專利名稱：一種防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柔性透明電子系統(tǒng)，具體涉及一種防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，集成電路得到迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛。與此同時(shí)電子系統(tǒng)也正在與越來越多的其他類系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮更強(qiáng)大的功能和作用。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，一種特殊的電路系統(tǒng)——柔性透明電子系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。柔性透明電子系統(tǒng)在卷曲或伸縮的同時(shí)具有透光功能，因此可以覆蓋安裝在任意曲面或者移動(dòng)部件之上，大大擴(kuò)展了電子系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，尤其是在柔性透明顯示等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，例如，目前已經(jīng)有可彎曲透明手機(jī)和可彎曲透明平板電腦等電子產(chǎn)品問世。二極管和阻變存儲(chǔ)器在集成電路中各自扮演著十分重要的角色，其研發(fā)進(jìn)展也很迅速。阻變存儲(chǔ)器是一種新概念非揮發(fā)型存儲(chǔ)器，阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元一般為金屬/功能薄膜層/金屬三層結(jié)構(gòu)，稱三明治結(jié)構(gòu)。其基本原理在于，材料的電阻在外加電壓或電流的激勵(lì)下可在高阻態(tài)(“0”狀態(tài))和低阻態(tài)(“1”狀態(tài))之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(存“0”或存“1”)的功能。同傳統(tǒng)flash相比，阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)和制備工藝簡單、速度快、操作電壓低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，阻變存儲(chǔ)器由于簡單的單元結(jié)構(gòu)，可以采用交叉陣列結(jié)構(gòu)制備成存儲(chǔ)陣列。這種交叉陣列結(jié)構(gòu)工藝簡單、密度高、并具有較好的等比縮小能力，體現(xiàn)了制備多層重疊交叉陣列和三維集成的潛力。但是如果把制備的存儲(chǔ)陣列直接應(yīng)用到電路中，則會(huì)因存在串?dāng)_和泄漏電流問題導(dǎo)致集成電路無法正常工作。以2x2的存儲(chǔ)器的集成陣列為例，當(dāng)四個(gè)相鄰的存儲(chǔ)器中的一個(gè)是高阻而其他三個(gè)都是低阻狀態(tài)時(shí)，在讀取高阻態(tài)的電阻時(shí)，電流不再通過該高阻的存儲(chǔ)器，而是通過周圍的三個(gè)低阻的存儲(chǔ)器，形成電流通道，從而造成誤讀，這就是串?dāng)_現(xiàn)象，如圖1所示。事實(shí)上，串?dāng)_并不是只發(fā)生在與三個(gè)低阻的存儲(chǔ)器相鄰的這個(gè)高阻的存儲(chǔ)器上，三個(gè)低阻的存儲(chǔ)器形成的這個(gè)電流通道對(duì)周圍其他的高阻態(tài)也會(huì)有影響。為提高電路的可靠性，有必要在存儲(chǔ)陣列上引入二極管作為驅(qū)動(dòng)管以解決串?dāng)_問題。在電路中二極管起選擇和隔離的作用，當(dāng)對(duì)高阻的存儲(chǔ)器操作時(shí)，二極管打開，這樣就選擇了所需操作的存儲(chǔ)器；當(dāng)對(duì)低阻的存儲(chǔ)器操作時(shí)，二極管關(guān)閉，避免對(duì)周圍單元的誤操作以及產(chǎn)生讀取串?dāng)_，起隔離的作用，從而有效地抑制了存儲(chǔ)器的集成陣列中的串?dāng)_問題。采用二極管和阻變存儲(chǔ)器集成方案的最小單元面積是4F2，且可以3D集成，因此存儲(chǔ)密度可以做得很高。從而有效地解決了集成陣列中的串?dāng)_問題。近年來，有文章報(bào)道過制備在柔性襯底、硅基及玻璃襯底上的二極管和阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)陣列。但由于使用的二極管及阻變器件的電極薄膜(大多數(shù)為金屬)或介質(zhì)層材料不是透明的，所以并不能達(dá)到柔性透明的效果。而且無機(jī)材料存在昂貴笨重，不易彎曲的缺點(diǎn)。這些不足都在一定程度上限制了存儲(chǔ)陣列的應(yīng)用范圍
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種可解決電路串?dāng)_問題的柔性透明存儲(chǔ)陣列及其制備方法，以改變當(dāng)前器件的應(yīng)用和存在方式，使得防串?dāng)_的柔性便攜式存儲(chǔ)成為可能。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列。本發(fā)明的柔性透明存儲(chǔ)陣列包括柔性透明的襯底；形成在襯底上的m個(gè)條狀的底電極；形成在底電極上的PN結(jié)；形成在PN結(jié)上的電極層；底電極及引出電極、PN結(jié)和電極層構(gòu)成透明的二極管；形成在電極層上的阻變存儲(chǔ)層；形成在阻變存儲(chǔ)層上并與底電極相交叉的η個(gè)條狀的頂電極；穿透阻變存儲(chǔ)層、電極層和PN結(jié)并與底電極相連的引出電極；在引出電極和阻變存儲(chǔ)層和電極層的側(cè)壁之間的隔離側(cè)墻；電極層、阻變存儲(chǔ)層和頂電極構(gòu)成透明的阻變存儲(chǔ)器；上述結(jié)構(gòu)均采用柔性透明的材料，m個(gè)條狀的底電極與η個(gè)條狀的頂電極相交的部分形成m*n的存儲(chǔ)陣列，其中，m和η為自然數(shù)。二極管和阻變存儲(chǔ)層共用電極層，電極層作為二極管的頂電極，同時(shí)作為阻變存儲(chǔ)器的頂電極。襯底為聚對(duì)二甲苯(Parylene)等柔性透明的材料，以及如聚酰亞胺PI薄膜、聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN薄膜等的塑料及橡膠材料中的一種。二極管為柔性透明的有機(jī)二極管，底電極的材料為摻鋁氧化鋅ΖΑ0、氧化銦錫ΙΤ0、石墨烯薄膜以及導(dǎo)電高分子材料聚乙撐二氧噻吩PEDOT等透明的導(dǎo)電材料中的一種，PN結(jié)的材料采用摻雜聚乙烯咔唑的聚烷基噻吩，也可以是如3-己基噻吩P3HT 富勒烯衍生物PCBM混合薄膜、酞菁染料類有機(jī)材料中的一種。所述阻變存儲(chǔ)器為具有雙極型開關(guān)功能的透明有機(jī)阻變存儲(chǔ)器。電極層采用摻鋁氧化鋅ΖΑ0、氧化銦錫ΙΤ0、石墨烯薄膜以及導(dǎo)電高分子材料聚乙撐二氧噻吩PEDOT等透明的導(dǎo)電材料中的一種，阻變存儲(chǔ)層的材料為聚對(duì)二甲苯聚合物為聚對(duì)二甲苯C型、聚對(duì)二甲苯N型以及聚對(duì)二甲苯D型材料中的一種，頂電極的材料為摻鋁氧化鋅ΖΑ0、氧化銦錫ΙΤ0、石墨烯薄膜以及導(dǎo)電高分子材料聚乙撐二氧噻吩PEDOT等透明的導(dǎo)電材料中的一種。阻變存儲(chǔ)器的阻變存儲(chǔ)層的材料采用具有阻變特性的絕緣、透明的有機(jī)材料，制備過程不涉及高溫，因此降低了能耗。本發(fā)明的二極管為柔性透明的有機(jī)二極管，制備工藝簡單，占用面積小，方便等比例縮小。本發(fā)明的柔性透明存儲(chǔ)陣列把“柔性透明電子系統(tǒng)”、“驅(qū)動(dòng)管”以及“阻變存儲(chǔ)器”三者結(jié)合在一起，它除了具有阻變存儲(chǔ)器本身的特性外，還具備柔性、透明等優(yōu)點(diǎn)，尤其是解決了存儲(chǔ)器在集成陣列中串?dāng)_的問題，制備的存儲(chǔ)陣列可廣泛應(yīng)用在電子紙張(e-paper)、柔性透明顯示(例如電子顯示屏)及其他相關(guān)電子系統(tǒng)中。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列的制備方法。本發(fā)明的防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列的制備方法包括以下步驟1)提供一個(gè)有機(jī)柔性透明的襯底；2)在襯底上生長一層柔性透明的導(dǎo)電層，光刻圖形化，形成m個(gè)條狀的底電極，m為自然數(shù)；
3)在底電極上生長透明的有機(jī)物薄膜，形成PN結(jié)；4)在PN結(jié)上濺射厚度100 300nm的透明的導(dǎo)電薄膜，形成電極層；5)涂覆一層光刻膠，光刻并刻蝕至底電極的上表面，形成通孔；6)淀積厚度30 60nm的阻變材料，形成阻變存儲(chǔ)層；7)光刻刻蝕在底電極上的部分阻變材料，從而定義出底電極的引出通孔，同時(shí)，形成隔離側(cè)墻；8)在阻變存儲(chǔ)層上生長柔性透明的導(dǎo)電層，光刻圖形化，形成η個(gè)條狀的頂電極，同時(shí)形成底電極的引出電極，η為自然數(shù)。本發(fā)明的有益效果1)有機(jī)材料取代了傳統(tǒng)的昂貴笨重的硅和其他無機(jī)材料，是適應(yīng)未來發(fā)展的綠色環(huán)保器件；2)除了具備無機(jī)器件基本特性，還秉承了有機(jī)半導(dǎo)體材料質(zhì)輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且器件是全透明結(jié)構(gòu)，可通過透明的封裝工藝將其制作在透明設(shè)備或物品上，尤其可推動(dòng)新一代顯示技術(shù)；3)在實(shí)現(xiàn)柔性、透明等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)有效地解決了集成陣列中的串?dāng)_問題，使其更加實(shí)用化； 4)制備過程幾乎不涉及高溫工藝，降低了能耗，節(jié)省了制備時(shí)間，而且與現(xiàn)有工藝具有良好的兼容性。


圖1為現(xiàn)有的存儲(chǔ)器的集成陣列中出現(xiàn)串?dāng)_的示意圖；圖2為本發(fā)明的防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列的實(shí)施例的剖面圖；圖3至圖9為本發(fā)明的防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列制備方法的實(shí)施例的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。圖2為本發(fā)明所提供的一種防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列的實(shí)施例的剖面圖，如圖所示，存儲(chǔ)陣列包括柔性透明的襯底1 ；形成在襯底上的m個(gè)條狀的底電極2 ；形成在底電極上的PN結(jié)3 ；形成在PN結(jié)上的電極層4 ；形成在電極層上的阻變存儲(chǔ)層5 ；形成在阻變存儲(chǔ)層上并與底電極相交叉的η個(gè)條狀的頂電極6 ；穿透阻變存儲(chǔ)層、電極層和PN結(jié)并與底電極相連的引出電極7 ；在引出電極和阻變存儲(chǔ)層和電極層的側(cè)壁之間的隔離側(cè)墻8 ；上述結(jié)構(gòu)均采用柔性透明的材料，m個(gè)條狀的底電極與η個(gè)條狀的頂電極相交的部分形成m*n的存儲(chǔ)陣列，其中，m和η為自然數(shù)。本發(fā)明所公開的防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列的一個(gè)實(shí)施例的制備方法如下1)將聚酰亞胺PI的襯底放入70V的NaOH水溶液中泡洗十分鐘，然后將PI襯底放入異丙醇有機(jī)溶液中，超聲清洗十分鐘，最后用去離子水清洗，吹干，制備出襯底1，如圖3所不；2)利用旋轉(zhuǎn)涂布的成膜方法，在襯底1上生長一層約IOOnm厚度的聚苯胺薄膜，并采用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)使導(dǎo)電層圖形化，形成2個(gè)條狀的底電極2，如圖4所示；3)利用旋轉(zhuǎn)涂布方法，三氯甲烷作為溶劑，在底電極2上甩膠涂膜制得摻雜聚乙烯咔唑的聚烷基噻吩薄膜，厚度約80nm，形成PN結(jié)3 ；4)利用磁控濺射方法，在PN結(jié)3上濺射ZAO透明的導(dǎo)電薄膜，厚度約為150nm，形成電極層4，由此，制得了以聚苯胺薄膜為底電極2，以摻雜聚乙烯咔唑的聚烷基噻吩薄膜為PN結(jié)3和以ZAO的電極層4為頂電極的透明的二極管，如圖5所示；5)旋涂一層光刻膠，光刻圖形化后刻蝕至底電極2的上表面停止，去除光刻膠獲得通孔，如圖6所示；6)利用聚合物(Polymer)化學(xué)氣相沉積 CVD (Chemical Vapor Deposition)技術(shù)，在電極層4上生長一層聚對(duì)二甲苯C型(Parylene-C)的阻變材料作為阻變存儲(chǔ)層5，厚度約為40nm，如圖7所示；7)利用光刻技術(shù)，采用刻蝕方法去掉部分在底電極2上的部分阻變材料，從而定義出底電極的引出通孔，同時(shí)，被保護(hù)的Parylene薄膜又可以形成隔離側(cè)墻8，保護(hù)引出通孔的四壁，以免在通孔中灌入導(dǎo)電材料時(shí)底電極與中間層接觸，去除光刻膠，如圖8所示，在此Parylene不僅作為器件的有源層，而且起到了自隔離保護(hù)的作用；8)利用旋轉(zhuǎn)涂布的方法在阻變存儲(chǔ)層5上涂布聚苯胺導(dǎo)電薄膜層，厚度約lOOnm，涂膠保護(hù)、曝光、顯影，去除不需要的聚苯胺的部分，去除光刻膠形成頂電極6，同時(shí)形成引出電極7將底電極引出，如圖9所示。從而，兩個(gè)條狀的頂電極與兩個(gè)條狀的底電極交叉的部分形成了二極管和阻變存儲(chǔ)器構(gòu)成的2 的有機(jī)柔性透明存儲(chǔ)陣列。最后應(yīng)說明的是雖然本說明書通過具體的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明使用的材料，結(jié)構(gòu)及其制備方法，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式不限于實(shí)施例的描述范圍，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和精神范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種柔性透明存儲(chǔ)陣列，其特征在于，所述存儲(chǔ)陣列包括柔性透明的襯底⑴；形成在襯底上的m個(gè)條狀的底電極⑵；形成在底電極上的PN結(jié)(3)；形成在PN結(jié)上的電極層；形成在電極層上的阻變存儲(chǔ)層(5)；形成在阻變存儲(chǔ)層上并與底電極相交叉的η個(gè)條狀的頂電極(6)；穿透阻變存儲(chǔ)層和電極層并與底電極相連的引出電極(7)；在引出電極和阻變存儲(chǔ)層和電極層的側(cè)壁之間的隔離側(cè)墻(8)；上述結(jié)構(gòu)均采用柔性透明的材料，m個(gè)條狀的底電極與η個(gè)條狀的頂電極相交的部分形成m*n的存儲(chǔ)陣列，其中，m和η為自然數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)陣列，其特征在于，所述襯底為聚對(duì)二甲苯等柔性透明的材料，以及如聚酰亞胺PI薄膜、聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN薄膜等的塑料及橡膠材料中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)陣列，其特征在于，所述底電極、電極層和頂電極的材料分別為摻鋁氧化鋅ΖΑ0、氧化銦錫ΙΤ0、石墨烯薄膜以及導(dǎo)電高分子材料聚乙撐二氧噻吩 PEDOT等透明的導(dǎo)電材料中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)陣列，其特征在于，所述PN結(jié)的材料為摻雜聚乙烯咔唑的聚烷基噻吩，以及3-己基噻吩P3HT 富勒烯衍生物PCBM混合薄膜、酞菁染料類等有機(jī)材料中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)陣列，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)層的材料為聚對(duì)二甲苯聚合物為聚對(duì)二甲苯C型、聚對(duì)二甲苯N型以及聚對(duì)二甲苯D型材料中的一種。
6.一種柔性透明存儲(chǔ)陣列的制備方法包括以下步驟1)提供一個(gè)有機(jī)柔性透明的襯底；2)在襯底上生長一層柔性透明的導(dǎo)電層，光刻圖形化，形成m個(gè)條狀的底電極，m為自然數(shù)；3)在底電極上生長透明的有機(jī)物薄膜，形成PN結(jié)；4)在PN結(jié)上濺射透明的導(dǎo)電薄膜，形成電極層；5)涂覆一層光刻膠，光刻并刻蝕至底電極的上表面，形成通孔；6)淀積阻變材料，形成阻變存儲(chǔ)層；7)光刻刻蝕在底電極上的部分阻變材料，從而定義出底電極的引出通孔，同時(shí)，形成隔離側(cè)墻；8)在阻變存儲(chǔ)層上生長柔性透明的導(dǎo)電層，光刻圖形化，形成η個(gè)條狀的頂電極，同時(shí)形成底電極的引出電極，η為自然數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟4)中，所述電極層的厚度在 100 300nm之間。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟6)中，所述阻變存儲(chǔ)層的厚度在 30 60nm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防串?dāng)_的柔性透明存儲(chǔ)陣列及其制備方法。本發(fā)明采用有機(jī)二極管作為驅(qū)動(dòng)管，制備工藝簡單，占用面積小，方便等比例縮小。本發(fā)明的材料均采用柔性透明的材料，除了具有阻變存儲(chǔ)器本身的特性外，還具備柔性、透明等優(yōu)點(diǎn)，尤其是解決了存儲(chǔ)器在集成陣列中串?dāng)_的問題，制備的存儲(chǔ)陣列可廣泛應(yīng)用在電子紙張、柔性透明顯示及其他相關(guān)電子系統(tǒng)中。本發(fā)明以有機(jī)材料取代了傳統(tǒng)的昂貴笨重的硅和其他無機(jī)材料，是適應(yīng)未來發(fā)展的綠色環(huán)保器件，還秉承了有機(jī)半導(dǎo)體材料質(zhì)輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)，而且器件是全透明結(jié)構(gòu)，可通過透明的封裝工藝將其制作在透明設(shè)備或物品上，尤其可推動(dòng)新一代顯示技術(shù)。
文檔編號(hào)H01L51/40GK102569337SQ20121006838
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者唐昱, 張興, 白文亮, 蔡一茂, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)