專利名稱：半導(dǎo)體器件以及防止用戶偽造物體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件以及驅(qū)動該半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
近年來個(gè)體識別技術(shù)吸引了很多注意力。例如，有一種技術(shù)用于 制造和管理，其中通過向單個(gè)對象給于ID(個(gè)體識別號)來表明諸如對 象歷史的信息。首先，利用電磁場或無線電波在不接觸的情況下發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件的發(fā)展取得了進(jìn)步。具體地說，作為這種半 導(dǎo)體器件，無線芯片(也稱為"ID標(biāo)簽，，、"IC標(biāo)簽"和"IC芯片"、"RF(射 頻)標(biāo)簽"、"無線標(biāo)簽"、"電子標(biāo)簽"或"RFID(射頻標(biāo)識)")正開始被引 入公司、市場等等。
稱為"IC(集成電路)^片")和^^線，該IC芯片包括存儲器和控制電路。 此外，根據(jù)設(shè)置在IC芯片中的存儲器結(jié)構(gòu)，諸如寫入信息或讀 取信息的方式分為各種方法。例如在采用掩模ROM作為存儲電路的 情況下，除了在制造芯片時(shí)之外不能執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。在這種情況下， 除了在制造芯片時(shí)之外不能執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入，因此該芯片不是用戶界面 友好的。由此，需要可以在制造芯片時(shí)之外寫入數(shù)據(jù)的ID芯片。
另一方面，在采用EEPROM等作為存儲電路的情況下，雖然用 戶可以自由地重新寫入內(nèi)容，但是也允許用戶以外的其它人重寫信息 從而可能進(jìn)行篡改(例如非專利文獻(xiàn)l)。因此，目前沒有足夠地實(shí)現(xiàn)安全措施，由此需要能夠防止通過重寫等進(jìn)行篡改的措施。
此外，也需要一種元件，并主動開展了積極的研究和開發(fā)。 (非專利文獻(xiàn)l)
http:〃japan.cnet.com/news/sec/story/0，2000050480，20070122，00.htm
發(fā)聽內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件，其中可以在除了制造半導(dǎo) 體器件時(shí)之外寫入數(shù)據(jù)并防止通過重寫進(jìn)行篡改。此外，本發(fā)明的目 的是提供容易形成并包括存儲元件的低價(jià)半導(dǎo)體器件以及驅(qū)動該半導(dǎo) 體器件的方法。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提供以下特征。
根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件包括多個(gè)沿著第一方向延伸的位 線、多個(gè)沿著不同于第一方向的第二方向延伸的字線、包括多個(gè)設(shè)置
在位線和字線的交叉部位的存儲單元的存儲單元陣列、和設(shè)置在存儲 單元中的有機(jī)存儲元件，其中有機(jī)存儲元件具有由位線、有機(jī)化合物 層和字線構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一種半導(dǎo)體器件包括多個(gè)沿著第一方向 延伸的位線、多個(gè)沿著不同于第一方向的第二方向延伸的字線、包括 多個(gè)設(shè)置在位線和字線的交叉部位的存儲單元的存儲單元陣列、設(shè)置 在存儲單元中的有機(jī)存儲元件、和天線，其中有機(jī)存儲元件具有由位 線、有機(jī)化合物層和字線構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的各半導(dǎo)體器件中，位線和字線中的至少一 個(gè)具有透光特性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一種半導(dǎo)體器件包括多個(gè)沿著第一方向 延伸的位線、多個(gè)沿著不同于第一方向的第二方向延伸的字線、和包 括多個(gè)被位線和字線圍繞的存儲單元的存儲單元陣列，其中該存儲單 元包括晶體管和與該晶體管電連接的有機(jī)存儲元件，其中有機(jī)存儲元 件具有設(shè)置在一對導(dǎo)電層之間的有機(jī)化合物層。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一種半導(dǎo)體器件包括多個(gè)沿著第一方向延伸的位線、多個(gè)沿著不同于第一方向的第二方向延伸的字線、包括 多個(gè)被位線和字線圍繞的存儲單元的存儲單元陣列、和天線，其中該 存儲單元包括晶體管和與該晶體管電連接的有機(jī)存儲元件，其中有機(jī) 存儲元件具有設(shè)置在一對導(dǎo)電層之間的有機(jī)化合物層。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的每種半導(dǎo)體器件中，所述一對導(dǎo)電層中的 至少一個(gè)具有透光特性。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的每種半導(dǎo)體器件中，所述有機(jī)存儲元件具 有可通過寫入而不可逆轉(zhuǎn)地改變的電阻。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的每種半導(dǎo)體器件中，所述有機(jī)存儲元件的 電極之間的距離通過寫入而改變。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的每種半導(dǎo)體器件中，所述有機(jī)化合物層包 括電子傳輸材料和空穴傳輸材料之一。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的每種半導(dǎo)體器件中，所述有機(jī)化合物層具
有大于等于10"S/cm且小于等于l(T3S/cm的電導(dǎo)率。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的每種半導(dǎo)體器件中，所述有機(jī)化合物層的 膜厚度為5至60nm。
一種用于驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體器件的方法，其中該半導(dǎo)體器件 包括多個(gè)沿著第一方向延伸的位線、多個(gè)沿著不同于第一方向的第 二方向延伸的字線、包括多個(gè)設(shè)置在位線和字線的交叉部位的存儲單 元的存儲單元陣列、和設(shè)置在存儲單元中的有機(jī)存儲元件，其中有機(jī) 存儲元件包括設(shè)置在位線和字線之間的有機(jī)化合物層，其中通過在位 線和字線之間施加電壓以改變有機(jī)存儲元件的電阻來寫入數(shù)據(jù)，其中 通過在位線和字線之間施加電壓以讀取有機(jī)存儲元件的電阻來讀取數(shù) 據(jù)。
另一種用于驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體器件的方法，其中該半導(dǎo)體器 件包括多個(gè)沿著第一方向延伸的位線、多個(gè)沿著不同于第一方向的 第二方向延伸的字線、和包括多個(gè)被位線和字線圍繞的存儲單元的存 儲單元陣列，其中有機(jī)存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合 物層，其中通過在所述一對電極之間施加電壓以改變有機(jī)存儲元件的電阻來寫入數(shù)據(jù)，其中通過在所述一對電極之間施加電壓以讀取有機(jī)
存儲元件的電阻來讀取數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得可以在除制造半導(dǎo)體器件之外的時(shí)間寫入
數(shù)據(jù)(一次寫入多次讀取)、而且可以防止通過重寫進(jìn)行篡改的半導(dǎo)體
器件。此外，通過提供采用容易沉積的有機(jī)化合物作為材料的存儲器
或包括該存儲器的半導(dǎo)體器件，可以提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件和驅(qū)動該 半導(dǎo)體器件的方法。
另外，還可以提供一種包括可以以低功率寫入數(shù)據(jù)的存儲元件的 半導(dǎo)體器件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種其中植入了無線標(biāo)簽的紙張，所述
無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成 的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所 述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的 有機(jī)化合物層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種其中植入了無線標(biāo)簽的有機(jī)樹脂， 所述無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上 形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操 作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之 間的有機(jī)化合物層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種其中植入了無線標(biāo)簽的包裝材料， 所述無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上 形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操 作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之 間的有機(jī)化合物層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種其中植入了無線標(biāo)簽的證件，所述 無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成 的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所 述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的 有機(jī)化合物層。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種其中植入了無線標(biāo)簽的紙幣，所述
無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種其中植入了無線標(biāo)簽的證券，所述無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所迷柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
此外，根椐本發(fā)明，提供一種防止用戶偽造物體的方法，該方法包括向該物體提供無線標(biāo)簽的步驟，其中，所述無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件，包括具有天線的第一柔性保護(hù)層；形成在所述第一柔性保護(hù)層和所述天線之上的第二柔性保護(hù)層；以及包括多個(gè)薄膜晶體管和多個(gè)存儲元件的一組元件，所述一組元件夾在所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層之間，其中，所述天線電連接到所述一組元件，其中，所述多個(gè)存儲元件中的每一個(gè)包括設(shè)置在第一電極層和第二電極層之間的有機(jī)化合物層，并且被設(shè)置成當(dāng)在所述第一電極層和所述第二電極層之間施加電壓時(shí)，改變所述第一電極層和所述第二電極層之間的距離，并且其中，所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層是由有機(jī)樹脂材料形成的。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件，包括第一柔性保護(hù)層；形成在所述第一柔性保護(hù)層上的天線；形成在所述第一柔性保護(hù)層之上的第二柔性保護(hù)層；以及包括多個(gè)薄膜晶體管和多個(gè)存儲元件的一組元件，所述一組元件夾在所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層之間，其中，所述天線電連接到所述一組元件，其中，所述多個(gè)存儲元件中的每一個(gè)包括設(shè)置在第一電極層和第二電極層之間的有機(jī)化合物層，并且被設(shè)置成當(dāng)在所述第 一 電極層和所述第二電極層之間施加電壓時(shí)，改變所述笫一電極層和所述第二電極層之間的距離，并且其中，所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層是由有機(jī)樹脂材料形成的。


在附圖中
圖1A和1B是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和驅(qū)動該半導(dǎo)體器件的方法的圖2A至2D是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和驅(qū)動該半導(dǎo)體器件的方法的圖3A和3B是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖4A至4D是示出用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的過程的
圖5A至5D是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖；圖6A至6C是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖；圖7A至7H是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的使用模式的圖；圖8A和8B是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的使用模式的圖；圖9A和9B是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和驅(qū)動該半導(dǎo)體器件的方法的圖10A至10C是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和驅(qū)動該半導(dǎo)體器件的方法的圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和驅(qū)動該半導(dǎo)體器件的方法的圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的激光照射系統(tǒng)的例子的圖；圖13是測量根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中的有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的圖14是測量根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中的有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖16A和16B分別是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的光學(xué)顯微圖像和圖案(pattern diagram);
圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的寫入特性；
圖18A和18B是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的電流-電壓特性
的圖19A和19B是在寫入數(shù)據(jù)之后根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的光學(xué)顯微圖像和橫截面TEM圖像；
圖20A和20B是在寫入數(shù)據(jù)之后根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的橫截面TEM圖像；
圖21是在寫入數(shù)據(jù)之后根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的光學(xué)顯微
圖像；
圖22A和22B是在寫入數(shù)據(jù)之后根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的橫截面TEM圖像；
圖23是在寫入數(shù)據(jù)之前根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的橫截面TEM圖像；
圖24A和24B是示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的圖25A和25B是示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的圖26A和26B是示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的圖27A至27F是作為例子示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的結(jié)構(gòu)的圖28A和28B是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖29A至29C根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖30是示出根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的以及圖31是示出在樣品1至6的寫入之前和之后的寫入電壓和特性的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。但是本發(fā)明不限于以下描述，很容易理解各種更改和修正對本發(fā)明的技術(shù)人員來說都是顯而易見的，除非這種更改和修正脫離了本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)解釋為限制于在這些實(shí)施方式中描述的內(nèi)容。要注意，在以下本發(fā)明的實(shí)施方式中，在不同附圖中表示相同對象的附圖標(biāo)記是相同的。
(實(shí)施方式1)
在本實(shí)施方式中描述的半導(dǎo)體器件20具有無接觸式數(shù)據(jù)交換的功能，并包括電源電路ll、時(shí)鐘發(fā)生電路12、數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13、控制其它電路的控制電路14、接口電路15、存儲器16、數(shù)據(jù)總線17和天線18(天線線圏)(圖1A)。電源電路ll是基于從天線18輸入的交流電信號產(chǎn)生提供給半導(dǎo)體器件20中各個(gè)電路的各種電源的電路。時(shí)鐘發(fā)生電路12是基于從天線18輸入的交流電信號產(chǎn)生提供給半導(dǎo)體器件20中各個(gè)電路的各種時(shí)鐘信號的電路。數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13具有對與讀取器/寫入器19交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)/調(diào)制的功能。控制電路14具有控制存儲器16的功能。天線18具有發(fā)送和接收電磁場或無線電波的功能。讀取器/寫入器19控制與半導(dǎo)體器件20的通信和對數(shù)據(jù)的處理。要注意，半導(dǎo)體器件20不限于上面描迷的，例如，可以向上述結(jié)構(gòu)添加其它元件如電源電壓限幅電路或只用于處理代碼的硬件。
此外在圖1A，存儲器16具有這樣的結(jié)構(gòu)特征(下面也稱為"有機(jī)存儲元件")，其中在一對導(dǎo)電層之間設(shè)置包括有機(jī)化合物的層(下面也稱為"有機(jī)化合物層，，)。存儲器16不僅可以包括由有機(jī)存儲元件構(gòu)成的存儲器，還可以包括其它存儲器。其它存儲器包括例如一個(gè)或多個(gè)從DRAM、 SRAM、 FeRAM、掩模ROM、 PROM、 EPROM、 EEPROM和閃存中選出的存儲器。
包括有機(jī)存儲元件的存儲器(下面也稱為"有機(jī)存儲器")使用有機(jī)化合物材料，而且通過對有機(jī)化合物層進(jìn)行光學(xué)或電學(xué)作用來改變有機(jī)存儲元件的電阻。
下面描述有機(jī)存儲器的結(jié)構(gòu)(圖1B)。有機(jī)存儲器包括存儲單元陣列22、解碼器23和24、選擇器25和讀取/寫入電路26,在存儲單元陣列22中以矩陣形式設(shè)置了包括有機(jī)存儲元件的存儲單元21。
存儲單元21包括與位線Bx(l^^m)連接的第一導(dǎo)電層、與字線Wy(l《y《n)連接的第二導(dǎo)電層以及有機(jī)化合物層。該有機(jī)化合物層設(shè)置在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間。
接著，對于實(shí)際制造存儲單元陣列22的情況，描述其頂視圖結(jié)構(gòu)和橫截面結(jié)構(gòu)(圖2A和2B)。要注意，在具有絕緣表面的襯底30上的存儲單元陣列22包括在笫一方向上延伸的第一導(dǎo)電層27、在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二導(dǎo)電層28以及有機(jī)化合物層29。存儲單元21設(shè)置在第一導(dǎo)電層27和第二導(dǎo)電層28的交叉部位。第一導(dǎo)電層27和第二導(dǎo)電層28像條紋一樣設(shè)置以互相交叉。絕緣層33設(shè)置在相鄰的有機(jī)化合物層29之間。此外，提供用作保護(hù)膜的絕緣層34以和第二導(dǎo)電層28接觸。
作為襯底30，使用玻璃襯底、柔性襯底、石英襯底、硅襯底、金屬襯底、不銹鋼襯底等等。柔性襯底是指柔軟并且能彎曲的襯底，例如包括含有聚碳酸酯、polyalylate、聚醚砜等的塑料襯底。第一導(dǎo)電層27和第二導(dǎo)電層28是利用公知的導(dǎo)電材料如鋁(A1)、銅(Cu)和銀(Ag)形成的。
在通過光對有機(jī)存儲器寫入數(shù)據(jù)的情況下，第一導(dǎo)電層27和笫二導(dǎo)電層28之一或兩者都具有透光特性。透光導(dǎo)電層利用透明導(dǎo)電材料如銦錫氧化物(ITO)或者利用不透明的導(dǎo)電材料形成為具有能夠透射光的厚度。
對于有機(jī)化合物層29，可以使用導(dǎo)電的(優(yōu)選電導(dǎo)率為大于等于l(T15S/cm且小于等于1(^S/cm)有機(jī)化合物材料，且可以使用高空穴傳輸材料，例如芳族胺(即具有苯環(huán)-氮鍵)化合物，如4，4，-二[N-(l-萘基)-N-苯胺基卜聯(lián)苯(縮寫a-NPD) 、 4，4，-二 [N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基卜聯(lián)苯(縮寫TPD)、 4，4，，4，，-三(N，N-二苯胺基)-三苯胺(縮寫TDATA)、 4，4，，4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基-三苯胺(縮寫MTDATA)和4，4，-二(N-(4-(N,N-二-m-甲苯胺基)苯基)-N-苯胺基)聯(lián)苯(縮寫DNTPD); 酞菁化合物，如酞菁(縮寫H2Pc)、酞菁銅(縮寫CuPc)和酞菁化氧 礬(縮寫VOPc)等等。
此外，可以用高電子傳輸材料作為有機(jī)化合物材料，如包括具有 喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金屬絡(luò)合物的材料，如三(8-羥基喹啉)鋁 (縮寫Alq3)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(縮寫Almq3)、 二(10-羥基苯并 [h喹啉)鈹(縮寫B(tài)eBq2)、 二(2-甲基-8-羥基喹啉)-4-苯基苯酚-鋁(縮寫 B Alq)，還可以使用諸如具有唑配合基或噻唑配合基的金屬絡(luò)合物的材 料，如二[2-(2-幾苯基)苯并噁唑l鋅(縮寫Zn(BOX)2)或二[2-(2-羥苯基) 苯并瘞唑鋅(縮寫Zn(BTZ)2)。此外，除了金屬絡(luò)合物之外，還可以 使用化合物如2-(4-聯(lián)苯基)-5-(4-tert-丁基苯基)-l，3，4-噁二唑(縮寫 PBD)、 1，3-二[5-(p-tert-丁基苯基)-l，3，4-噁二唑-2-基]苯(縮寫OXD-7)、 3-(4-tert-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-聯(lián)苯基)-l,2，4-三唑(縮寫TAZ)、 3國(4-tert-丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-聯(lián)苯基)-l，2,4-三唑(縮寫 p-EtTAZ)以及紅菲繞啉(bathophenanthroline)(縮寫B(tài)Phen)。
此外，有機(jī)化合物材料包括4-二氰亞甲基-2-甲基-6[2(l，l，7，7-四 曱基久洛尼定^-基)乙烯基HH-吡喃(縮寫DCJT)、 4-二氰亞曱基_2小 丁基-6-[2(l，l，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基-4H-吡喃(縮寫 DCJTB)、 periflanthene、 2，5-二氰基-1，4-雙[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲 基久洛尼定-9-基)乙烯基苯、N，N，- 二曱基喹吖啶酮 (N，N，-dimethylquinacridone)(縮寫DMQd)、香豆素6、香豆素545T、 9，9，-二蒽(9，9，-bianthryl)、 9，10-聯(lián)苯蒽(縮寫:DPA)、 9，10-二(2-萘基) 蒽(縮寫DNA)、 以及 2，5，8，11-四-t- 丁基二萘嵌苯 (2,5，8，11-tetra-t-butylperylene)(縮寫TBP)。此外，作為形成散布了 上述發(fā)光材料的層時(shí)用作基質(zhì)(matrix)的材料，可以使用蒽衍生物， 如9,10-二(2-萘基)-2-tert-丁基蒽(縮寫t-BuDNA);味唑衍生物如4，4，-二(N-呼唑基)聯(lián)苯(縮寫CBP);金屬絡(luò)合物，如二[2-(2-羥苯基)吡啶鋅(縮寫Znpp2)和二[2-(2-羥苯基)苯并噁唑鋅(縮寫ZnBOX)等等， 此外，可以使用三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫Alq3)、 9，10-二(2-萘基)蒽(縮寫 DNA)、 二(2-甲基-8-鞋基喹啉)-4-苯基苯酚-鋁(縮寫B(tài)Alq)等等。
此外，作為有機(jī)化合物層29的材料，可以使用通過施加光學(xué)或 電學(xué)作用來改變有機(jī)存儲元件的電阻的材料。例如，可以使用摻雜了 通過吸收光來產(chǎn)生酸的化合物(光酸發(fā)生劑(photoacide generator))的 共軛聚合物，其中可以用聚乙炔族、聚苯乙炔(polyphenylenevinylene) 族、聚蓉汾族、聚苯胺族、聚亞苯基乙烯(polyphenyleneethylene)族等 等作為共軛聚合物。此外，作為光酸發(fā)生劑，可以使用芳基硫鹽 (arylsulfonium salt)、芳基石典鹽(aryliodonium salt)、 o-硝基苯曱基甲苯 磺酸鹽(o-nitrobenzytosylate)、芳基磺酸p-硝基苯甲基醚(arylsufonic acid p隱nitrobenzylether)、 碌醜笨乙酉同(sulfonylacetophenone)方矣、Fe-
芳烴絡(luò)合PF6鹽等等。
此外，可以在第 一導(dǎo)電層27和有機(jī)化合物層29之間或者在第二 導(dǎo)電層28和有機(jī)化合物層29之間設(shè)置整流元件(參照圖2D)。整流元 件典型地是肖特基二極管、PN結(jié)二極管、PIN結(jié)二極管或具有相互連 接的柵電極和漏電極的晶體管。當(dāng)然，也可以設(shè)置具有其它結(jié)構(gòu)的二 極管。圖2D示出包括半導(dǎo)體層44和45的PN結(jié)二極管設(shè)置在第 一導(dǎo) 電層27和有機(jī)化合物層29之間的情況。半導(dǎo)體層44和45之一是N 型半導(dǎo)體，而另一個(gè)是P型半導(dǎo)體。如上所述，可以通過提供整流元 件來提高存儲單元的選擇性和讀取與寫入的操作特性。
此外，如圖15所示，包括設(shè)置在一對導(dǎo)電層之間的有機(jī)化合物 層的存儲器282可以設(shè)置在集成電路281上。也就是說，集成電路281 可以設(shè)置在襯底280上，而存儲器282可以形成在集成電路281上。
如上所述，在本實(shí)施方式中描述的有機(jī)存儲元件具有在一對電極 之間設(shè)置有機(jī)化合物層的簡單結(jié)構(gòu)。因此，其制造過程是筒單的，由 此可以提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件。此外，在本實(shí)施方式中描述的有機(jī)存 儲器是非易失存儲器。因此，不需要并入電池來用于保持?jǐn)?shù)據(jù)，由此 可以提供小、薄和輕的半導(dǎo)體器件。此外，由于有機(jī)存儲元件的電阻通過寫入而被不可逆轉(zhuǎn)地改變，因此在可以寫入數(shù)據(jù)(一次寫入多次讀
取)的同時(shí)不能重寫數(shù)據(jù)。由此，可以提供能防止篡改并保證安全性的 半導(dǎo)體器件。
下面描述將數(shù)據(jù)寫入有機(jī)存儲器的操作。數(shù)據(jù)的寫入通過光學(xué)作 用或電學(xué)作用來進(jìn)行。首先，描述在通過電學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入的情
況(參見圖1B)。要注意，該寫入是通過改變存儲單元的電子特性來實(shí) 施的，而該存儲單元的初始狀態(tài)(沒有施加電學(xué)作用的狀態(tài))是數(shù)據(jù) "0"，電子特性已改變的狀態(tài)是數(shù)據(jù)"l"。
在將數(shù)據(jù)"l"寫入存儲單元21的情況下，首先通過解碼器23、 24 和選擇器25選擇存儲單元21。具體地說，通過解碼器24向與存儲單 元21連接的字線W3施加預(yù)定電壓V2。此外，通過解碼器23和選擇 器25將與存儲單元21連接的位線B3連接到讀取/寫入電路26。然后， 將寫入電壓VI從讀取/寫入電路26輸出給位線B3。通過這種方式， 在存儲單元21中包含的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間施加電壓Vw = Vl-V2。通過適當(dāng)選擇電位Vw，設(shè)置在導(dǎo)電層之間的有機(jī)化合物層 29以物理或電的方式改變以執(zhí)行數(shù)據(jù)"l"的寫入。具體地說，在用于 讀取的操作電壓下，第一和第二導(dǎo)電層之間在數(shù)據(jù)"l，，的狀態(tài)下的電阻 優(yōu)選改變?yōu)槭沟迷撾娮枧c在數(shù)據(jù)"0"的狀態(tài)下的電阻相比小很多。例 如，VI和V2可以從(V1,V2"(0V， 5至15V)或者(3至5V， -12至-2V) 的范圍內(nèi)選擇。電壓Vw可以是5至15V，或-5至-15V。要注意， 在這種情況下，夾著有機(jī)化合物層的這一對電極之間的距離可以改變。
要注意，未選擇的字線和未選擇的位線被控制為使得數(shù)據(jù)"l"不 寫入與未選擇的字線和未選擇的位線連接的存儲單元中。例如，可以 使未選擇的字線和未選擇的位線浮置。需要具有這樣的特性，即能夠 保證構(gòu)成存儲單元的第一和第二導(dǎo)電層之間的選擇性，如二極管特性。
另一方面，在將數(shù)據(jù)"0，，寫入存儲單元21的情況下，所需要的只 是不對存儲單元21施加電學(xué)作用。在例如按照與寫入數(shù)據(jù)"l，，的情況 相同方式的電路操作中，通過解碼器23、 24和選擇器25選擇存儲單 元21。但是，使從讀取/寫入電路26向位線B3輸出的電位幾乎等于所選擇的字線W3的電位或未選擇的字線的電位，從而以不使存儲單 元21的電子特性變化的程度將電壓(例如-5至5V)施加在構(gòu)成存儲單 元21的第一和第二導(dǎo)電層之間。
下面描述通過光學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入的情況。在通過光學(xué)作用執(zhí) 行數(shù)據(jù)寫入的情況下，用來自透光導(dǎo)電層(在此是第二導(dǎo)電層28)的激 光照射有機(jī)化合物層29。在此，用激光選擇性地照射包含在期望部位 的有機(jī)存儲元件中的有機(jī)化合物層29，以破壞有機(jī)化合物層29。由于 被破壞的有機(jī)化合物層是絕緣的，因此當(dāng)包括被破壞的有機(jī)化合物層 的有機(jī)存儲元件與其它有機(jī)存儲元件相比時(shí)，被破壞的有機(jī)化合物層 的電阻更大。通過這種方式，用其間夾著有機(jī)化合物層29的導(dǎo)電層之 間的電阻由于激光照射而發(fā)生的變化來執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。例如，在使包 括未被激光照射的有機(jī)化合物層的有機(jī)存儲元件具有數(shù)據(jù)"O"的情況 下，在寫入數(shù)據(jù)"l，，時(shí)，用激光選擇性地照射并因此破壞包含在期望部 位的有機(jī)存儲元件中的有機(jī)化合物層，以增大電阻。
此外，在采用摻雜了通過吸收光來產(chǎn)生酸的化合物(光酸發(fā)生劑) 的共軛聚合物的情況下，在執(zhí)行激光照射時(shí)，只有包含被激光照射的 有機(jī)化合物層的有機(jī)存儲元件的電導(dǎo)率才會增加。另一方面，包括未 被激光照射的有機(jī)化合物層的有機(jī)存儲元件沒有導(dǎo)電性。因此，用激 光選擇性地照射包含在期望部位的有機(jī)存儲元件中的有機(jī)化合物層，
于執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入:';如，'在使包含未被激光照射的有機(jī)化合物層的有
機(jī)存儲元件具有數(shù)據(jù)"O"的情況下，在寫入數(shù)據(jù)"l"時(shí)，用激光選擇性 地照射包含在期望部位的有機(jī)存儲元件中的有機(jī)化合物層，以提高電 導(dǎo)率。
在激光照射的情況下，有機(jī)存儲元件的電阻變化取決于存儲單元 21的尺寸。但是，該變化通過用聚焦在直徑為幾idm到幾百]Lim的范圍 內(nèi)的激光進(jìn)行照射來實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)直徑為lpm的激光束1以10m/sec 的線性速度經(jīng)過時(shí)，包含在一個(gè)存儲單元21中的有機(jī)存儲元件受到激 光照射的時(shí)間是100nsec。為了在100nsec的短時(shí)間內(nèi)改變相位，激光功率和功率密度優(yōu)選分別是10mW和10kW/mm2。此外，優(yōu)選在選擇 性地執(zhí)行激光照射時(shí)使用脈沖振蕩激光照射系統(tǒng)。
下面參照圖12簡要描述激光照射系統(tǒng)的例子。激光照射系統(tǒng) 1001具有執(zhí)行各種控制的計(jì)算機(jī)1002(下面稱為PC 1002)、輸出激光 的激光振蕩器1003、該激光振蕩器的電源1004、用于衰減激光的光學(xué) 系統(tǒng)1005(ND濾波器)、用于調(diào)制激光強(qiáng)度的聲光調(diào)制器1006(AOM)、 包括用于改變光路的透鏡和反射鏡并用于減小激光的橫截面的光學(xué)系 統(tǒng)1007、包括X軸臺和Y軸臺的移動才幾構(gòu)1009、對從PC 1002輸出 的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換的D/A轉(zhuǎn)換器1010、根據(jù)從D/A轉(zhuǎn)換 器IOIO輸出的模擬電壓控制聲光調(diào)制器1006的驅(qū)動器1011、輸出用 于驅(qū)動移動機(jī)構(gòu)1009的驅(qū)動信號的驅(qū)動器1012、以及用于將激光聚 焦在要照射的物體上的自動聚焦機(jī)構(gòu)1013(圖12)。
作為激光振蕩器1003,可以使用能夠發(fā)射紫外線、可見光或紅外 光的激光振蕩器。作為激光振蕩器，可以采用使用KrF、 ArF、 XeCl、 Xe等的受激準(zhǔn)分子激光振蕩器；使用He、 He-Cd、 Ar、 He-Ne、 HF 等的氣體激光振蕩器；使用摻有Cr、 Nd、 Er、 Ho、 Ce、 Co、 Ti或 Tm的晶體(YAG、 GdV04、 YV04、 YLF、 YAL03等)的固體激光振蕩 器；使用GaN、 GaAs、 GaAlAs、 InGaAsP等的半導(dǎo)體激光振蕩器。 要注意，在固體激光振蕩器的情況下，優(yōu)選應(yīng)用基波和二次到五次諧 波之一。
下面描述采用激光照射系統(tǒng)的照射方法。當(dāng)把具有有機(jī)化合物層 29的襯底30裝載到移動機(jī)構(gòu)1009上時(shí)，PC 1002通過CCD相機(jī)等 檢測要被激光照射的有機(jī)化合物層29的位置。然后，基于所檢測的位 置數(shù)據(jù)，PC 1002產(chǎn)生用于移動該移動機(jī)構(gòu)1009的移動數(shù)據(jù)。
此后，當(dāng)PC 1002通過驅(qū)動器1011控制聲光調(diào)制器1006的輸出 光強(qiáng)度時(shí)，激光振蕩器1003輸出的激光被光學(xué)系統(tǒng)1005衰減，然后 由聲光調(diào)制器1006控制光強(qiáng)度以達(dá)到預(yù)定光強(qiáng)度。此外，由光學(xué)系統(tǒng) 1007改變從聲光調(diào)制器1006輸出的激光的光路和聚光點(diǎn)形狀，用透 鏡聚集該激光，然后選擇性地用該激光照射襯底30上的有機(jī)化合物層29。
此時(shí)，根據(jù)通過PC 1002產(chǎn)生的移動數(shù)據(jù)，在X方向和Y方向 上移動該移動機(jī)構(gòu)1009。于是，用激光照射預(yù)定位置，該激光的光能 密度轉(zhuǎn)換為熱能，由此可以用激光選擇性地照射設(shè)置在襯底30上的有 機(jī)化合物層29。要注意，盡管在此示出了通過移動該移動機(jī)構(gòu)1009 來執(zhí)行激光照射的情況，但是也可以通過調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)1007來使激光 在X方向上和Y方向上移動。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明通過激光照射執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入的方面使得可 以容易地制造大量半導(dǎo)體器件。因此可以提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件。
下面描述從有機(jī)存儲器讀取數(shù)據(jù)的操作(參照圖1B和圖9A和 9B)。數(shù)據(jù)讀取是利用構(gòu)成存儲單元的第一導(dǎo)電層之間的電子特性來執(zhí) 行的，該電子特性在具有數(shù)據(jù)"0"的存儲單元和具有數(shù)據(jù)"1"的存儲單 元之間有所不同。例如，將描述一種用于通過利用電阻的不同來讀取 的方法，其中在讀取電壓下構(gòu)成具有數(shù)據(jù)"O"的存儲單元的第一和第二 導(dǎo)電層之間的有效電阻(下面簡稱為"存儲單元的電阻")為RO，在讀取 電壓下具有數(shù)據(jù)"l，，的存儲單元的電阻為R1(R1 R0)。至于讀取/寫入 電路，可以考慮例如在圖9A中示出的采用電阻元件46和差分放大器 47的電路26作為讀取部分的結(jié)構(gòu)。電阻46的電阻值為 Rr(Rl<Rr<R0)?？梢杂镁w管48代替電阻元件46，并且可以用定時(shí) 反相器(clockedinverter)49代替差分放大器47(圖9B)。在執(zhí)行讀取時(shí) 為Hi而在沒有執(zhí)行讀取時(shí)為Lo的信號或反相信號輸入定時(shí)反相器 49。當(dāng)然電路配置不限于圖9A和9B。
在從存儲單元21讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過解碼器23、 24和選擇器 25選擇存儲單元21。具體地說，由解碼器24向與存儲單元21連接的 字線Wy施加預(yù)定電壓Vy。此外，由解碼器23和選擇器25將與存儲 單元21連接的位線Bx連接到讀取/寫入電路26的端子P。因此，端 子P的電位Vp是由電阻元件46(電阻值Rr)和存儲單元21(電阻值 R0或R1)對Vy和VO進(jìn)行電阻分壓確定的值。因此，當(dāng)存儲單元21 具有數(shù)據(jù)"0，，時(shí)，Vp0=Vy+(V0-Vy)*R0/(R0+Rr)。而且，當(dāng)存儲單元-Vy)*Rl/(Rl+Rr)。因此，在圖9A 中通過選擇Vref使其位于VpO和Vpl之間，或者在圖9B中通過選 擇定時(shí)反相器49的變化點(diǎn)使其位于VpO和Vpl之間，將按照數(shù)據(jù) "0，V"1"輸出Lo/Hi(或Hi/Lo)的輸出電位Vout，從而可以執(zhí)行讀取。
例如，假定差分放大器47在Vdd-3V下操作，而且Vy、 V0和 Vref分別是OV、 3V和1.5V。在R0/Rr=Rr/Rl=9的條件下，當(dāng)存儲 單元具有數(shù)據(jù)"0"時(shí)，根據(jù)VpO-2.7V輸出Hi作為Vout，或者當(dāng)存儲 單元具有數(shù)據(jù)"l"時(shí)，根據(jù)Vpl-0.3V輸出Lo作為Vout。通過這種方 式可以執(zhí)行從存儲單元讀取。
按照上述方法，利用電阻值的差異和電阻分壓以電壓的形式讀取 有機(jī)存儲元件的電阻狀態(tài)。當(dāng)然用于讀取的方法不限于該方法。例如， 可以利用電流值的差異而不是電阻的差異來執(zhí)行讀取。另外，當(dāng)存儲 單元的電子特性在數(shù)據(jù)"0"和數(shù)據(jù)"1，，的情況下具有閾值電壓方面的 不同二極管特性時(shí)，可以利用閾值電壓的差異來執(zhí)行讀取。
(實(shí)施方式2)
如上所述，半導(dǎo)體器件具有存儲器。下面參照附圖描述不同于上 述實(shí)施方式中的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件。
存儲器216具有其中存儲單元221以矩陣形式設(shè)置的存儲單元陣 列222、解碼器223和224、選擇器225、讀取/寫入電路226(圖10)。 要注意，在此所示的存儲器216的結(jié)構(gòu)只是個(gè)示例，還可以包括其它 電路如讀出放大器、輸出電路或緩沖器。
存儲單元221包括與位線Bx(l^^m)連接的第一導(dǎo)電層、與字線 Wy(lSy^i)連接的第二導(dǎo)電層、晶體管240以及存儲元件241(下面也 稱為"有機(jī)存儲元件241")。該存儲元件241具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中有 機(jī)化合物層夾在一對電極之間。晶體管240具有與字線Wy連接的柵 電極。晶體管240的源電極和漏電極之一與位線Bx連接，而另一個(gè) 則與存儲元件241的兩個(gè)端子之一連接。存儲元件241的另 一個(gè)端子 與公共電極(電位Vcom)連接。
下面描述具有上述結(jié)構(gòu)的存儲器216的橫截面結(jié)構(gòu)(參照圖11)。在此示出包含在選擇器225中的晶體管240、有機(jī)存儲元件241 和CMOS電路248的橫截面結(jié)構(gòu)。晶體管240和CMOS電路248設(shè) 置在襯底230上，有機(jī)存儲元件241形成為與晶體管240電連接。
有機(jī)存儲元件241形成為具有第一導(dǎo)電層243、有機(jī)化合物層244 和第二導(dǎo)電層245的疊層體，絕緣層249設(shè)置在相鄰有機(jī)存儲元件241 之間。絕緣層249形成為用于分離多個(gè)有機(jī)存儲元件241的分割部。 此外，晶體管240的源極或漏極區(qū)與包含在有機(jī)存儲元件241中的第 一導(dǎo)電層243相互電連接。
此外，第一導(dǎo)電層243和第二導(dǎo)電層245都是利用諸如鋁(Al)、 銅(Cu)、銀(Ag)或鈦(Ti)的導(dǎo)電金屬形成的。
在通過光學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入時(shí)，第一導(dǎo)電層243和第二導(dǎo)電層 245之一或兩者都利用諸如銦錫氧化物(ITO)的透光材料形成，或者形 成為具有可透射光的厚度。在通過電學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入時(shí)，對用于 第一導(dǎo)電層243和第二導(dǎo)電層245的材料沒有什么特殊限制。
按照實(shí)施方式1所描述的那樣來形成有機(jī)化合物層244，其中可 以使用包括上述任一種材料的單層或疊層結(jié)構(gòu)。
當(dāng)采用有機(jī)化合物材料作為有機(jī)化合物層244時(shí)，通過采用諸如 激光的光學(xué)作用或電學(xué)作用來執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。此外，在采用摻雜了光 酸發(fā)生劑的共軛聚合物時(shí)，通過光學(xué)作用來執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。數(shù)據(jù)讀取 不依賴于有機(jī)化合物層244的材料，而是在任何情況下都通過電學(xué)作 用來執(zhí)行。
下面描述將數(shù)據(jù)寫入存儲器216的操作(圖10A至10C和圖11)。 首先描述通過電學(xué)作用寫入數(shù)據(jù)的操作(參照圖1B)。要注意，該 寫入是通過改變存儲單元的電子特性來執(zhí)行的，其中存儲單元的初始 狀態(tài)(沒有施加電學(xué)作用的狀態(tài))是數(shù)據(jù)"O"，電子特性已改變的狀態(tài)是 數(shù)據(jù)"1"。
下面描述將數(shù)據(jù)寫入第n行和第m列的存儲單元221的情況。 在將數(shù)據(jù)"l，，寫入存儲單元221的情況下，首先通過解碼器223、 224 和選擇器225選擇存儲單元221。具體地說，由解碼器224向與存儲單元221連接的字線Wn施加預(yù)定電壓V22。此外，由解碼器223和 選擇器225將與存儲單元221連接的位線Bm連接到讀取/寫入電路 226。然后，將寫入電壓V21從讀取/寫入電路226輸出給位線Bm。
通過這種方式，構(gòu)成存儲單元221的晶體管240處于"導(dǎo)通，，狀態(tài)， 因此公共電極和位線Bm與存儲元件241電連接，從而使近似為Vw - Vcom _ V21的電壓施加到存儲元件241上。通過適當(dāng)選擇電位Vw， 設(shè)置在導(dǎo)電層之間的有機(jī)化合物層244被以物理或電的方式改變以執(zhí) 行數(shù)據(jù)"l，，的寫入。具體地說，在用于讀取的操作電壓下，第一和第二 導(dǎo)電層之間在數(shù)據(jù)"1"狀態(tài)下的電阻優(yōu)選改變?yōu)槭沟迷撾娮枧c在數(shù)據(jù) "O，，狀態(tài)下的電阻相比小很多，而且存儲元件241可以簡單地被短路。 要注意，電位V21、 V22以及Vcom可以從(V21， V22， Vcom)=(5至15V， 5至15V， 0)或者(-12至0V， -12lOV， 3至5V)的范圍內(nèi)選擇。電壓 Vw可以是5至15V，或-5至-15V。要注意，在這種情況下夾著有 機(jī)化合物層的這一對電極之間的距離可以改變。
要注意，未選擇的字線和未選擇的位線被控制為使得數(shù)據(jù)"l，，不 寫入與未選擇的字線和未選擇的位線連接的存儲單元中。具體地說， 當(dāng)使得在所連接的存儲單元中的晶體管進(jìn)入"斷開"狀態(tài)的電壓(例如 OV)施加到未選擇字線上時(shí)，可以使未選擇的位線浮置，或者可以向未 選擇的位線上施加幾乎等于Vcom的電位。
另一方面，在將數(shù)據(jù)"O"寫入存儲單元221的情況下，所需要的 只是不對存儲單元221施加電學(xué)作用。在例如按照與寫入數(shù)據(jù)"l，，的情 況相同方式的電路操作中，通過解碼器223、 224和選擇器25選擇存 儲單元221。但是，使從讀取/寫入電路26向位線Bm輸出的電位幾乎 等于Vcom，或者使位線Bm浮置。因此，很小的電壓(例如-5至5V) 或沒有電壓被施加在存儲元件241上，從而不會改變電特性并由此實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)"0"的寫入。
下面描述通過光學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入的情況。在這種情況下，用 來自透光導(dǎo)電層一側(cè)(在此是第二導(dǎo)電層245)的激光照射有機(jī)存儲元 件241中包括的有機(jī)化合物層244。當(dāng)采用有機(jī)化合物材料作為有機(jī)化合物層244時(shí)，有機(jī)化合物層 244被激光照射氧化或碳化而變得絕緣。由此，用激光照射后的有機(jī) 存儲元件241的電阻值增加，而沒有被激光照射的有機(jī)存儲元件241 的電阻值不變。此外，在采用摻雜了光酸發(fā)生劑的共軛聚合物時(shí)，通 過激光照射為有機(jī)化合物層244賦予導(dǎo)電性。也就是說，被激光照射 了的有機(jī)存儲元件241被賦予導(dǎo)電性，而未被激光照射的有機(jī)存儲元 件241未被賦予導(dǎo)電性。
下面描述通過電學(xué)作用讀取數(shù)據(jù)的操作。數(shù)據(jù)讀取是利用存儲元 件241的電子特性來執(zhí)行的，該電子特性在具有數(shù)據(jù)"O"的存儲單元和 具有數(shù)據(jù)"l"的存儲單元之間有所不同。例如，將描述一種用于利用電 阻的不同來讀取的方法，其中在讀取電壓下構(gòu)成具有數(shù)據(jù)"O，，的存儲單 元的存儲元件的電阻為R0，在讀取電壓下構(gòu)成具有數(shù)據(jù)"l"的存儲單 元的存儲元件的電阻為R1(R1 R0)。至于讀取/寫入電路，可以考慮 如圖10B所示的例如采用電阻元件246和差分》文大器247的電路226 作為讀取部分的結(jié)構(gòu)。電阻246電阻值為Rr(Rl<Rr<R0)?？梢杂镁?體管250代替電阻元件246，并且可以用定時(shí)反相器251代替差分放 大器247(圖IOC)。當(dāng)然該電路配置不限于圖10B和10C。
在從第n行、第m列的存儲單元221讀取數(shù)據(jù)時(shí)，首先通過解 碼器223、 224和選擇器225選擇存儲單元221。具體地說，由解碼器 224向與存儲單元221連接的字線Wn施加預(yù)定電壓V24，以使晶體 管240進(jìn)入"導(dǎo)通，，狀態(tài)。此外，由解碼器223和選擇器225將與存儲 單元221連接的位線Bx連接到讀取/寫入電路226的端子P。于是， 端子P的電位Vp是由電阻元件246(電阻值Rr)和存儲元件241(電阻 值R0或Rl)對Vcom和V0進(jìn)行電阻分壓而確定的值。因此，當(dāng)存 儲單元221具有數(shù)據(jù)"0，，時(shí)，VpO=Vcom+(VO-Vcom)*RO/(RO+Rr)。同 樣， 當(dāng)存儲單元221具有數(shù)據(jù)"1" 時(shí)， Vp^Vcom+(VO-Vcom"Rl/(Rl+Rr)。于是，在圖10B中通過選擇Vref 使其位于VpO和Vpl之間，或者在圖10C中通過選擇定時(shí)反相器251 的變化點(diǎn)使其位于VpO和Vpl之間，將按照數(shù)據(jù)"0，7"1"輸出Lo/Hi(或Hi/Lo)的輸出電位Vout，從而可以執(zhí)行讀取。
例如，假定差分放大器47在Vdd-3V下操作，而且Vcom、 V0 和Vref分別是0V、 3V和1.5V。在R0/Rr=Rr/Rl=9以及晶體管240 的"導(dǎo)通"電阻可忽略的條件下，當(dāng)存儲單元具有數(shù)據(jù)"0"時(shí)，根據(jù) VpO-2.7V輸出Hi作為Vout，或者當(dāng)存儲單元具有數(shù)據(jù)"l"時(shí)，根據(jù) Vpl-0.3V輸出Lo作為Vout。通過這種方式，可以執(zhí)行從存儲單元的 讀取。
按照上述方法，利用存儲元件241的電阻值的差異和電阻劃分以 電壓的形式讀取存儲元件241的電阻狀態(tài)。當(dāng)然，用于讀取的方法不 限于該方法。例如，可以利用電流值的差異而不是電阻的差異來執(zhí)行 讀取。另外，當(dāng)存儲單元的電子特性在數(shù)據(jù)為"0"和"1"的情況下具有 閾值電壓方面的不同二極管特性時(shí)，可以利用閾值電壓的差異來執(zhí)行 讀取。
要注意，本實(shí)施方式可以自由地與上述實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施。 (實(shí)施方式3)
將數(shù)據(jù)寫入包含在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20中的有機(jī)存儲器中是 通過光學(xué)作用或電學(xué)作用來執(zhí)行的。當(dāng)通過光學(xué)作用來執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入 時(shí)，在柔性襯底31上形成多個(gè)半導(dǎo)體器件20，然后由激光照射裝置 32用激光照射，從而可以容易地連續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。此外，在使用該 制造過程時(shí)，半導(dǎo)體器件20可以容易地批量生產(chǎn)(圖3A)。因此，可 以提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件20。
此外，包含在有機(jī)存儲元件中的有機(jī)化合物層可以有意地通過加 熱到熔點(diǎn)或更高來融化或破壞。也就是說，也可以通過熱處理來執(zhí)行 數(shù)據(jù)寫入，只要釆用不同的加熱溫度。因此，還可以使用采用不同加 熱溫度的制造過程。例如，形成具有多個(gè)半導(dǎo)體器件的柔性村底31 以做成巻筒51(圖3B)。然后，按照由加熱裝置52在熱處理中使用不 同溫度的方式來執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。加熱裝置52由控制裝置53控制。
要注意，本實(shí)施方式可以自由地與上述實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施。
(實(shí)施方式4)作為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用例子，因?yàn)樘峁┝擞袡C(jī)存儲 元件，所以具有可以無接觸地寫入和讀取數(shù)據(jù)的特征。數(shù)據(jù)傳輸方法 寬泛地分為三類，即通過與在相對位置設(shè)置的一對線圏的相互感應(yīng)而 進(jìn)行通信的電》茲耦合方法、通過感應(yīng)電/f茲場進(jìn)行通信的電磁感應(yīng)方法、 以及利用電波進(jìn)行通信的電波方法，可以使用上述任一種方法。用于
發(fā)送數(shù)據(jù)的天線18可以按照兩種方式提供。 一種方式是在其上形成了 包括有機(jī)存儲元件等等在內(nèi)的多個(gè)元件的襯底36上設(shè)置天線18(圖4A 和4C)，另一種方式使得天線18與其上形成了包括有機(jī)存儲元件等等 在內(nèi)的多個(gè)元件的襯底36上設(shè)置的端子部分37連接(圖4B和4D)。 在此，將設(shè)置在襯底36上的多個(gè)元件稱為"元件組35"。
在前一種結(jié)構(gòu)的情況下(圖4A和4C)，在襯底36上設(shè)置元件組 35和用作天線18的導(dǎo)電層。在所示結(jié)構(gòu)中，用作天線18的導(dǎo)電層與 第二導(dǎo)電層28設(shè)置在相同的層上。但是本發(fā)明不限于上述結(jié)構(gòu)，天線 18還可以與第一導(dǎo)電層27設(shè)置在相同的層上。可替換地，可以提供 絕緣膜以覆蓋元件組35，天線18可以設(shè)置在該絕緣膜之上。
在后一種結(jié)構(gòu)中(圖4B和4D)，在襯底36上設(shè)置元件組35和端 子部分37。在所示結(jié)構(gòu)中，用與第二導(dǎo)電層28設(shè)置在相同層上的導(dǎo) 電層作為端子部分37。然后，粘接其上設(shè)置了天線18的襯底38,以 與端子部分37連接。在襯底36和襯底38之間i殳置導(dǎo)電顆粒39和樹 脂40。注意，用作天線18的導(dǎo)電層與設(shè)置在元件組35中并構(gòu)成波整 形電路或整流電路的晶體管連接。當(dāng)數(shù)據(jù)在波整形電路或整流電路中 經(jīng)過調(diào)整之后，從外部無接觸地發(fā)送的數(shù)據(jù)被發(fā)送到有機(jī)存儲元件， 并通過寫入電路或讀取電路執(zhí)行數(shù)據(jù)的寫入或讀取。
元件組35可以通過在大面積襯底上形成多個(gè)元件組然后分割開 而廉價(jià)地提供。用于該情況的村底可以是玻璃襯底、柔性襯底等等。
包含在元件組35中的多個(gè)晶體管和有機(jī)存儲元件等可以設(shè)置在 多個(gè)層上，也就是說可以用多個(gè)層來形成。當(dāng)元件組35形成在多個(gè)層 上時(shí)，使用層間絕緣膜。對于層間絕緣膜，優(yōu)選使用諸如環(huán)氧樹脂和 丙稀酸樹脂的樹脂材料、諸如透光聚酰亞胺樹脂的樹脂材料、包括硅氧烷材料如硅氧烷樹脂的化合物材料、包含可溶于水的均聚物和可溶
于水的共聚物的材料、以及無機(jī)材料。硅氧烷材料對應(yīng)于包括Si-O-Si
鍵的材料。硅氧烷具有通過硅(si)和氧(o)之間的鍵接形成的框架結(jié)構(gòu)， 其中包括至少用氫作為取代基的有機(jī)族(例如烷基族和芳香族碳?xì)寤?合物)。但是，可以使用氟族作為取代基，或者可以使用至少包括氫和 氟族的有機(jī)族作為取代基。
對于層間絕緣膜，優(yōu)選使用具有低介電常數(shù)的材料以減小在層間 產(chǎn)生的寄生電容。當(dāng)減小寄生電容時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高速操作以及低功耗。
包含在元件組35中的多個(gè)晶體管可使用非晶半導(dǎo)體、微晶半導(dǎo) 體、多晶半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等等中的任一種來作有源層。但是，優(yōu) 選使用通過用金屬元素作為催化劑晶化的有源層或通過激光照射晶化 的有源層，以獲得具有令人滿意的特性的晶體管。此外，優(yōu)選使用通 過使用SiH4/F2氣體或SilVH2氣體(Ar氣體)的等離子CVD形成的半 導(dǎo)體層或者通過用激光照射半導(dǎo)體層獲得的半導(dǎo)體層作為有源層。
包含在元件組35中的多個(gè)晶體管可以使用在200至600。C(優(yōu)選 350至500。C)的溫度下晶化的晶體半導(dǎo)體層(低溫多晶硅層)、或者在 600°C的溫度或更高溫度下晶化的晶體半導(dǎo)體層(高溫多晶硅層)。當(dāng)在 襯底上形成高溫多晶硅層時(shí)，則優(yōu)選使用石英村底，這是因?yàn)椴Ａбr 底不耐熱。
優(yōu)選用氫或卣族元素以"1019至lxl0"個(gè)原子/cm3的濃度，優(yōu) 選lxlO"至5xl0"個(gè)原子/cii^的濃度對包含在元件組35中的晶體管 的有源層(尤其是溝道區(qū))摻雜。然后，可以獲得幾乎沒有缺陷的并且 很難產(chǎn)生裂紋的有源層。
此外，優(yōu)選設(shè)置用于阻擋諸如堿金屬的污染物的阻擋膜以包裹包 含在元件組35中的晶體管或元件組35本身。然后，可以提供沒有受 到污染而且提高了可靠性的元件組35。要注意，可以用氮化硅膜、硅 的氮化物氧化物膜、氮氧化硅膜等等作為阻擋膜。
此外，包含在元件組35中的晶體管的有源層的厚度優(yōu)選是20至 200nm，優(yōu)選為40至170nm，更為優(yōu)選的是45至55nm和145至155nm，還要更優(yōu)選的是50nm和150nm。由此，可以提供即使在彎 曲的情況下也難以產(chǎn)生裂紋的元件組35。
此外，優(yōu)選用于形成包含在元件組35中的晶體管的有源層的晶 體形成為包括平行于栽流子流動方向(溝道長度方向)延伸的晶界。該 有源層優(yōu)選利用連續(xù)振蕩激光或者以lOMHz或更高、優(yōu)選60至 lOOMHz的頻率操作的脈沖激光來形成。
此外，優(yōu)選包含在元件組35中的晶體管具有0.35V/dec或更低(優(yōu) 選0.09至0.25V/dec)的S值(子閾值)以及10cm2/Vs或更大的遷移率。 這些特性可以在利用連續(xù)振蕩激光或者以10MHz或更高頻率操作的 脈沖激光來形成有源層時(shí)實(shí)現(xiàn)。
此外，通過環(huán)形振蕩器測量，元件組35具有l(wèi)MHz或更高、優(yōu) 選lOMHz或更高(在3至5V下)的特性，或者每個(gè)柵極的頻率特性是 100kHz或更高，優(yōu)選lMHz或更高(在3至5V下)。
天線18優(yōu)選利用包含金、銀、銅等納米顆粒(nanoparticle)的導(dǎo) 電糊劑通過微滴釋放方法來形成。該微滴釋放方法是通過對釋放微滴 來形成圖案的方法的通稱，如噴墨方法和分配(dispenser)方法，并具 有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以更為有效地使用材料。
上述結(jié)構(gòu)使得可以制造具有非常小的面積(lcmxlcm)的RFID。
在本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體器件中，可以在元件組35上安裝利 用IC芯片形成的集成電路。通過安裝利用IC芯片形成的集成電路， 存儲元件的寫入電壓可以控制為14V或更大。此外，由于存儲元件的 寫入電路、讀取電路等的面積可以減小，因此安裝了所有這些電路的 RFID的尺寸(面積)可以小于1厘米見方(lcmxlcm)。
盡管設(shè)置了元件組35的襯底42可以照原樣使用，但是可以將襯 底42上的元件組35剝落(圖5A)并粘附到柔性襯底43(圖5B)上以產(chǎn)生 附加價(jià)值。
可以通過以下方法將元件組35從村底42上剝落(l)在高度耐熱 的村底42和元件組35之間設(shè)置金屬氧化物膜，并通過晶化削弱金屬 氧化物膜的方法；(2)在高度耐熱的襯底42和元件組35之間設(shè)置包含氫的非晶硅膜，并通過激光照射或蝕刻去掉該非晶硅膜的方法；或者 (3)機(jī)械地或者通過用溶液或氣體如C1F3蝕刻來去掉其上形成了元件 組35的高度耐熱的村底42的方法。
除了上述方法之外，通過設(shè)置用作襯底42和元件組35之間的剝 離層的金屬層(例如鴒(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)或鈷(Co))、金屬 氧化物膜(例如氧化鴒(WOx)、氧化鉬(MoOx)、氧化鈥(TiOx)、氧化鉭 (TaOx)或氧化鈷(CoOx))或由金屬膜和金屬氧化物膜(例如，W和 WOx、 Mo和MoOx、 Ti和TiOx、或Co和CoOx)構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)， 可以通過物理力將襯底42和元件組35彼此分離開。例如在圖11的情 況下，諸如晶體管240、 CMOS電路248和有機(jī)存儲元件241的元件 組設(shè)置在襯底230上，其中在該元件組和村底230之間設(shè)置有該剝離 層，然后將該元件組從襯底230上剝落。要注意，通過在剝離之前用 激光選擇性地照射除晶體管240、CMOS電路248和有機(jī)存儲元件241 之外的部位來暴露剝離層，使該物理剝離更容易。此外，還可以在選 擇性地形成開口以暴露剝離層然后用諸如鹵素氟化物(例如C1F3)的蝕 刻劑去掉一部分剝離層之后，將元件組從村底上物理地剝離。
此外，可以用商業(yè)粘合劑如環(huán)氧樹脂粘合劑以及使用樹脂添加劑 的粘合劑將被剝離的元件組35粘接到柔性襯底43上。
如上所述，通過將元件組35粘接到襯底43上，可以提供薄、輕 而且即使在掉落的情況下也不易破裂的半導(dǎo)體器件。而且，由于柔性 襯底43具有柔韌性，所以該半導(dǎo)體器件可以粘接到彎曲的或奇特形狀 的表面上，從而實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。例如，作為本發(fā)明半導(dǎo)體器件20的一 種方式的無線標(biāo)簽可以緊密地粘接到諸如藥瓶的彎曲表面上(圖5C和 5D)。此外，如果可以再次利用襯底42,則可以提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器 件。
要注意，本實(shí)施方式可以自由地與上述實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施。 (實(shí)施方式5)
在本實(shí)施方式中，描述通過剝離過程形成柔性半導(dǎo)體器件的情況 (圖6A)。半導(dǎo)體器件包括柔性保護(hù)層2301、包括天線2304的柔性保護(hù)層2303以及通過剝離過程形成的元件組2302。形成在保護(hù)層2303 上的天線"(M與元件組2302電連接。在所示結(jié)構(gòu)中，天線2304只形 成在保護(hù)層2303上。但是，本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)，天線2304還可以 形成在保護(hù)層2301上。要注意，優(yōu)選在元件組2302和保護(hù)層2301、 2303之間形成由氮化硅膜構(gòu)成的阻擋膜。由此，可以提供元件組2302 沒有被污染的、提高了可靠性的半導(dǎo)體器件。
優(yōu)選利用銀、銅或鍍銀或鍍銅的金屬來形成天線2304。通過用各 向異性導(dǎo)電膜執(zhí)行UV處理或超聲波處理將元件組2302和天線2304 連接。但是本發(fā)明不限于該方法，還可以采用不同的方法。
或更小的厚度，優(yōu)選為0.1至3lim(圖6B)。當(dāng)堆疊的保護(hù)層2301和 2303的厚度是d時(shí)，保護(hù)層2301和2303中每一個(gè)的厚度優(yōu)選為 (d/2)±30|xm，更為優(yōu)選的是(d/2)土10^m。此外，優(yōu)選保護(hù)層2301和 2303中每一個(gè)的厚度為10至200|_tm。另外，元件組2302的面積是5 毫米見方(25mm2)或更小，優(yōu)選0.3至4毫米見方(0.09至16mm2)。
保護(hù)層2301和2303分別利用有機(jī)樹脂材料形成，由此高度地耐 彎曲。本身通過剝離過程形成的元件組2302與單晶半導(dǎo)體相比也高度 地耐彎曲。此外，由于元件組2302和保護(hù)層2301、 2303可以緊密地 粘接到一起而沒有空隙，因此所完成的半導(dǎo)體器件本身也高度地耐彎 曲。凈皮這些保護(hù)層2301和2303圍繞的元件組2302可以設(shè)置在另一個(gè) 物體的表面或內(nèi)部，或者植入紙張內(nèi)。
下面描述將通過剝離過程形成的元件組粘接到彎曲襯底上的情 況(圖6C)。在該圖中，示出了從通過剝離過程形成的元件組中選擇的 一個(gè)晶體管。該晶體管在電流方向上線性地形成。也就是說，漏電極 2305、 4冊電才及2307和源電極2306線性定位。然后，將電流方向和襯 底劃弧的方向設(shè)置為相互垂直。利用該設(shè)置，即使彎曲襯底以劃出弧 線，應(yīng)力的影響也很小，而且也可以抑制包含在元件組中的晶體管的 特性變化。
為了防止諸如晶體管的有源元件由于應(yīng)力而破裂，優(yōu)選有源元件的有源區(qū)(硅島部分)的面積占整個(gè)襯底面積的1%至50%(優(yōu)選1%至 30%)。在沒有有源元件如TFT的區(qū)域中，主要提供基極絕緣膜材料、 層間絕緣膜材料和布線材料。優(yōu)選除晶體管有源區(qū)域等之外的面積是 整個(gè)村底面積的60%或更多。因此，可以提供高度集成同時(shí)又可以容 易地彎曲的半導(dǎo)體器件。
要注意，本實(shí)施方式可以自由地與上述實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施。
(實(shí)施方式6)
此外，當(dāng)有機(jī)存儲器集成在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中時(shí)，優(yōu)選提供 下述特征。
為了以無接觸地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件如無線標(biāo)簽中的 邏輯電路的操作頻率(典型地為10kHz至lMHz)操作，優(yōu)選讀取時(shí)間 是lnsec至100usec。在本發(fā)明中，可以達(dá)到100usec或更少的讀取時(shí) 間，因?yàn)樵谧x取操作中不需要改變有機(jī)化合物的特性。
當(dāng)然，寫入時(shí)間優(yōu)選很短。但是，不太可能經(jīng)常執(zhí)行寫入操作， 因此寫入時(shí)間的允許范圍才艮據(jù)應(yīng)用是100nsec/位至10msec/位。例如， 在寫入256位的情況下，在10msec/位的速度下需要2.56秒的時(shí)間長 度。在本發(fā)明中，盡管在寫入操作中需要改變有機(jī)化合物的特性而且 寫入操作需要比讀取操作更多的時(shí)間，但是也可以達(dá)到10msec/位或 更少的讀取時(shí)間?？梢酝ㄟ^增加寫入電壓或并行執(zhí)行寫入來減少寫入 時(shí)間。
優(yōu)選存儲器的存儲容量大約是64位至64M位(兆位)。當(dāng)使用諸 如無線芯片的半導(dǎo)體器件時(shí)，在只將UID(唯一標(biāo)識符)和其它少量信 息存儲在半導(dǎo)體器件中并使用其它文件服務(wù)器用于主數(shù)據(jù)的情況下， 該存儲器只需要具有大約64位至8k位(千位)的存儲容量。在將諸如 歷史信息的數(shù)據(jù)存儲到半導(dǎo)體器件中時(shí)，優(yōu)選該存儲器的存儲容量更 大，大約是8k位至64M位。
此外，諸如無線芯片的半導(dǎo)體器件的通信距離與半導(dǎo)體器件的功 耗密切相關(guān)。通常，功耗越小，可以獲得的通信距離越大。具體地說， 在讀取操作中，優(yōu)選功耗是lmW或更小。在寫入操作中，通信距離根據(jù)應(yīng)用可以很短，而可以允許功耗大于在讀取操作中的功耗，例如
優(yōu)選為5mW或更低。在本發(fā)明中，有機(jī)存儲器在讀取操作中的功耗 可以達(dá)到10pW至lmW，盡管功耗當(dāng)然取決于存儲容量和操作頻率。 在寫入操作中，因?yàn)樾枰仍谧x取操作中更高的電壓，所以功耗增大。 盡管寫入操作中的功耗也取決于存儲容量和操作頻率，功耗仍然可以 達(dá)到50pW至5mW。
優(yōu)選用于存儲單元的面積很小，可以達(dá)到100nm見方至30jum見 方的面積。在存儲單元沒有晶體管的無源類型中，用于存儲單元的面 積由導(dǎo)線的寬度來確定，因此可以實(shí)現(xiàn)能與最小加工尺寸相媲美的小 尺寸存儲單元。此外，在存儲單元具有一個(gè)晶體管的有源類型中，盡 管增加了面積以設(shè)置該晶體管，但是與包括電容元件的DRAM和使 用多個(gè)晶體管的SRAM相比，可以實(shí)現(xiàn)更小的用于存儲單元的面積。 實(shí)現(xiàn)30fim見方或更小的用于存儲單元的面積使得在lk位存儲器的情 況下用于存儲單元的面積可以為1毫米見方或更小。此外，實(shí)現(xiàn)大約 100nm見方的用于存儲單元的面積使得在64M位存儲器的情況下用 于存儲單元的面積可以為1亳米見方或更小。因此，可以減小半導(dǎo)體 器件的面積。
要注意，有機(jī)存儲器的這些特征取決于存儲元件的特性。至于存 儲元件的特性，優(yōu)選以電學(xué)方式寫入的情況所需要的電壓低到在讀取 時(shí)不執(zhí)行寫入的程度，該電壓優(yōu)選是5至15V，更為優(yōu)選的是5至IOV。 此外，優(yōu)選使寫入時(shí)在存儲元件中流動的電流值大約為lnA至30pA。 該給定值使得可以降低功耗并且使升壓電路(boost circuit)更小，以減 小半導(dǎo)體器件的面積。響應(yīng)于有機(jī)存儲器的寫入時(shí)間，優(yōu)選將電壓施 加在存儲元件上以改變該存儲元件的特性所需要的時(shí)間是100nsec至 10msec。優(yōu)選存儲元件的面積是100nm見方至10|im見方。該給定值 使得可以實(shí)現(xiàn)小尺寸存儲單元，并因此減小半導(dǎo)體器件的面積。
要注意，本實(shí)施方式可以自由地與上述實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施。
(實(shí)施方式7)
根椐本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用范圍是很寬的。例如，可以提供作為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20的一種方式的無線標(biāo)簽，并用于鈔 票、硬幣、證券、證件、無記名債券、包裝容器、書籍、存儲介質(zhì)、 私人物品、交通工具、食品、衣物、健康產(chǎn)品、日常用品、藥物、電 子設(shè)備等等。
鈔票和硬幣是在市場上流通的錢，包括可以按照與特殊區(qū)域中的 錢(現(xiàn)金憑證)相同的方式使用的錢、紀(jì)念幣等等。證券表示支票、單 據(jù)、期票等(圖7A)。證件表示許可證、居民卡等(圖7B)。無記名債券 表示郵票、糧票、各種禮券等(圖7C)。包裝容器表示用于包裝午餐等 的包裝盒、塑料瓶等(圖7D)。書籍表示雜志、字典等(圖7E)。存儲介 質(zhì)表示DVD軟件、錄像帶等(圖7F)。交通工具表示諸如自行車的有 輪交通工具、輪船等(圖7G)。私人物品表示包、眼鏡等(圖7H)。食品 表示食物、飲料等。衣物表示衣服、鞋子等。健康產(chǎn)品表示醫(yī)療器械、 健康用具等。日常物品表示家具、照明裝置等。藥物表示藥品、化學(xué) 農(nóng)藥等。電子設(shè)備表示液晶顯示器、EL顯示器、電視機(jī)(電視接收器 和薄的電視接收器)、蜂窩電話等。
通過為鈔票、硬幣、證券、證件、無記名債券提供無線標(biāo)簽可以 防止偽造。此外，通過為包裝容器、書籍、存儲介質(zhì)、私人物品、衣 物、日常用品、電子設(shè)備等等提供無線標(biāo)簽，可以幫助檢查系統(tǒng)和出 租店的系統(tǒng)。通過為交通工具、健康產(chǎn)品、藥物等提供無線標(biāo)簽，可 以防止偽造和偷盜，在藥物的情況下可以防止用錯(cuò)藥品。該無線標(biāo)簽 可以通過粘接到物品的表面或植入物體內(nèi)來提供。例如，在書籍的情 況下，無線標(biāo)簽可以植入紙張內(nèi)，在由有機(jī)樹脂構(gòu)成的包裝的情況下， 可以植入有機(jī)樹脂內(nèi)。
如上所述，通過采用無線標(biāo)簽來管理物品和分發(fā)系統(tǒng)可以獲得功 能強(qiáng)大的系統(tǒng)。例如存在這樣一種情況在包括顯示部分94的便攜式 終端上設(shè)置讀取器/寫入器95,而作為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一種 方式的無線標(biāo)簽96設(shè)置在產(chǎn)品97的側(cè)面上(圖8A)。在這種情況下， 當(dāng)把無線標(biāo)簽96放在讀取器/寫入器95之上時(shí)，諸如主要材料、原產(chǎn) 國和分發(fā)歷史的產(chǎn)品97的數(shù)據(jù)顯示在顯示部分94上。此外，在其它示例中，有在傳送帶旁邊設(shè)置讀取器/寫入器95的情況(圖8B)。在這 種情況下，可以容易地檢查產(chǎn)品97。
要注意，本實(shí)施方式可以自由地與上述實(shí)施方式結(jié)合實(shí)施。
(實(shí)施例1)
在本實(shí)施例中，描述通過電學(xué)作用將數(shù)據(jù)寫入制造在襯底上的有 機(jī)存儲元件的結(jié)果。
該有機(jī)存儲元件是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化 合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊在襯底上的元件。第一導(dǎo)電層、第一有 機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層是分別利用氧化硅和銦 錫氧化物、4，4，-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯胺基]-聯(lián)苯(可以縮寫為TPD)、 4，4，-二 [N-(l-萘基)-N-苯胺基I-聯(lián)苯(可以縮寫為ot-NPD)以及鋁形成 的。第一有機(jī)化合物層和第二有機(jī)化合物層形成為分別具有10nm和 50nm的膜厚度。該元件的尺寸是2mmx2mm。
首先，參照圖13描述在通過電學(xué)作用寫入數(shù)據(jù)之前和之后測量 有機(jī)化合物元件的電流-電壓特性的結(jié)果。
在圖13中，水平軸表示電壓值，豎直軸表示電流值，點(diǎn)圖261 展示出在通過電學(xué)作用寫入數(shù)據(jù)之前有機(jī)存儲元件的電流-電壓特 性，點(diǎn)圖262展示出在通過電學(xué)作用寫入數(shù)據(jù)之后有機(jī)存儲元件的電 流- 電壓特性。該電學(xué)作用是通過將電壓從0V開始逐漸增加來執(zhí)行 的。如點(diǎn)圖261所示，電流值隨著電壓增加而逐漸增加，并確定電流 值在大約20V時(shí)急劇增加。也就是說，該急劇增加表明可以在20V下 執(zhí)行對該元件的寫入。因此對于在20V或更小范圍內(nèi)的曲線即點(diǎn)圖 261，表示還沒有執(zhí)行寫入的存儲單元的電流-電壓特性，點(diǎn)圖262 展示了已對其執(zhí)行了寫入的存儲單元的電流-電壓特性。
此外，圖13示出在寫入數(shù)據(jù)之前和之后有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的實(shí)質(zhì)性變化。例如，在施加的電壓為IV時(shí)，寫入數(shù)據(jù)之 前的電流值是4.8xlO-5mA,而寫入數(shù)據(jù)之后的電流值是l.lxl02mA。 因此，寫入數(shù)據(jù)引起電流值7位數(shù)的變化。
如上所述，有機(jī)存儲元件的電阻值在寫入數(shù)據(jù)之后改變，當(dāng)以電壓或電流讀出該有機(jī)存儲元件的電阻值變化時(shí)，該有機(jī)存儲元件可以 用作存儲電路。
此外，在使用上述有機(jī)存儲元件作為存儲電路的情況下，每當(dāng)執(zhí) 行數(shù)據(jù)讀取操作時(shí)都向有機(jī)存儲元件施加預(yù)定電壓值(足以避免短路 的電壓值)，并讀取該電阻值。因此，有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性 需要是不變化的特性，即使重復(fù)執(zhí)行讀取操作，也就是說，即使重復(fù) 施加預(yù)定電壓值。
下面參照圖14描述讀取數(shù)據(jù)之后測量有機(jī)存儲元件的電流-電 壓特性的結(jié)果。
在該實(shí)驗(yàn)中，每當(dāng)執(zhí)行一次數(shù)據(jù)讀取操作時(shí)就測量有機(jī)存儲元件 的電流-電壓特性。由于總共執(zhí)行5次數(shù)據(jù)讀取操作，有機(jī)存儲元件 的電流-電壓特性也總共測量5次。電流-電壓特性的這一測量是對 兩個(gè)有機(jī)存儲元件執(zhí)行的，即通過電學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入而改變了電
在圖14中，水平軸表示電壓值，、豎直軸表示電流值，點(diǎn)圖271
電流-電壓特性，點(diǎn)圖272展示出具有未改變的電阻值的有機(jī)存儲元 件的電流-電壓特性。
從點(diǎn)圖271看出，在寫入之前有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性在 1V或更大的電壓值下展示出特別令人滿意的可重復(fù)性。類似地，從點(diǎn) 圖272看出，通過電學(xué)作用執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入而改變了電阻值的有機(jī)存儲 元件的電流-電壓特性在IV或更大的電壓值下展示出特別令人滿意 的可重復(fù)性。
從上述結(jié)果中看出，即使重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作不止一次，電流 -電壓特性也不會改變。因此，上述有機(jī)存儲元件可以用作存儲電路。 (實(shí)施例2)
在本實(shí)施例中，參照圖16A和16B描述按照上述實(shí)施方式的半 導(dǎo)體器件。圖16A是用光學(xué)顯微鏡觀察的半導(dǎo)體器件6001的照片， 圖16B是圖16A的圖案。如圖16B所示，觀察到半導(dǎo)體器件6001中的其中存儲單元以矩 陣排列的存儲單元陣列6002 、列解碼器部分6003 、行解碼器部分6004 、 選擇器6007和6008以及讀取/寫入電路6005。此外，圖16B所示的 虛線6009表示有機(jī)存儲元件的第二導(dǎo)電層。
圖17示出圖16A和16B所示的半導(dǎo)體器件的寫入特性，其中存 儲單元在水平平面中的尺寸是5jimx5fxm,寫入時(shí)間是100ms。要注意， 在此，以將電壓施加給有機(jī)存儲元件以使該有機(jī)存儲元件短路的方式 來執(zhí)行寫入。至于有機(jī)存儲元件的結(jié)構(gòu)，分別利用鈦、a-NPD和鋁形 成第一電極、有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層。數(shù)據(jù)寫入是通過向該有機(jī) 化合物層施加100ms的脈沖電壓來執(zhí)行的。要注意，在此，有機(jī)存儲 元件包括薄膜晶體管和存儲元件。
在圖17中，水平軸表示脈沖電壓，豎直軸表示在該脈沖電壓或 更低電壓下成功寫入的比例(成功率)。當(dāng)寫入電壓是5V時(shí)開始寫入， 并且可以對64個(gè)存儲單元中的6個(gè)(9.38。/。)進(jìn)行寫入。盡管在此使用 了64個(gè)存儲單元，存儲單元的個(gè)數(shù)不限于64個(gè)。例如，可以只有一 個(gè)存儲單元用作存儲器。此外，當(dāng)寫入電壓為6V時(shí)，可以對64個(gè)存 儲單元中的33個(gè)(52。/。)進(jìn)行寫入；當(dāng)寫入電壓為9V時(shí)，可以對64個(gè) 存儲單元中的45個(gè)(70%)進(jìn)4亍寫入；當(dāng)寫入電壓為11V時(shí)，可以對 64個(gè)存儲單元中的60個(gè)(93。/。)進(jìn)行寫入；當(dāng)寫入電壓為14V時(shí)，可 以對64個(gè)存儲單元(100。/。)進(jìn)行寫入。
要注意，當(dāng)在這種情況下的寫入時(shí)間為10至100ms時(shí)也可以進(jìn) 行寫入。此外，根據(jù)存儲單元的結(jié)構(gòu)，10ms或更低的短時(shí)間也可以寫 入。
從上述結(jié)果中看出，在本實(shí)施例中示出的存儲單元的寫入可以在 5至14V的寫入電壓下進(jìn)行。 (實(shí)施例3)
在本實(shí)施例中，將參照圖18A和18B描述在襯底上制造的有機(jī) 存儲元件中以電學(xué)方式執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入時(shí)獲得的電流-電壓特性。要注 意，在此，以將電壓施加給有機(jī)存儲元件以使該有機(jī)存儲元件短路的方式執(zhí)行寫入。此外，在圖18A和18B的每一個(gè)中，水平軸都表示施 加給有機(jī)存儲元件的電壓，豎直軸都表示在有機(jī)存儲元件中流動的電 流值。
在此，按照通過濺射在玻璃襯底上形成第一導(dǎo)電層、通過蒸鍍在 第一導(dǎo)電層上形成有機(jī)化合物層、并通過蒸鍍在有機(jī)化合物層上形成 第二導(dǎo)電層的方式來形成有機(jī)存儲元件。在此形成的有機(jī)存儲元件在 水平面中的尺寸是20|nmx20inm。
圖18A示出了有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性，其中第一導(dǎo)電 層、有機(jī)化合物層、第二導(dǎo)電層分別利用鈦、a-NPD和鋁形成。要注 意，第一導(dǎo)電層、有機(jī)化合物層、第二導(dǎo)電層的厚度分別是100nm、 10證和200證。
圖18B示出了有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性，其中第一導(dǎo)電 層、有機(jī)化合物層、第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、 a-NPD 和鋁形成。要注意，第一導(dǎo)電層、有機(jī)化合物層、第二導(dǎo)電層的厚度 分另'J是110薩、10腿和200腿。
在圖18A中，點(diǎn)圖6011示出寫入數(shù)據(jù)之前有機(jī)存儲元件的電流 -電壓特性，點(diǎn)圖6012示出緊接數(shù)據(jù)寫入之后有機(jī)存儲元件的電流一 電壓特性，點(diǎn)圖6013示出對以電學(xué)方式寫入了數(shù)據(jù)的有機(jī)存儲元件施 加電壓的情況下的電流-電壓特性。在這種情況下的寫入電壓是 8.29V,在該寫入電壓下寫入電流是0.16mA。
在圖18B中，點(diǎn)圖6015示出在以電學(xué)方式寫入數(shù)據(jù)之前有機(jī)存 儲元件的電流-電壓特性，點(diǎn)圖6012示出緊接數(shù)據(jù)寫入之后有機(jī)存儲 元件的電流-電壓特性，點(diǎn)圖6013示出對以電學(xué)方式寫入了數(shù)據(jù)的有 機(jī)存儲元件施加電壓的情況下的電流-電壓特性。在這種情況下的寫 入電壓是4.6V,在該寫入電壓下寫入電流是0.24mA。如上所述，可 以在低電壓下對本發(fā)明公開的有機(jī)存儲元件進(jìn)行寫入，寫入時(shí)的電流 值也很小。因此，可以降低用于向有機(jī)存儲元件寫入的功耗。
在比較圖18A和圖18B時(shí)，如圖18A所示，在小于特定電壓(在 此例中小于8.29V)時(shí)在由鈦層形成第 一導(dǎo)電層的有機(jī)存儲元件中幾乎沒有電流流過。但是在超過8.29V時(shí)，有機(jī)存儲元件的電流值急劇改變從而執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入，由此確定寫入和讀取都很容易執(zhí)行。
相反地，在用包含氧化硅的ITO形成第一導(dǎo)電層的有機(jī)存儲元件中，電流在4.5V左右逐漸開始流動。也就是說，甚至在寫入之前就有電流流動。此外，寫入之后的I-V曲線是非線性的，而且電阻值大于用鈦形成第一導(dǎo)電層的有機(jī)存儲元件在寫入之后的電阻值。也就是說，用包含氧化硅的ITO形成第一導(dǎo)電層的有機(jī)存儲元件在寫入之前和之后電阻值的差異小，由此可以說存儲特性差。
為了提供存儲特性優(yōu)良的元件，優(yōu)選第一導(dǎo)電層是金屬層，典型地是鈦層。
(實(shí)施例4)
在本實(shí)施例中，將參照附圖描述用TEM(透射電子顯微鏡)觀察有機(jī)存儲元件在寫入之后的橫截面的結(jié)果。要注意，在此，該寫入是以向有機(jī)存儲元件施加電壓以使該有機(jī)存儲元件短路的方式來執(zhí)行的。
首先，按照通過濺射在玻璃襯底上形成110nm厚的第一導(dǎo)電層、通過蒸鍍在第一導(dǎo)電層上形成35nm厚的有機(jī)化合物層、并通過蒸鍍在有機(jī)化合物層上形成270nm厚的第二導(dǎo)電層的方式來形成有機(jī)存儲元件。這里，第一導(dǎo)電層、有機(jī)化合物層、笫二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、 a-NPD和鋁形成。注意有機(jī)存儲元件在水平面中的尺寸是2mmx2mm。
接著，向有機(jī)存儲元件施加寫入電壓以便將數(shù)據(jù)寫入該有機(jī)存儲元件，并且用TEM觀察該有機(jī)存儲元件的橫截面。注意用于TEM的樣品通過用寬度為O.lpm的FIB(聚焦離子束)進(jìn)行處理來制備。對于FIB，在30kV下使用Ga離子源。
圖19A示出對應(yīng)于觀察到的有機(jī)存儲元件在寫入數(shù)據(jù)之后的橫截面的光學(xué)顯微鏡圖像，圖19B和圖20A、 20B示出對應(yīng)于圖19A的橫截面TEM圖像。此外，圖21A示出對應(yīng)于觀察到的寫入數(shù)據(jù)之后的橫截面的光學(xué)顯微鏡圖像，圖22A和22B示出對應(yīng)于圖21的橫截面TEM圖像。此外，為了進(jìn)行比較，圖23示出有機(jī)存儲元件在寫入之前的橫截面TEM圖像，其中膜厚度是34nm。圖19B中的放大倍數(shù)是30000倍，圖20A和20B中的放大倍數(shù)是100000倍，圖22A和22B、圖23中的放大倍數(shù)是200000倍。
如圖23所示，有機(jī)化合物層在寫入之前的膜厚度是均勻的，在此是34nm。圖19B是圖19A中點(diǎn)(i)的TEM圖像。如圖19A所示，在使有機(jī)存儲元件短路之后，在有機(jī)存儲元件的 一部分中觀察到很多凸起。圖19B示出觀察包括該凸起的部位的結(jié)果。圖19B的右面的部位對應(yīng)于圖19A中靠近凸起中心的部位。也就是說，在短路之后有機(jī)
度發(fā)生變化而引起的。
此外，圖20A和20B示出針對乘以圖19B中的放大倍數(shù)的情況的有機(jī)存儲元件的觀測結(jié)果。注意圖20A和20B示出不同的被觀察部位。圖20A中左邊緣的有機(jī)化合物層的膜厚度是90nm,而圖20B中在左邊緣的有機(jī)化合物層的膜厚度是15nm。如上所述，在寫入了數(shù)據(jù)的有機(jī)存儲元件的有機(jī)化合物層中，厚度局部改變，因此確定電極之間的距離也改變了。
如圖20A所示，相信圖19A中寫入數(shù)據(jù)之后有機(jī)存儲元件中的凸起是由于有機(jī)存儲元件的有機(jī)化合物層的膜厚度在向該有機(jī)存儲元件施加電壓時(shí)發(fā)生變化而導(dǎo)致的。如圖20A所示，有機(jī)化合物層的膜厚度隨著遠(yuǎn)離包含該凸起的部位而逐漸變薄。圖22A和22B示出凸起之間的部位(是指圖21中的點(diǎn)(ii))的觀測結(jié)果。
如圖22A和22B所示，確定有機(jī)存儲元件在施加寫入電壓之后由于有機(jī)化合物層移動使得第 一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層互相接觸而被短路。嚴(yán)格地說，從圖22A和22B中的橫截面TEM圖像來看，可以說有機(jī)化合物層的膜厚度在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的邊界處至少是5腿或更小。
(實(shí)施例5)
在本實(shí)施例中，對于圖27A至27F所示的每個(gè)樣品1至6，即制造于襯底上的有機(jī)存儲元件，圖24A至26B示出在以電學(xué)方式向有機(jī)存儲元件寫入了數(shù)據(jù)時(shí)測量電流-電壓特性的結(jié)果。注意在此該寫入是按照向有機(jī)存儲元件施加電壓以使該有機(jī)存儲元件短路的方式執(zhí)行的。
在圖24A至26B的每一個(gè)中，水平軸都表示電壓，豎直軸都表示電流密度值，圓形點(diǎn)圖示出在寫入數(shù)據(jù)之前測量有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的結(jié)果，方形點(diǎn)圖示出在寫入數(shù)據(jù)之后測量有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的結(jié)果。此外，每個(gè)樣品1至6在水平面中的尺寸都是2mmx2mm。
樣品l是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊而成的元件。在此，如圖27A所示，第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、 TPD和鋁形成。此外，第一有機(jī)化合物層形成為具有50nm的厚度。圖24A示出測量樣品1的電流-電壓特性的結(jié)果。
樣品2是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊而成的元件。在此，如圖27B所示，第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、摻有2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰代二甲基苯醌(tetracyanoquinodimethane)(可以縮寫為F4-TCNQ)的TPD和鋁形成。此外，第一有機(jī)化合物層形成為具有50nm的厚度并摻有0.01 wt。/。(重量百分比)的F4-TCNQ。圖MB示出測量樣品2的電流-電壓特性的結(jié)果。
樣品3是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊而成的元件。在此，如圖27C所示，第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、 TPD、 F4-TCNQ和鋁形成。此外，第一有機(jī)化合物層形成為具有50nm的厚度，第二有機(jī)化合物層形成為具有l(wèi)nm的厚度。圖25A示出測量樣品3的電流-電壓特性的結(jié)果。
樣品4是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊而成的元件。在此，如圖27D所示，第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、 F4-TCNQ、 TPD和鋁形成。此外，第一有機(jī)化合物層形成為具有l(wèi)nm的厚度，第二有機(jī)化合物層形成為具有50nm的厚度。圖25B示出測量樣品4的電流-電壓特性的結(jié)果。
樣品5是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊而成的元件。在此，如圖27E所示，第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、摻有F4-TCNQ的TPD、 TPD和鋁形成。此外，第一有機(jī)化合物層形成為具有40nm的厚度并摻有0.01 wt。/。的F4-TCNQ，第二有機(jī)化合物層形成為具有40nm的厚度。圖26A示出測量樣品5的電流-電壓特性的結(jié)果。
樣品6是第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層依次堆疊而成的元件。在此，如圖27E所示，第一導(dǎo)電層、第一有機(jī)化合物層、第二有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用包含氧化硅的ITO、 TPD、摻有F4-TCNQ的TPD和鋁形成。此外，第一有機(jī)化合物層形成為具有40nm的厚度，第二有機(jī)化合物層形成為具有10nm的厚度并摻有0.01 wt。/o的F4-TCNQ。圖26B示出測量樣品6的電流-電壓特性的結(jié)果。
圖24A至26B所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還示出有機(jī)存儲元件在寫入數(shù)據(jù)之前和使該有機(jī)存儲元件短路之后的電流-電壓特性的實(shí)質(zhì)性變化。
重復(fù)性，誤差在0.1V之內(nèi)。
接著，在圖31中示出樣品1至6在寫入之前和之后的寫入電壓及特性。
在表1中，寫入電壓(V)表示在使每個(gè)有機(jī)存儲元件短路時(shí)施加的電壓。R(1V)表示通過將寫入之后向有機(jī)存儲元件施加1V時(shí)的電流密度除以寫入之前向有機(jī)存儲元件施加1V時(shí)的電流密度所獲得的值。類似地，R(3V)表示通過將寫入之后向有機(jī)存儲元件施加3V時(shí)的電流密度除以寫入之前向有機(jī)存儲元件施加3V時(shí)的電流密度所獲得的值。也就是說，R(1V)和R(3V)表示在向有機(jī)存儲元件寫入之前和之后的電流密度變化。與施加的電壓為3V的情況相比，確定在施加的電壓為IV的情況下，有機(jī)存儲元件的電流密度差異大，具體說來，達(dá)到10的4次方或更大。(實(shí)施例6)
在本實(shí)施例中，參照圖28A和28B、圖29A至29C描述具有柔韌性的半導(dǎo)體器件。
如圖28A所示，通過等離子CVD在玻璃襯底6101上形成膜厚度為100nm的SiON膜6102。然后通過濺射形成膜厚度為30nm的鵠膜6103作為剝離層。接著通過濺射形成膜厚度為200nm的Si02膜6104來與作為剝離層的鵠膜6103接觸。通過等離子CVD連續(xù)形成膜厚度為50nm的SiNO膜6105、膜厚度為100nm的SiON膜6106以及膜厚度為66nm的非晶硅膜(未在圖中示出)。
接著，在電爐內(nèi)將該玻璃襯底6101在550°C下加熱4個(gè)小時(shí)。通過加熱，在用作剝離層的鎢膜6103和SK)2膜6104之間的界面上形成氧化鎢層(未在圖中示出)。此外，使非晶硅膜晶化，由此形成晶體硅膜。
接著，在對晶體半導(dǎo)體膜進(jìn)行干蝕刻之后，以通過濺射堆疊膜厚度為60nm的Ti膜、膜厚度為40nm的TiN膜、膜厚度為40nm的Al膜、膜厚度為60nm的Ti膜以及膜厚度為40nm的TiN膜的方式來形成導(dǎo)電層。然后，通過光刻法形成抗蝕劑掩模并用該抗蝕劑掩模作為保護(hù)膜對該導(dǎo)電層進(jìn)行蝕刻，從而形成布線6107。
接著，通過濺射在布線6107和SiON膜6106上形成膜厚度為100nm的Ti膜。然后，通過光刻法形成抗蝕劑掩4莫并通過用該抗蝕劑掩模作為保護(hù)膜利用HF進(jìn)行濕蝕刻來對該Ti膜進(jìn)行蝕刻，從而形成第一導(dǎo)電層6108。
然后，在施加和烘焙感光劑以形成膜厚度為1.5pm的聚酰亞胺層之后，通過曝光和顯影形成覆蓋第 一導(dǎo)電層6108的邊緣部分的絕緣層6109。此時(shí)，第一導(dǎo)電層6108的部分被暴露。接著，通過利用NPB進(jìn)行蒸鍍在絕緣層6109和暴露的第 一導(dǎo)電層6108上形成厚度為30nm的有機(jī)化合物層6110。然后，在此通過利用鋁進(jìn)行蒸鍍形成膜厚度為200nm的第二導(dǎo)電層6111。
接著，涂敷環(huán)氧樹脂6112，然后，在110。C下烘焙30分鐘。接著，將柔性膜6113粘接到環(huán)氧樹脂6112的表面上。然后，將膠帶粘接到玻璃襯底6101上。通過在120。C至150。C下加熱將柔性膜6113與環(huán)氧樹脂6112結(jié)合。接著，將玻璃村底6101設(shè)置在平坦表面上，通過加壓接合將膠粘筒(adhesive roller)粘接到柔性膜6113的表面，在用作剝離層的鎢膜6103和SK)2膜6104之間的界面上(圖28A中的箭頭6U4)剝離包含有機(jī)元件的層(參照圖28B)。
圖29A至29C示出由此從玻璃邱于底6101剝離下來的有機(jī)存儲元件的照片和圖案。
圖29A是形成在柔性膜6113上的有機(jī)存儲元件的照片，這是從有機(jī)存儲元件一側(cè)拍攝的，也就是形成SK)2膜的一側(cè)。圖29B是圖29A的圖案。第二導(dǎo)電層6111、絕緣膜6109、第一導(dǎo)電層6108堆疊在柔性膜6113上，形成了與第一導(dǎo)電層6108連接的布線6107。注意在絕緣層6109和第二導(dǎo)電層6111的表面上的有機(jī)化合物層6110用虛線表示。由于有機(jī)化合物層6110沒有著色而且具有很薄的膜厚度，因此無法在圖29A或29C中從碎見覺上識別有機(jī)化合物層6110。
圖29C是圖29A所示的有機(jī)存儲元件的照片，這是從柔性膜6113一側(cè)拍攝的。
如上所述，可以制造具有柔韌性的半導(dǎo)體器件(存儲器件或存儲器)，其中有機(jī)存儲元件設(shè)置在柔性膜上。(實(shí)施例7)
在本實(shí)施例中，圖30示出在向有機(jī)存儲元件的第一和第二導(dǎo)電層施加電壓以使該有機(jī)存儲元件絕緣從而執(zhí)行寫入的情況下測量有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的結(jié)果。
該有機(jī)存儲元件按照通過濺射在玻璃襯底上形成第一導(dǎo)電層、用聚乙烯醇基的多孔體清潔第一導(dǎo)電層的表面以消除該表面上的灰塵、通過蒸鍍在第一導(dǎo)電層上形成厚度為20nm的有機(jī)化合物層以及通過蒸鍍在有機(jī)化合物層上形成厚度為200nm的第二導(dǎo)電層的方式來形 成。在此，第一導(dǎo)電層、有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層分別利用鈦、Alq3 和鋁形成。此后，涂敷環(huán)氧樹脂并加熱以密封該有機(jī)存儲元件。在這 種情況下，有機(jī)存儲元件在水平面中的尺寸是5pmx5nm。
在圖30，水平軸表示電壓，豎直軸表示電流值，點(diǎn)圖6301示出 在寫入數(shù)據(jù)之前測量有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的結(jié)果，點(diǎn)圖 6302示出在緊接寫入之后測量有機(jī)存儲元件的電流-電壓特性的結(jié) 果。在這種情況下的寫入電壓是12V，寫入電流值是5xl(TVA。此夕卜， 在寫入之后電流值立即減小到5xlO"VA至3xlO"VA。該結(jié)果表示可 以通過施加電壓來寫入數(shù)據(jù)，而且可以通過有機(jī)存儲元件的電流值的 改變來讀取數(shù)據(jù)。
本申請基于2004年10月18日向日本專利局提交的日本專利申 請2004-303595，通過引用將其內(nèi)容合并于此。
盡管參照附圖通過舉例完整地描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解對本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說各種改變和修正將是顯而易見的。因此，除非這些改 變和修正脫離本發(fā)明的范圍，否則這些改變和修正應(yīng)當(dāng)被解釋為包括 在本發(fā)明的范圍中。附圖標(biāo)記
11:電源電路，12:時(shí)鐘發(fā)生電路，13:數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路，14: 控制電路，15:接口電路，16:存儲器，17:數(shù)據(jù)總線，18:天線， 19:讀取器/寫入器，20:半導(dǎo)體器件，21:存儲單元，22:存儲單元陣 列，23:解碼器，24:解碼器，25:選擇器，26:讀取/寫入電路，27: 第一導(dǎo)電層，28:第二導(dǎo)電層，29:有機(jī)化合物層，30:襯底，31:柔 性襯底，32:激光照射裝置，33:絕緣膜，34:絕緣膜，35:元件組， 36:襯底，37:端子區(qū)域，38:襯底，39:導(dǎo)電顆粒，40:樹脂，42: 襯底，43:柔性襯底，44:半導(dǎo)體層，45:半導(dǎo)體層，46:電阻元件， 47:差分放大器，51:巻筒，52:加熱裝置，53:控制裝置，94:顯示 部分,95:讀取器/寫入器，96:無線標(biāo)簽，97:物品，216:存儲器， 221:存儲單元，222:存儲單元陣列，223:解碼器，224:解碼器， 225:選擇器，226:讀取/寫入電路，232:激光照射系統(tǒng)，240:晶體 管，241:有機(jī)存儲元件，243:第一導(dǎo)電層，244:有機(jī)化合物層， 245:第二導(dǎo)電層，246:電阻元件，247:讀出放大器，248: CMOS電 路，249:絕緣層，261:點(diǎn)圖，262:點(diǎn)圖，271:點(diǎn)圖，272:點(diǎn)圖， 280:襯底，281:集成電路，282:存儲器，1001:激光照射系統(tǒng)， 1002: PC， 1003:激光振蕩器，1004:電源，1005:光學(xué)系統(tǒng)，1006: 聲光調(diào)制器，1007:光學(xué)系統(tǒng)，1009:移動機(jī)構(gòu)，1011:驅(qū)動器， 1012:驅(qū)動器，1013:自動聚焦機(jī)構(gòu)，2301:保護(hù)層，2302:元件組， 2303:保護(hù)層，2304:天線，2305:漏電極，2306:源電極，2307:柵 電極，6001:半導(dǎo)體器件，6002:存儲單元陣列，6003:列解碼器部 分，6004:行解碼器部分，6005:讀取/寫入電路，6007:選擇器， 6008:選擇器，6009:虛線，6011:點(diǎn)圖，6012:點(diǎn)圖，6013:點(diǎn)圖， 6015:點(diǎn)圖，6016:點(diǎn)圖，6017:點(diǎn)圖，6101:玻璃襯底，6102: SiON 膜，6103:鵠膜，6104: Si02膜，6105: SiNO膜，6106: SiON膜， 6107:布線，6108:笫一導(dǎo)電層，6109:絕緣層，6110:有機(jī)化合物 層，6111:第二導(dǎo)電層，6113:柔性膜，6114:箭頭，6301:點(diǎn)圖， 6302:點(diǎn)圖
權(quán)利要求
1.一種其中植入了無線標(biāo)簽的紙張，所述無線標(biāo)簽包括柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的紙張，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的紙張，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述 一 對電極之間的距離的改變使得所述 一 對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的紙張，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的紙張，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
6. —種其中植入了無線標(biāo)簽的有機(jī)樹脂，所述無線標(biāo)簽包括 柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性村底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場， 并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的有機(jī)樹脂，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的有機(jī)樹脂，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述 一 對電極之間的距離的改變使得所述 一 對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
9，根據(jù)權(quán)利要求6的有機(jī)樹脂，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6的有機(jī)樹脂，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
11. 一種其中植入了無線標(biāo)簽的包裝材料，所述無線標(biāo)簽包括 柔性村底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場， 并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的包裝材料，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的包裝材料，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述一對電極之間的距離的改變使得所述一對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll的包裝材料，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
15. 根據(jù)權(quán)利要求ll的包裝材料，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
16. —種其中植入了無線標(biāo)簽的證件，所述無線標(biāo)簽包括 柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場， 并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，.其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的證件，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的證件，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述一對電極之間的距離的改變使得所述一對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的證件，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16的證件，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
21. —種其中植入了無線標(biāo)簽的紙幣，所述無線標(biāo)簽包括 柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場， 并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的紙幣，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21的紙幣，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述一對電極之間的距離的改變使得所述一對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21的紙幣，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21的紙幣，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
26. —種其中植入了無線標(biāo)簽的證券，所述無線標(biāo)簽包括 柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場， 并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的證券，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26的證券，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述一對電極之間的距離的改變使得所述一對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26的證券，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26的證券，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
31. —種防止用戶偽造物體的方法，該方法包括向該物體提供無 線標(biāo)簽的步驟，其中，所述無線標(biāo)簽包括 柔性襯底上形成的存儲元件；和所述柔性襯底上形成的天線，所述天線能夠接收和發(fā)送電磁場，并且能夠提供用來操作所述存儲元件的功率，其中，所述存儲元件包括設(shè)置在一對電極之間的有機(jī)化合物層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述 一 對電極之間的距離。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，所述存儲元件被設(shè)置為當(dāng)在所述一對電極之間施加電壓時(shí) 改變所述一對電極之間的距離，并且其中，所述一對電極之間的距離的改變使得所述一對電極中的一 個(gè)的一部分與所述一對電極中的另一個(gè)的一部分能夠彼此接觸。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，所述無線標(biāo)簽還包括電連接到所述存儲元件的薄膜晶體管。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，所述一對電極包括從鋁、銅、銀、鈦選擇的導(dǎo)電材料。
36. 根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中，所述物體是從鈔票、硬幣、證券、證件、包裝容器、書籍、 存儲介質(zhì)、交通工具、食品、衣物中選擇的。
37. —種半導(dǎo)體器件，包括 具有天線的第一柔性保護(hù)層；形成在所述第一柔性保護(hù)層和所述天線之上的第二柔性保護(hù)層；以及包括多個(gè)薄膜晶體管和多個(gè)存儲元件的一組元件，所述一組元件夾在所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層之間，其中，所述天線電連接到所述一組元件，其中，所述多個(gè)存儲元件中的每一個(gè)包括設(shè)置在第一電極層和笫二電極層之間的有機(jī)化合物層，并且被設(shè)置成當(dāng)在所述第 一 電極層和所述第二電極層之間施加電壓時(shí)，改變所述第一電極層和所述第二電極層之間的距離，并且其中，所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層是由有機(jī)樹脂材料形成的。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括所述第 一柔性保護(hù)層和所述一組元件之間以及所述第二柔性保護(hù)層和所述一組元件之間的阻擋層。
39. 根據(jù)權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括所述笫一柔性保護(hù)層和所述一組元件之間以及所述第二柔性保護(hù)層和所述一組元件之間的阻擋層，并且其中，所述阻擋層包括氮化硅。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37的半導(dǎo)體器件，其中所述一組元件的厚度等于或大于O.lnm并且等于或小于3jiim。
41. 一種半導(dǎo)體器件，包括第一柔性保護(hù)層；形成在所述第一柔性保護(hù)層上的天線；形成在所述第一柔性保護(hù)層之上的第二柔性保護(hù)層；以及包括多個(gè)薄膜晶體管和多個(gè)存儲元件的一組元件，所述一組元件夾在所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層之間，其中，所述天線電連接到所述一組元件，其中，所述多個(gè)存儲元件中的每一個(gè)包括設(shè)置在第一電極層和第二電極層之間的有機(jī)化合物層，并且被設(shè)置成當(dāng)在所述第 一 電極層和所述笫二電極層之間施加電壓時(shí)，改變所述第一電極層和所述第二電極層之間的距離，并且其中，所述第一柔性保護(hù)層和所述第二柔性保護(hù)層是由有機(jī)樹脂材料形成的。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括所述第 一柔性保護(hù)層和所述一組元件之間以及所述第二柔性保護(hù)層和所述一組元件之間的阻擋層。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括所述第一柔性保護(hù)層和所述一組元件之間以及所述第二柔性保護(hù)層和所述一組元件之間的阻擋層，并且其中，所述阻擋層包括氮化硅。
44. 根據(jù)權(quán)利要求41的半導(dǎo)體器件，其中所述一組元件的厚度等于或大于O.l]iim并且等于或小于`3|tim。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件以及防止用戶偽造物體的方法。該半導(dǎo)體器件包括存儲器，該存儲器具有包括多個(gè)存儲單元的存儲單元陣列；控制該存儲器的控制電路；和天線，其中存儲單元陣列具有多個(gè)沿著第一方向延伸的位線和多個(gè)沿著不同于第一方向的第二方向延伸的字線，該多個(gè)存儲單元中的每一個(gè)具有設(shè)置在位線和字線之間的有機(jī)化合物層。通過向該有機(jī)化合物層施加光學(xué)作用或電學(xué)作用來寫入數(shù)據(jù)。
文檔編號H01L27/28GK101676931SQ20091017365
公開日2010年3月24日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者安部寬子, 山崎舜平, 巖城裕司, 野村亮二 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所