TWI728491B - 包括生物可降解聚合物的奈米粒子之記憶裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種包括生物可降解聚合物奈米粒子之記憶裝置及其製造方法。根據本發明之該記憶裝置可在應用於一生物相容的電子裝置時更有效地整合於有機半導體領域中，且可藉由用矽烷偶合劑處理而具有極佳電容。此外，製造根據本發明之記憶裝置之該方法使用溶液製程，使得記憶裝置可由非常簡單的方法製造。

Description

包括生物可降解聚合物的奈米粒子之記憶裝置及其製造方法
本發明係關於一種包括生物可降解聚合物的奈米粒子之記憶裝置及其製造方法。
近年來，已進行關於使用生物材料製造記憶裝置之方法的研究及開發，且特定言之，已主動地研究充電/放電層以增強記憶裝置之電容。
習知地，充電/放電之電荷層已使用金屬奈米粒子來研究，但缺乏關於由生物相容的材料製成之記憶裝置的研究。
此外，金屬沈積製程藉由物理沈積（諸如真空熱沈積及濺鍍）、化學沈積來進行，此為困難及複雜的且需要額外製程，使得需要昂貴的設備。
因此，迫切需要研究及開發由生物相容的材料製成之記憶裝置，其藉由解決上文所提及之問題且亦增強電容來有效地適用於電子裝置。 [先前技術文獻]
（專利文獻1）韓國未審查專利公開案第2013-0104820號
[技術問題]
本發明係關於提供一種包括生物可降解聚合物奈米粒子之記憶裝置，其適用於生物相容的電子裝置。
本發明亦係關於提供一種利用簡單溶液製程而非習知複雜製程來製造包括生物可降解聚合物奈米粒子之記憶裝置的方法。 [技術解決方案]
本發明之一個態樣提供一種記憶裝置，其包括：矽層，包括二氧化矽（SiO2 ）；充電/放電層；有機半導體層；以及電極層，其中該充電/放電層具有生物可降解聚合物奈米粒子分散於矽烷基質中之結構。
本發明之另一態樣提供一種包括上文所描述之記憶裝置的生物相容的電子裝置。
本發明之又一態樣提供一種製造記憶裝置之方法，其包括以下步驟：在包括二氧化矽（SiO2 ）之矽層上形成充電/放電層，其中生物可降解聚合物奈米粒子分散於矽烷基質中；以及在充電/放電層上形成有機半導體層及電極層。 [有利效果]
根據本發明之記憶裝置可在應用於生物相容的電子裝置時更有效地整合於半導體領域中，且可藉由包括由用矽烷偶合劑處理形成之矽烷基質來具有極佳電容。
此外，製造根據本發明之記憶裝置之該方法使用溶液製程，使得記憶裝置可由非常簡單的方法製造。
本發明可經受許多改變及修改且具有若干種形式。因此，應理解本發明之特定具體實例說明於圖式中且詳細地描述於具體實施方式中。
然而，應理解本發明不意欲受限於本文中所闡述之特定形式，而意欲涵蓋本發明之技術範疇及精神中所包括之所有類型的修改、等效物及取代。
應進一步理解，術語「包含（comprises/comprising）」、「包括（includes/including）」及/或「具有（has/having）」當在本文中使用時指定所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在，但不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。
另外，為便於描述起見，本發明所隨附之圖式應理解為放大或縮小。
在下文中，將詳細描述本發明。 記憶裝置
圖1為本發明之記憶裝置之圖式。參考圖1，本發明之記憶裝置100包括：矽層10，其包括二氧化矽（SiO2 ）；充電/放電層20；有機半導體層30；及電極層40。
圖2為包括二氧化矽之矽層之圖式，該矽層為構成本發明之記憶裝置的組件中之一者。參考圖2，包括二氧化矽之矽層10包括矽基板11及沈積於矽基板11上之二氧化矽層12。
在此情況下，雖然未特定限於此，但矽基板11可為p型矽基板。
二氧化矽層12可具有300 nm或更小，特定言之5至300 nm、10至100 nm或10至30 nm之平均厚度。
將二氧化矽層12沈積於矽基板11上允許用羥基官能化矽層10，且經由用UV-臭氧或鹼處理而用羥基官能化允許矽層10與矽烷偶合劑結合。
圖3為充電/放電層之圖式，其為構成本發明之記憶裝置的組件中之一者。參考圖3，充電/放電層20具有其中生物可降解聚合物奈米粒子22分散於矽烷基質21中之結構。在本說明書中，術語「充電」意謂藉由允許電流自外部進入儲存電池或蓄電池來增加所儲存電荷之量，與充電相反，術語「放電」意謂藉由自儲存電池或蓄電池對電流放電來減少所儲存電荷之量，且術語「充電/放電層」意謂具有可充電/放電之電荷的層。
矽烷基質21可具有5 nm或更小，特定言之0.1至5 nm之平均厚度。
矽烷基質21包括矽烷偶合劑。特定言之，雖然未特定限於此，但矽烷偶合劑可為(3-縮水甘油基氧基丙基)三甲氧基矽烷（在下文中，簡稱為「GPTMS」）。
當本發明之記憶裝置100包括矽烷基質21時，可在施加較高電壓時增加記憶效應，且可確保記憶裝置之穩定性。
在本說明書中，術語「生物可降解聚合物」意謂藉由涉及至少一個分解製程之生物代謝轉換成低分子量化合物的聚合物，術語「奈米粒子」意謂具有至少一個100 nm（即，小於一千萬分之一公尺）尺寸之粒子，且術語「生物可降解聚合物奈米粒子」意謂具有100 nm或更小之直徑且由藉由代謝轉換成低分子量化合物之聚合物組成的粒子。
特定言之，由矽烷偶合劑之環氧基與包括於生物可降解聚合物中之胺基之間的反應而形成之生物可降解聚合物奈米粒子22分散於矽烷基質中，其中生物可降解聚合物奈米粒子22可具有50 nm或更小，特定言之1至50 nm之平均直徑。生物可降解聚合物奈米粒子22之平均直徑可藉由如習知方法所已知之雷射繞射法來量測。
當本發明之記憶裝置100包括生物可降解聚合物奈米粒子22時，記憶裝置100可應用於生物相容的電子裝置。
生物可降解聚合物不受特定限制，只要其包括具有一或多個胺基之胺基酸即可，且可特定言之為聚-L-精胺酸、聚組胺酸、聚色胺酸及聚-L-離胺酸中之任一者。在本說明書中，術語「聚-L-精胺酸」係指每精胺酸單元具有一個HCl之帶正電的合成聚胺基酸。
在本說明書中，術語「有機半導體」係指由碳材料製成之半導體。大部分有機化合物為絕緣體，且有機半導體通常係指外質半導體，其為在分子化合物藉由併入電解離後易於供給電子之材料及易於接受電子之材料來製備時所獲得的有機材料晶體。
有機半導體層30不受特定限制，只要其適用於記憶裝置即可。特定言之，有機半導體層可包括稠五苯、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(伸噻吩基乙烯)及寡聚噻吩中之一或多者，尤其為由22個π鍵組成之稠五苯。
有機半導體層30可具有100 nm或更小，尤其10至100 nm之平均厚度。特定言之，有機半導體層30可具有10至50 nm之平均厚度。
電極層40不受特定限制，只要其適用於記憶裝置即可，且可特定言之為金（Au）電極層。在此情況下，Au電極層可包括具有100至500 μm之平均直徑的Au點且可具有10至200 nm之平均厚度。 生物相容的電子裝置
本發明之另一態樣提供一種包括上文所描述之記憶裝置的生物相容的電子裝置。
生物相容的電子裝置之結構及組件為所屬技術領域中具通常知識者所熟知，因此將在本文中省略其詳細描述。
所屬技術領域中具通常知識者已知之生物相容的電子裝置之結構及組件之內容併入於本發明之內容中。 製造記憶裝置之方法
本發明之又一態樣提供一種製造記憶裝置之方法，其包括以下步驟：在包括二氧化矽（SiO2 ）之矽層上形成充電/放電層，其中生物可降解聚合物奈米粒子分散於矽烷基質中；以及在充電/放電層上形成有機半導體層及電極層。
特定言之，圖4為根據本發明之一具體實例的製造記憶裝置之方法之圖式。參考圖4，其上沈積二氧化矽（SiO2 ）層12之矽基板11用UV-臭氧或鹼處理，以用羥基（-OH）官能化二氧化矽層之表面（製程S1）。在此情況下，矽基板11可為p型矽基板，且二氧化矽層12可具有10至300 nm，特定言之300 nm或更小且更特定言之5至300 nm、10至100 nm或10至30 nm之厚度。雖然未特定限於此，但用羥基官能化二氧化矽層12之表面所使用的鹼較佳為氫氧化鈉（NaOH）。
用羥基官能化之矽層10用矽烷偶合劑處理，使得羥基及矽烷偶合劑結合以形成矽烷基質21（製程S2）。在此情況下，雖然未特定限於此，但矽烷偶合劑可為GPTMS。矽烷基質21可具有5 nm或更小，特定言之0.1至5 nm之平均厚度。當本發明之記憶裝置100包括矽烷基質21時，可在施加較高電壓時增加記憶效應，且可確保記憶裝置之穩定性。
隨後，包括於矽烷基質21中之環氧基與包括於生物可降解聚合物中之胺基反應，以便將生物可降解聚合物奈米粒子22分散於矽烷基質21上，其中藉由溶液製程來製備生物可降解聚合物奈米粒子（製程S3）。在此情況下，生物可降解聚合物可為聚-L-精胺酸，且生物可降解聚合物奈米粒子22可具有50 nm或更小，特定言之1至50 nm之平均直徑。當本發明之記憶裝置100包括生物可降解聚合物奈米粒子22時，記憶裝置100可應用於生物相容的電子裝置。
然後，有機半導體層30及電極層40在經由熱蒸發將其沈積於生物可降解聚合物奈米粒子22上時來形成（製程S4及S5）。在此情況下，有機半導體層30不受特定限制，只要其適用於記憶裝置即可，且可特定言之包括稠五苯、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(伸噻吩基乙烯)及寡聚噻吩中之一或多者，尤其為由22個π鍵組成之稠五苯。
有機半導體層30可具有100 nm或更小，較佳10至100 nm之平均厚度。特定言之，有機半導體層30可具有10至50 nm之平均厚度。
電極層40不受特定限制，只要其適用於記憶裝置即可，且可特定言之為金（Au）電極層。在此情況下，Au電極層可包括具有100至500 μm之平均直徑的Au點且可具有10至200 nm之平均厚度。
在下文中，將根據實施例及實驗實施例更詳細地描述根據本發明之包括生物可降解聚合物奈米粒子之記憶裝置及其製造方法。
然而，應理解，本文中所提出之以下實施例及實驗實施例僅出於說明根據本發明之包括生物可降解聚合物奈米粒子之記憶裝置及其製造方法的目的而給出，且並不意欲限制本發明之範疇。 實施例.製造記憶裝置
p型矽基板（大小：1.5 cm×3.0 cm，厚度：0.6 T）之表面（其上沈積10 nm厚的二氧化矽層（SiO2 ））用UV-臭氧處理以允許用羥基官能化二氧化矽層之表面。
隨後，所得矽層用GPTMS溶液（5%於乙醇中）浸漬，使得羥基與GPTMS反應以形成矽烷基質（矽烷基質之厚度：約0.1至5 nm）。
為將聚-L-精胺酸（Mw：1700 Da）分散於矽烷基質之表面上，平緩地執行浸塗持續一小時。添加聚-L-精胺酸以使得最終濃度為2 mg/ml（1 mM），且接著執行浸塗持續一小時以在GPTMS層上形成聚-L-精胺酸之奈米粒子（直徑：1至50 nm）（溶液製程）。
隨後，稠五苯半導體層（厚度：50至80 nm）及Au電極（Au點之直徑：500 μm，Au電極之厚度：150至200 nm）經由熱蒸發沈積以製造記憶裝置。 實驗實施例1.C-V特徵之分析
根據實施例之記憶裝置之C-V效能使用HP Agilent 4284A在1 MHz之頻率下量測，且其結果展示於圖5中。
特定言之，假定矽晶圓為接地的，當將電壓施加至Au電極時確認電容之變化。在此情況下，當藉由將電壓自3 V及-3 V增加±2 V來掃描±3 V、±5 V及±7 V電壓時檢查電容。
因此，可見形成特定掃描遲滯。當施加較高電壓時，增加記憶效應。
100:記憶裝置 10:包括二氧化矽（SiO2）之矽層 11:矽基板 12:二氧化矽層 20:充電/放電層 21:矽烷基質 22:生物可降解聚合物奈米粒子 30:有機半導體層 40:電極層
圖1為本發明之記憶裝置之圖式。 圖2為包括二氧化矽之矽層之圖式，該矽層為構成本發明之記憶裝置的組件中之一者。 圖3為充電/放電層之圖式，該充電/放電層為構成本發明之記憶裝置的組件中之一者。 圖4為根據本發明之一具體實例的製造記憶裝置之方法的圖式。 圖5說明量測根據實例之記憶裝置之電容-電壓（在下文中，簡稱為「C-V」）的結果。
100:記憶裝置
10:包括二氧化矽(SiO2)之矽層
20:充電/放電層
30:有機半導體層
40:電極層

Claims (9)

  1. 一種記憶裝置，其包含：矽層，其包括二氧化矽(SiO2)；充電/放電層；有機半導體層；及電極層，其中該充電/放電層具有其中生物可降解聚合物之奈米粒子分散於矽烷基質中之結構且其中該生物可降解聚合物包含聚胺基酸且該聚胺基酸中之胺基酸具有一或多個胺基。
  2. 如請求項1所述之記憶裝置，其中該矽烷基質具有5nm或更小之平均厚度。
  3. 如請求項1所述之記憶裝置，其中該矽烷基質包括(3-縮水甘油基氧基丙基)三甲氧基矽烷。
  4. 如請求項1所述之記憶裝置，其中生物可降解聚合物之該等奈米粒子具有50nm或更小之平均直徑。
  5. 如請求項1所述之記憶裝置，其中該生物可降解聚合物為聚-L-精胺酸、聚組胺酸、聚色胺酸及聚-L-離胺酸中之任一者。
  6. 如請求項1所述之記憶裝置，其中該有機半導體層包括稠五苯、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(伸噻吩基乙烯)及寡聚噻吩中之一或多者。
  7. 一種生物相容的電子裝置，其包含如請求項1至6中任一項所述之記憶裝置。
  8. 一種製造記憶裝置之方法，其包含：在包括二氧化矽(SiO2)之矽層上形成充電/放電層，其中生物可降解聚合物奈米粒子分散於矽烷基質中；及 在該充電/放電層上形成有機半導體層及電極層；其中該生物可降解聚合物包含聚胺基酸且該聚胺基酸中之胺基酸具有一或多個胺基。
  9. 如請求項8所述之方法，其中在包括二氧化矽(SiO2)之矽層上形成充電/放電層，其中生物可降解聚合物奈米粒子分散於矽烷基質中，包括：藉由用UV-臭氧或鹼處理使包括二氧化矽(SiO2)之矽層官能化以供與矽烷偶合劑結合；及將生物可降解聚合物奈米粒子溶液施加至該矽烷基質。
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