一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的3d打印制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的3D打印制備方法，該多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器在襯底上形成包括：下電極、有機(jī)功能層、上電極、兩層有機(jī)功能層間的中間電極層、與各層電極并行同厚度的介質(zhì)層的多層結(jié)構(gòu)。其通過(guò)上電極與下電極之間的有機(jī)功能層與中間電極層的N次疊加實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。該多層存儲(chǔ)器完全通過(guò)3D打印及時(shí)實(shí)現(xiàn)制備，該器件的制備工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易控，且可通過(guò)柔性襯底制成柔性器件，用于高度集成的大容量多維存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的30打印制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)及半導(dǎo)體工藝技術(shù)，屬于存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體涉及一種多層有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的30打印制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)今信息爆炸的數(shù)字化時(shí)代中，人們的生產(chǎn)和生活都離不開(kāi)高密度、高速度的存儲(chǔ)器。阻變存儲(chǔ)器具有全新的存儲(chǔ)概念，它是利用一些無(wú)機(jī)氧化物或者有機(jī)物/聚合物中存在的可控阻變效應(yīng)，即在不同的電壓激勵(lì)下，阻變存儲(chǔ)器會(huì)呈現(xiàn)出兩種完全不同的阻抗?fàn)顟B(tài)(低阻和高阻，對(duì)應(yīng)“開(kāi)”和“關(guān)”)，分別代表數(shù)據(jù)“ 1 ”和“0”，并且在電壓撤去之后，狀態(tài)依然保持，因此實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。阻變存儲(chǔ)器的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、速度快、存儲(chǔ)密度高、制造工藝簡(jiǎn)單，極有可能取代傳統(tǒng)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器而占領(lǐng)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器市場(chǎng)。
[0003]有機(jī)阻變存儲(chǔ)器是以有機(jī)材料的電阻在外電場(chǎng)作用下可在高阻態(tài)與低阻態(tài)之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的一類前瞻性下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器，它具有在32=0節(jié)點(diǎn)及以下取代先有主流存儲(chǔ)器的潛力，成誒目前新型存儲(chǔ)器的一個(gè)重要研究方向。有機(jī)阻變存儲(chǔ)器可應(yīng)用于低成本電子器件和柔性電子器件領(lǐng)域，相比與無(wú)機(jī)阻變存儲(chǔ)器還具有可繞曲性，成本低廉，材料分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)以提高性能等優(yōu)越之處。隨著存儲(chǔ)設(shè)備不斷向大容量、高密度存儲(chǔ)的方向發(fā)展，提高單位體積器件的存儲(chǔ)密度是一個(gè)十分有效的解決方案，即實(shí)現(xiàn)真正的三維存儲(chǔ)。三維存儲(chǔ)在阻變存儲(chǔ)器上的實(shí)現(xiàn)言意味著在二維平面基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)第三維的存儲(chǔ)，本發(fā)明提供的一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的30打印制備方法，制備的器件可實(shí)現(xiàn)高容量三維存儲(chǔ)，且制得器件具有較強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的30打印制備方法，該多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器在襯底上形成包括:下電極、有機(jī)功能層、上電極、兩層有機(jī)功能層間的中間電極層、與各層電極并行同厚度的介質(zhì)層的多層結(jié)構(gòu)。其通過(guò)上電極與下電極之間的有機(jī)功能層與中間電極層的~次疊加實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。該多層存儲(chǔ)器完全通過(guò)30打印及時(shí)實(shí)現(xiàn)制備，該器件的制備工藝簡(jiǎn)單，過(guò)程易控，且可通過(guò)柔性襯底制成柔性器件，用于高度集成的大容量多值存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的30打印制備方法，其特征在于，所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)是在襯底上形成的，包括:下電極、有機(jī)功能層、上電極、兩層有機(jī)功能層間的中間電極層、與各層電極并行同厚度的介質(zhì)層的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，按如下操作步驟進(jìn)行:
1)建模，利用電腦建模軟件設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的模型，將該模型的軟件指令轉(zhuǎn)化為30打印的機(jī)械設(shè)備指令，從而控制打印頭的運(yùn)動(dòng)路徑數(shù)據(jù)，并控制紫外光的的照射照射時(shí)間、熔融腔的溫度及激光的照射時(shí)間； 2)通過(guò)30打印技術(shù)在襯底上打印下電極及中間介質(zhì)層，將用于制備電極及中間介質(zhì)層的材料加入到相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，使其從各自的打印頭中打出，經(jīng)固化裝置迅速固化；通過(guò)軟件控制打印頭的移動(dòng)，打印完成下電極層；
3)通過(guò)30打印技術(shù)打印有機(jī)功能層，將用于制備有機(jī)功能層的材料加入相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，使其從各自的打印頭中打出，經(jīng)固化裝置迅速固化；通過(guò)軟件控制打印頭的移動(dòng)，打印完成有機(jī)功能功能層；
4)以此方式通過(guò)30打印技術(shù)逐層打印多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的各層，最后完成上電極的打印。
[0006]其中，所述打印各層膜結(jié)構(gòu)的步驟是在形成一層完整的膜結(jié)構(gòu)后再打印上一層膜結(jié)構(gòu)，或是按步進(jìn)量各膜層前后同時(shí)打印。
[0007]所述的多層結(jié)構(gòu)是上電極與下電極之間的有機(jī)功能層和中間電極層的~次疊加實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的多層結(jié)構(gòu)中的上電極、下電極以及中間電極層呈并行條狀，且并行條狀電極之間填充同厚度的介質(zhì)層，上下相鄰的條狀電極呈十字交叉狀態(tài)。
[0009]所述的襯底為玻璃、石英、陶瓷或柔性基底。
[0010]所述的上電極、下電極以及中間電極層的厚度為50?200鹽，采用材料為銅、鎢、鎳、鋅、鋁中的一種金屬電極或者兩種及兩種以上的復(fù)合金屬電極或者氧化銦摻錫、氧化鋅摻鋁及其他導(dǎo)電材料。
[0011]所述的有機(jī)功能層的厚度為20?20011111，采用材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑以及其他具有阻變性能的有機(jī)材料或復(fù)合材料。
[0012]所述的與各層電極并行同厚度的介質(zhì)層材料為環(huán)氧樹(shù)脂、光敏樹(shù)脂及其他絕緣介質(zhì)材料。
[0013]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
該器件結(jié)構(gòu)方法以及30打印技術(shù)制備方法可實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)的疊加，從而實(shí)現(xiàn)多維存儲(chǔ)，提高器件的存儲(chǔ)密度；由于阻變功能材料均屬有機(jī)材料，該多層結(jié)構(gòu)器件可在柔性襯底上打印制備，實(shí)現(xiàn)柔性器件，用于高度集成的大容量多維存儲(chǔ)器領(lǐng)域；器件的結(jié)構(gòu)成分簡(jiǎn)單，采用30打印技術(shù)成本低，一旦建模完成操作簡(jiǎn)單易控，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明提供的一種采用30打印制備方法的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明提供的一種采用30打印制備方法的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0016]其中，101代表襯底；102代表電極，本實(shí)施例采用金屬鋁為陽(yáng)極；103代表有機(jī)功能層。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。但是所描述的實(shí)施例，僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，并不局限于此。
[0018]本發(fā)明涉及一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的3D打印制備方法，包括以下操作步驟:
1、建模，利用電腦建模軟件設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的模型，將該模型的軟件指令轉(zhuǎn)化為3D打印的機(jī)械設(shè)備指令，從而控制打印頭的運(yùn)動(dòng)路徑數(shù)據(jù)，并控制紫外光的的照射照射時(shí)間、熔融腔的溫度及激光的照射時(shí)間；
2、通過(guò)3D打印技術(shù)在襯底上打印下電極及中間介質(zhì)層，將用于制備電極及中間介質(zhì)層的材料分別加入到相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，該實(shí)施例采用鋁作為電極材料，采用光敏樹(shù)脂作為介質(zhì)材料，使其從各自的打印頭中打出。經(jīng)波長(zhǎng)為325nm、強(qiáng)度為30mw的紫外光照射擠出的液態(tài)光敏樹(shù)脂使其迅速固化形成，鋁電極則從基材熔融腔擠出經(jīng)固化裝置迅速固化。下電極呈條狀平行排布，寬度為3mm，相鄰條狀電極之間介質(zhì)層寬度為3mm，介質(zhì)層平行于電極填充打印。通過(guò)軟件控制打印頭的移動(dòng)，以此完成下電極-介質(zhì)層的打印，在玻璃襯底上形成一層平整的條狀排布的鋁電極，打印的下電極-介質(zhì)層厚度為10nm ；
3、通過(guò)3D打印技術(shù)打印有機(jī)功能層，將用于制備有機(jī)功能層的材料加入相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，該實(shí)施例采用液態(tài)摻雜有量子點(diǎn)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為阻變材料加入液槽中，使其從打印頭中打出，經(jīng)加熱固化裝置控制加熱溫度使其迅速固化；通過(guò)建模數(shù)據(jù)設(shè)置軟件控制打印頭的移動(dòng)，在下電極上打印出致密均勻的有機(jī)功能層，該層厚度為 8Onm ；
4、通過(guò)上述3D打印技術(shù)在有機(jī)功能層上打印第一中間電極-介質(zhì)層，將用于制備電極及中間介質(zhì)層的材料分別加入到相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，該實(shí)施例采用鋁作為電極材料，采用光敏樹(shù)脂作為介質(zhì)材料，使其從各自的打印頭中打出。經(jīng)波長(zhǎng)為325nm、強(qiáng)度為30mw的紫外光照射擠出的液態(tài)光敏樹(shù)脂使其迅速固化形成，鋁電極則從基材熔融腔擠出經(jīng)固化裝置迅速固化。按照建模數(shù)據(jù)輸入的指令控制打印頭在相應(yīng)的區(qū)域打印出于下電極呈十字交叉狀平行排布的條狀中間電極-介質(zhì)層，條狀電極的寬度為3mm，相鄰條狀電極之間介質(zhì)層寬度為3mm，介質(zhì)層平行于電極填充打印，在有機(jī)功能層上形成一層平整的條狀排布的招電極，打印的該電極-介質(zhì)層厚度為10nm;
5、以此方式通過(guò)3D打印技術(shù)按照附圖中模型結(jié)構(gòu)逐層打印四層結(jié)構(gòu)的有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，最后參照上述步驟2完成上電極的打印。
[0019]在該實(shí)施例中，也可采用在一個(gè)步進(jìn)范圍內(nèi)(Imm)各膜層前后同時(shí)打印實(shí)現(xiàn)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的3D打印制備方法，其特征在于，所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)是在襯底上形成的，包括:下電極、有機(jī)功能層、上電極、兩層有機(jī)功能層間的中間電極層、與各層電極并行同厚度的介質(zhì)層的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，按如下操作步驟進(jìn)行: 1)建模，利用電腦建模軟件設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的模型，將該模型的軟件指令轉(zhuǎn)化為3D打印的機(jī)械設(shè)備指令，從而控制打印頭的運(yùn)動(dòng)路徑數(shù)據(jù)，并控制紫外光的的照射照射時(shí)間、熔融腔的溫度及激光的照射時(shí)間； 2)通過(guò)3D打印技術(shù)在襯底上打印下電極及中間介質(zhì)層，將用于制備電極及中間介質(zhì)層的材料加入到相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，使其從各自的打印頭中打出，經(jīng)固化裝置迅速固化；通過(guò)軟件控制打印頭的移動(dòng)，打印完成下電極層； 3)通過(guò)3D打印技術(shù)打印有機(jī)功能層，將用于制備有機(jī)功能層的材料加入相應(yīng)的基材熔融腔或液槽中，使其從各自的打印頭中打出，經(jīng)固化裝置迅速固化；通過(guò)軟件控制打印頭的移動(dòng)，打印完成有機(jī)功能功能層； 4)以此方式通過(guò)3D打印技術(shù)逐層打印多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的各層，最后完成上電極的打印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的3D打印制備方法，其特征在于，所述打印各層膜結(jié)構(gòu)的步驟是在形成一層完整的膜結(jié)構(gòu)后再打印上一層膜結(jié)構(gòu)，或是按步進(jìn)量各膜層前后同時(shí)打印。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述的多層結(jié)構(gòu)是上電極與下電極之間的有機(jī)功能層和中間電極層的N次疊加實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述的多層結(jié)構(gòu)中的上電極、下電極以及中間電極層呈并行條狀，且并行條狀電極之間填充同厚度的介質(zhì)層，上下相鄰的條狀電極呈十字交叉狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述的襯底為玻璃、石英、陶瓷或柔性基底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述的上電極、下電極以及中間電極層的厚度為5(T200nm，采用材料為銅、鎢、鎳、鋅、鋁中的一種金屬電極或者兩種及兩種以上的復(fù)合金屬電極或者氧化銦摻錫、氧化鋅摻鋁及其他導(dǎo)電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述的有機(jī)功能層的厚度為2(T200nm，采用材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯咔唑以及其他具有阻變性能的有機(jī)材料或復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)有機(jī)阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述的與各層電極并行同厚度的介質(zhì)層材料為環(huán)氧樹(shù)脂、光敏樹(shù)脂及其他絕緣介質(zhì)材料。
【文檔編號(hào)】H01L51/05GK104409632SQ201410237604
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月31日
【發(fā)明者】李福山, 郭太良, 寇麗杰, 吳朝興 申請(qǐng)人:福州大學(xué)