专利名称：铁电随机存取芯片制造方法
技术领域：
本发明是关于一种随机存取芯片的制造方法，特别是有关于一种可印 刷全聚合物铁电随机存取芯片的制造方法。
背景技术：
传统的信息存储系统是将数据储存于单晶硅和多种金属、绝缘材料等 制成的电路中，电路在硅片上形成二维阵列。利用光刻技术，通过曝光和 选择性刻蚀等诸多步骤，将掩膜版上设计好的图形转移到硅片上。步骤繁 多，工艺复杂，加工时间长。
随着存储系统技术的发展，基于溶液的沉积和直接打印技术在功能材 料的上应用，提供了一种新的制造电子器件的可能性，例如有机场效应晶
体管(FET)，可以应用于低成本，大面积的柔性电子器件。因此基于溶液 沉积的铁电薄膜的随机存取信息存储器(FeRAM)受到越来越多的关注，因 为这类系统的记忆特性是即使电源断开，记忆状态并不消失或改变，只在 存储或读取数据时需要电源。早期的铁电随机存取技术主要是采用基于铁 电陶瓷薄膜的铁电随机存储技术，在硅基体上沉积铁电陶瓷薄膜，硅作为 栅极，而铁电陶瓷薄膜和金属电极作为源极和漏极。但对铁电陶瓷薄膜技 术的研究仅是一些基础方面的研究，未能取得可大规模应用的突破。
后来出现有以PZT[Pb(Zr,Ti)03]为电介质的铁电随机存储芯片，如日本 富士通以及韩国三星等公司的1T/1C架构的手机芯片，然后PZT电介质中的 铅(Pb)的毒性和PZT必须在高温(通常在100(rC以上)加工限制了它的进一 步发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁电随机存取芯片的制造方法，其可简化组 装工艺，并可以进行大规模连续生产，降低生产成本。
根据上述目的，本发明提出一种铁电随机存取芯片的制造方法，首先
在塑料基片上涂布导电高分子材料形成底电极；待干燥后在底电极上涂布
铁电聚合物；涂布完铁电聚合物后先在室温干燥，然后在烘箱中退火；待 铁电聚合物冷却至室温后，在铁电聚合物上涂布上电极；然后在大气中干 燥形成成品元件。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中在塑料基片上涂布 导电高分子材料形成底电极是通过调节导电高分子溶液配方在塑料基片 上印刷电极线。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中在塑料基片上涂布 导电高分子材料形成底电极是在塑料基片上涂布导电高分子薄膜。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中在底电极上涂布的 铁电聚合物是在已涂布有底电极的塑料基片上印刷铁电聚合物薄膜。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中在底电极上涂布的 铁电聚合物为聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，其中偏氟乙烯与三氟乙烯的单体摩 尔比为90: 10 50: 50。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中在底电极上涂布的 铁电聚合物的步骤还包括在聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解在溶剂中后过滤 溶液以除去机械杂质的步骤。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中在烘箱中退火的步
骤中退火温度为120 150 °C，退火时间为10 60分钟。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中上电极与底电极材 料相同，均由导电高分子制成。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中上电极材料由聚苯 乙烯磺酸(PSSH， Aldrich公司生产)和银粉(Aldrich公司生产)混合而成。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中上电极材料为纳米
导电银浆。
根据本发明的铁电随机存取芯片的制造方法，其中上电极用印刷的方
法印制到铁电聚合物上，上电极材料以商品导电聚苯胺(芬兰Panipol公司 生产)配制。
为达成前述目的，本发明一种铁电随机存取芯片，其包括一基体，形 成于基体上的底电极、形成于底电极上的铁电聚合物以及形成于铁电聚合 物上的上电极。
本发明以导电高分子为电极和接点，组装全部基于聚合物的信息存储 器，其"电路"可以用导电材料直接"印刷"在聚合物薄层上，摆脱了传统无 机晶体管制造中必须使用的真空过程和刻蚀技术，极大地简化了组装工 艺，可以进行大规模连续生产，降低了生产成本。
图l是依据本发明的芯片的结构示意图。
图2是本发明另一实施例的芯片结构示意图。
图3是本发明的芯片的记忆单元结构示意图。
图4是本发明的芯片制造方法流程图。
图5a是本发明的芯片的铁电性能的极化性能测试图。
图5b是本发明的芯片的铁电性能的老化性能测试图。
具体实施例方式
请参阅图l所示，其为依据本发明的第一实施例具有单一记忆单元的 芯片10结构示意图，其包括基体11及形成于基体11上的记忆单元12。在本 实施例中该芯片具有单一记忆单元，但并非用来限定本发明，如图2所示， 在其他实施方式中本发明的芯片10'可以具有若干记忆单元12'。
请参阅图3所示，本发明的芯片的记忆单元12其包括最底层的底电极 21、形成于底电极21上的铁电聚合物22以及形成于铁电聚合物22上的上电 极23。
请参阅图4所示，其显示本发明的芯片制造方法流程图，该方法包括
如下步骤
步骤41:首先在光滑平整的塑料基片上涂布导电高分子材料以形成底 电极(BE)。其中涂布导电高分子材料，可以是使用水溶性聚苯胺，通过
调节溶液配方，在塑料基片上印刷电极线。线宽在50微米，间隔在50至100 微米。线的末端加宽。也可以用适合于印刷或打印的金属或前体溶液。在 光滑平整的塑料基片上，如聚丙烯腈(PAN)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET), 涂布上导电高分子薄膜，如聚苯胺PANi，聚吡咯Ppy，聚乙撑二氧噻吩 (PEDOT)，等作为底电极。
步骤42:待已涂布有底电极的塑料基片干燥后，在已涂布有底电极的 塑料基片上印刷铁电聚合物。其中该铁电聚合物为铁电聚合物聚(偏氟乙 烯-三氟乙烯)(P(VDF/TrFE))。其中偏氟乙烯与三氟乙烯的单体摩尔比范 围为90: 10~50: 50，在本实施例中采用摩尔比为70: 30的比例。其涂布 的方法为将铁电聚合物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解于溶剂中，溶剂有二甲 基甲酰胺DMF，环己烷，二乙基碳酸酯等。在本实施例中的溶解浓度为 100ml溶剂溶解5g聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)。
在聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)完全溶解后还包括过滤溶液以除去机械杂 质的步骤，其中过滤器孔径在0.1到0.45微米之间。
然后利用溶解有聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的溶剂在已涂布有底电极的 塑料基片上涂布铁电聚合物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，即印刷形成铁电聚合 物薄膜。
步骤43:将涂布有铁电聚合物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的塑料基片现在 室温干燥，然后在烘箱中退火。其中退火温度为120 150 °C，退火时伺为 10 60分钟。
步骤44:待铁电聚合物冷却至室温后，在铁电聚合物上涂布上电极。
其中在本实施例中上电极的材料与底电极的材料相同。
步骤45:在50 80。C大气中干燥2 30分钟，形成成品元件。
这样，本发明的上电极与底电极相互交错， 一个"活性"信息存储单
元即由上下交叉的电极"线"间自发生成。
请参阅图5a与图5b所示，其分别为依据本发明第一实施方式的方法制 造的元件在室温经铁电性能测试的极化性能以及老化性能的测试图，其中 操作电压由聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的厚度决定，本例中为20V。通过极化 PUND测量，图5a显示了本发明的元件优良的快速极化反转性能，为记忆 单元的快速存取提供了可能。图5b表明本发明的芯片具有很好的老化性 能。
在本发明的第二实施例中基体，底电极和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的材 料和制备与第一实施例相同，与第一实施例不同的是第二实施例中上电极 材料由聚苯乙烯磺酸(PSSH， Aldrich公司生产)和银粉(Aldrich公司生产) 混合而成。配方为PSSH(5。/。水溶液)10克、银粉0.4克，在室温充分 搅拌，每次使用前再搅拌。
在本发明的第三实施例中基体，底电极和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的材 料和制备与第一实施例相同，与第一实施例不同的是第三实施例中上电极 材料为纳米导电银桨。纳米银配方为0.34 g (2mmol)醋酸银、4.82 g (20mmol)十六烷基胺、80 ml甲苯、0.22 g苯肼(PhNHNH2)，在60。C温度 下反应1小时。
在本发明的第三实施例中基体，底电极和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的材 料和制备与第一实施例相同，与第一实施例不同的是在第四实施例中上电 极是用印刷的方法印制到聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)薄膜上.上电极材料以商 品导电聚苯胺(芬兰Panipol公司生产)配制，配方为重量百分比8% Panipo112克、5%重量百分比的聚苯乙烯磺酸水溶液5克、表面活性剂 ZonylFS-300 (美国杜邦公司，重量百分比30%水溶液)0.5克、去离子水 15克。
本发明以导电高分子为电极和接点，组装全部基于聚合物的信息存储 器，其"电路"可以用导电材料直接"印刷"在聚合物薄层上，摆脱了传统无 机晶体管制造中必须使用的真空过程和刻蚀技术，极大地简化了组装工 艺，可以进行大规模连续生产，降低了生产成本。
权利要求
1.一种铁电随机存取芯片的制造方法，其特征在于包括如下步骤首先在塑料基片上涂布导电高分子材料形成底电极；待干燥后在底电极上涂布铁电聚合物；涂布完铁电聚合物后先在室温干燥，然后在烘箱中退火；待铁电聚合物冷却至室温后，在铁电聚合物上涂布上电极；然后在大气中干燥形成成品元件。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于在塑料基片上涂布导电高分 子材料形成底电极的步骤是通过调节导电高分子溶液配方在塑料基片上 印刷电极线。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于在塑料基片上涂布导电高 分子材料形成底电极的步骤是在塑料基片上涂布导电高分子薄膜。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于在底电极上涂布铁电聚合物 的步骤是在已涂布有底电极的塑料基片上印刷铁电聚合物薄膜。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于在底电极上涂布的铁电聚合物为聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，其中偏氟乙烯与三氟乙烯的单体摩尔比为 卯10~50: 50。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于在底电极上涂布的铁电聚 合物的步骤还包括在聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解在溶剂中后过滤溶液以 除去机械杂质的步骤。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于在烘箱中退火的步骤中退 火温度为120 150'C，退火时间为10 60分钟。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于上电极与底电极材料相同， 均由导电高分子制成。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于上电极材料由聚苯乙烯磺 酸和银粉混合而成。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于上电极材料的配方为重量 百分比5%的聚苯乙烯磺酸水溶液8-12克、银粉0.2-0.6克，在室温充 分搅拌，每次使用前再搅拌。
11. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于上电极材料为纳米导电银 浆，上电极材料纳米银的配方为0.3-0.4 g (2mmol)醋酸银、4-6 g (20mmo1) 十六烷基胺、70-100 ml甲苯、0.2-0.3 g苯肼，在6(TC温度下反应1小时。
12. 如权利要求l所述的方法，其特征在于上电极用印刷的方法印制 到铁电聚合物上，上电极材料以商品导电聚苯胺配制。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于上电极的配方为重量 百分比8%的导电聚苯胺10-13克、重量百分比5%的聚苯乙烯磺酸水溶液 5克、重量百分比30%的表面活性剂Zonyl FS-300水溶液0.25-0.75克、去 离子水12-18克。
全文摘要
本发明提出一种可印刷全聚合物铁电随机存取芯片制造方法，其以导电高分子为电极和接点，组装全部基于聚合物的信息存储器，其“电路”可以用导电材料直接“印刷”在聚合物薄层上，摆脱了传统无机晶体管制造中必须使用的真空过程和刻蚀技术，极大地简化了组装工艺，可以进行大规模连续生产，降低了生产成本。
文档编号H01L21/70GK101359592SQ20071004433
公开日2009年2月4日 申请日期2007年7月30日 优先权日2007年7月30日
发明者徐海生 申请人:徐海生