvorvidt den kan tilpasses, kan benyttes med den foreliggende oppfinnelse. Det skal heller ikke utelukkes at nye og fremtidige trykkeprosesser vil vise seg like godt egnet til bruk med den foreliggende oppfinnelse.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte i fremstillingen av en minneinnretning basert på et elektrisk polariserbart minnemateriale i form av et elektret eller ferroelektrisk materiale, hvor innretningen omfatter ett eller flere lag med kretsstrukturer avsatt helt eller delvis i en trykkeprosess, hvor lagene er anordnet sekvensielt på et felles substrat, det ene på toppen av det andre i hel eller partielt overlapping eller side om side, og hvor minst ett lag er avsatt med materialet i laget oppløst i et løsningsmiddel, karakterisert ved å anordne minst ett beskyttende mellomlag mellom minst to lag i minneinnretningen, idet beskyttende mellomlag har lav oppløselighet og lav permeabilitet for hvilket som helst av de løsningsmidler som ble benyttet ved avsetningen av de andre lag i innretningen, hvorved en oppløsning, svelling eller kjemisk skade på ett eller flere av lagene med kretsstrukturer forhindres.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å avsette det beskyttende lag som et globalt lag.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å avsette det beskyttende lag som et mønstret lag.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å velge det elektrete eller ferroelektriske materiale som en eller flere blant en polymer, kopolymer, oligomer, kooligomer eller blandinger eller kompositter av disse.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved å velge det elektrete eller ferroelektriske materiale som en eller flere blant polyvinylidenfluorid (PVDF), poly(vinyliden-trifluoretylen) (P(VDF-TrFE)), polyurea, odde nyloner eller polyvinylcyanid.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved å anordne minneinnretningen på et fleksibelt substrat.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved å anordne minneinnretningen som en passiv, matriseadresserbar gruppe av kondensatorlignende strukturer.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å velge som det beskyttende lag et materiale med stor dielektrisk konstant, foretrukket større enn 10 i frekvensområdet 1 kHz-1 GHz.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å velge som det beskyttende lag en ledende polymer eller en ledende polymer med tilsetninger.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å velge som det beskyttende lag ett eller flere materialer som omfatter molekylære parter forbundet med fosfonsyregrupper eller salter av de samme.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert ved at det beskyttende lag inneholder poly(vinylfosfonsyre) (PVPA).

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å velge som det beskyttende lag en ledende polymer valgt blant gruppene polytiofen, polypyrrol, eller polyanilin, eller deres derivater.

13. Fremgangsmåte i henhold til krav 12, karakterisert ved å velge som den ledende polymer som poly(etylen-dioksytiofen) med mot-ion-poly(styrensulfonat) (PEDOT:PSS), enten i ren form eller i tilsetninger.

14. Fremgangsmåte i henhold til krav 13, karakterisert ved å velge som det beskyttende lag PEDOTrPSS fornettet med en silanholdig forbindelse.

15. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å velge trykkeprosessen som en eller flere blant blekkstråletrykking, silketrykking, fleksografitrykking, offsettrykking elektrografisk trykking, myklitografi, lasertrykking eller voksstråletrykking.

16. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å utsette minst ett lag for en rask oppvarmingsprosess for å fjerne løsningsmiddel eller for å oppnå varmebehandling, idet oppvarmingen skjer med elektromagnetisk stråling med bølgelengder som omfatter det infrarøde område og strekker seg til å innbefatte mikrobølgestråling.

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å utføre minst ett avsetningstrinn i en atmosfære med kontrollert fuktighet.

18. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved å påføre et fuktighetsforseglende lag i minst ett avsetningstrinn.