专利名称：一种防串扰的柔性透明存储阵列及其制备方法
技术领域：
本发明涉及柔性透明电子系统，具体涉及一种防串扰的柔性透明存储阵列及其制备方法。
背景技术：
近年来，集成电路得到迅猛的发展，其应用越来越广泛。与此同时电子系统也正在与越来越多的其他类系统相结合，进而发挥更强大的功能和作用。在这种发展趋势下，一种特殊的电路系统一柔性透明电子系统应运而生。柔性透明电子系统在卷曲或伸缩的同时具有透光功能，因此可以覆盖安装在任意曲面或者移动部件之上，大大扩展了电子系统的应用范围，尤其是在柔性透明显示等领域有广阔的应用前景，例如，目前已经有可弯曲透明手机和可弯曲透明平板电脑等电子产品问世。阻变存储器RRAM是一种新概念非挥发型存储器，阻变存储器的存储单元一般为金属/功能薄膜层/金属三层结构，称三明治结构。其基本原理在于，材料的电阻在外加电压或电流的激励下可在高阻态(“O”状态)和低阻态(“I”状态)之间实现可逆转换，从而实现数据存储(存“O”或存“I”)的功能。同传统flash相比，阻变存储器具有结构和制备工艺简单、速度快、操作电压低等优点。同时，阻变存储器由于简单的单元结构，可以采用交叉阵列结构制备成存储阵列。这种交叉阵列结构工艺简单、密度高、并具有较好的等比缩小能力，体现了制备多层重叠交叉阵列和三维集成的潜力。但是如果把制备的存储阵列直接应用到电路中，则会因阵列中存在串扰和泄漏电流问题导致集成电路无法正常工作。以 2x2的存储器的集成阵列为例，当四个相邻的存储器中的一个是高阻而其他三个都是低阻状态时，在读取高阻态的电阻时，电流不再通过该高阻的存储器，而是通过周围的三个低阻的存储器，形成电流通道，从而造成误读，这就是串扰现象，如图I所示。事实上，串扰并不是只发生在与三个低阻的存储器相邻的这个高阻的存储器上，三个低阻的存储器形成的这个电流通道对周围其他的高阻态也会有影响。为适应器件的等比例缩小，高密度集成和高可靠性，有必要在存储阵列上引入驱动管以解决串扰问题。在电路中驱动管起选择和隔离的作用，当对高阻的存储器操作时，驱动管打开，这样就选择了所需操作的存储器；当对低阻的存储器操作时，驱动管关闭，避免对周围单元的误操作以及产生读取串扰，起隔离的作用，从而有效地解决了集成阵列中的串扰问题。近年来，有文章报道过制备在柔性衬底、硅基及玻璃衬底上的晶体管和阻变存储器或二极管和阻变存储器的存储阵列。但由于作为驱动管使用的晶体管或二极管以及阻变器件的电极薄膜(大多数为金属)或介质层材料不是透明的，所以并不能达到柔性透明的效果。此外，晶体管的制作工序复杂，需要经过高温过程，能耗较多。二极管则因其整流特性，要求RRAM器件必须是单极性或无极性(即必须能够使用同一极性的不同电压实现存储单元的擦写)，否则只能实现存储单元的一次写入多次读取。这些不足都在一定程度上限制了存储阵列的应用范围。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种可解决电路串扰问题的柔性透明存储阵列及其制备方法，以改变当前器件的应用和存在方式，使得防串扰的柔性便携式存储成为可能。本发明的一个目的在于提供一种防串扰的柔性透明存储阵列。本发明的柔性透明存储阵列包括柔性透明的衬底；形成在衬底上的m个条状的底电极；形成在底电极上的功能层；形成在功能层上的电极层；底电极、功能层和电极层构成透明的选择管；形成在电极层上的阻变存储层；形成在阻变存储层上并与底电极相交叉的η个条状的顶电极；穿透阻变存储层、电极层和功能层并与底电极相连的引出电极；在引出电极和阻变存储层和电极层的侧壁之间的隔离侧墙；电极层、阻变存储层和顶电极构成透明的阻变存储器，上述结构均采用透明的材料，m个条状的底电极与η个条状的顶电极相交的部分形成m*n的存储阵列,其中，m和η为自然数。选择管和阻变存储层共用电极层，电极层作为选择管的顶电极，同时作为阻变存储器的顶电极。衬底为聚对二甲苯(Parylene)等柔性透明的材料，以及如聚酰亚胺PI薄膜、聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN薄膜等的塑料及橡胶材料中的一种。选择管为柔性透明的选择管，底电极的材料为ΖΑ0、氧化铟锡ΙΤ0、石墨烯薄膜以及导电高分子材料聚乙撑二氧噻吩PEDOT等透明的导电材料中的一种，功能层的材料为二氧化钛TiO2或二氧化钒VO2等透明的过渡金属氧化物。所述阻变存储器为具有双极型开关功能的透明有机阻变存储器。电极层采用ΖΑ0、氧化铟锡ΙΤ0、石墨烯薄膜以及导电高分子材料聚乙撑二氧噻吩 PEDOT等透明的导电材料中的一种，阻变存储层的材料为聚对二甲苯聚合物为聚对二甲苯 C型、聚对二甲苯N型以及聚对二甲苯D型材料中的一种，顶电极的材料为掺铝氧化锌ΖΑ0。阻变存储器的阻变存储层的材料采用具有阻变特性的绝缘、透明的有机材料，制备过程不涉及高温，因此降低了能耗。本发明采用选择管作为驱动管，选择管的双向导通的特性实现了电路对存储单元的重复擦除与写入，并解决了串扰问题。选择管作为存储阵列的驱动管，解决了晶体管占用面积大、二极管单极性操作的限制，可以适应器件按比例缩小的进程，而且，选择管的制备工艺简单，节省成本。本发明的柔性透明存储阵列把“柔性透明电子系统”、“驱动管”以及“阻变存储器”三者结合在一起，它除了具有阻变存储器本身的特性外，还具备柔性、透明等优点， 尤其是解决了存储器在集成阵列中串扰的问题，制备的存储阵列可广泛应用在电子纸张 (e-paper)、柔性透明显示(例如电子显示屏)及其他相关电子系统中。本发明的另一个目的在于提供一种防串扰的柔性透明存储阵列的制备方法。本发明的防串扰的柔性透明存储阵列的制备方法包括以下步骤I)在硅或玻璃的基片上形成柔性透明的衬底；2)在衬底上生长一层柔性透明的导电层，光刻图形化，形成m个条状的底电极，m 为自然数；
3)在底电极上溅射厚度50 120nm的透明的氧化物薄膜，形成功能层；4)在功能层上溅射厚度100 300nm的透明的导电薄膜，形成电极层，从而制备得到了透明的选择管；5)涂覆一层光刻胶，光刻并刻蚀至底电极的上表面，形成通孔；6)淀积厚度30 60nm的阻变材料，形成阻变存储层；7)光刻刻蚀在底电极上的部分阻变材料，从而定义出底电极的引出通孔，同时，形成隔离侧墙；8)在阻变存储层上生长柔性透明的导电层，光刻图形化，形成η个条状的顶电极， 同时形成底电极的引出电极，η为自然数；9)分离柔性透明的衬底与基片。本发明的有益效果I)既环保又节省制造成本，而且器件是柔性透明结构，可通过透明的封装工艺将其制作在透明设备或物品上，尤其可推动新一代显示技术，是适应未来发展的绿色环保器件;2)在实现柔性、透明等技术优点的同时有效地解决了集成阵列中的串扰问题，而且选择管阵列的编程窗口较大，使其更加实用化；3)制备过程几乎不涉及高温工艺，降低了能耗，节省了制备时间，而且与现有工艺具有良好的兼容性。
图I为现有的存储器的集成阵列中出现串扰的示意图；图2为本发明的防串扰的柔性透明存储阵列的实施例的剖面图；图3至图10为本发明的防串扰的柔性透明存储阵列制备方法的实施例的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图，通过实施例，进一步阐述本发明。图2为本发明所提供的一种防串扰的柔性透明存储阵列的实施例的剖面图，如图所示，存储阵列包括柔性透明的衬底I ;形成在衬底上的m个条状的底电极2 ;形成在底电极上的功能层3 ;形成在功能层上的电极层4 ;形成在电极层上的阻变存储层5 ;形成在阻变存储层上并与底电极相交叉的η个条状的顶电极6 ;穿透阻变存储层、电极层和功能层并与底电极相连的引出电极7 ;在引出电极和阻变存储层和电极层的侧壁之间的隔离侧墙8 ； 上述结构均采用柔性透明的材料，m个条状的底电极与η个条状的顶电极相交的部分形成 m*n的存储阵列,其中，m和η为自然数。本发明所公开的防串扰的柔性透明存储阵列的一个实施例的制备方法如下I)利用聚合物(Polymer)化学气相沉积 CVD (Chemical Vapor Deposition)技术， 在硅或玻璃的基片10上淀积聚对二甲苯(Parylene)的厚膜，作为存储阵列的衬底1，厚度在2μπι和500 μ m之间，如图3所示；2)利用物理气相淀积PVD或其他集成电路IC(integrated circuit)工艺中的成膜方法，在Parylene的衬底I上生长一层约60nm厚度的ZAO的导电层，并采用标准光刻技术使导电层图形化，形成2个条状的底电极2，如图4所示；3)利用磁控溅射方法，在底电极2上溅射TiO2透明的氧化物薄膜，形成功能层3 ；4)利用磁控溅射方法，在功能层3上溅射ZAO透明的氧化物薄膜，形成电极层4， 由此，制得了以ZAO为底电极2，以TiO2为功能层3和以ZAO的电极层4为顶电极的透明的选择管，如图5所示；5)旋涂一层光刻胶，光刻图形化后刻蚀至底电极2的上表面停止，去除光刻胶获得通孔，如图6所示；6)利用Polymer CVD技术,在电极层4上生长一层聚对二甲苯C型(Parylene-C) 的阻变材料作为阻变存储层5，厚度约为40nm，如图7所示；7)利用光刻技术，采用刻蚀方法去掉部分在底电极2上的部分阻变材料，从而定义出底电极的引出通孔，同时，被保护的Parylene薄膜又可以形成隔离侧墙8，保护引出通孔的四壁，以免在通孔中灌入导电材料时底电极与中间层接触，去除光刻胶，如图8所示， 在此Parylene不仅作为器件的有源层，而且起到了自隔离保护的作用；8)利用常规光刻工艺，图形化后采用物理气相淀积PVD方法溅射ITO薄膜，厚度约 lOOnm，采用剥离的方法定义出2个条状的顶电极6，同时形成引出电极7将底电极引出，如图9所示；9)分离柔性的衬底I与硅或玻璃基片10，获得防串扰的柔性透明存储阵列，如图 10所示。从而，两个条状的顶电极与两个条状的底电极交叉的部分形成了选择管和阻变存储器构成的2*2的柔性透明存储阵列。最后应说明的是虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明使用的材料，结构及其制备方法，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，例如，驱动管的制作材料由无机材料换为有机材料，更换其他可弯曲透明衬底和电极等。其制备方法也不限于实施例中所公开的内容，因此本发明的保护范围视权利要求范围所界定。
权利要求
1.一种柔性透明存储阵列，其特征在于，所述存储阵列包括柔性透明的衬底⑴；形成在衬底上的m个条状的底电极(2);形成在底电极上的功能层(3);形成在功能层上的电极层(4);底电极、功能层和电极层构成透明的选择管；形成在电极层上的阻变存储层(5)； 形成在阻变存储层上并与底电极相交叉的η个条状的顶电极￠);穿透阻变存储层、电极层和功能层并与底电极相连的引出电极(7);在引出电极和阻变存储层和电极层的侧壁之间的隔离侧墙(8);电极层、阻变存储层和顶电极构成透明的阻变存储器，上述结构均采用透明的材料，m个条状的底电极与η个条状的顶电极相交的部分形成m*n的存储阵列,其中和η为自然数。
2.如权利要求I所述的存储阵列，其特征在于，所述衬底为聚对二甲苯等柔性透明的材料，以及如聚酰亚胺PI薄膜、聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯PEN薄膜等的塑料及橡胶材料中的一种。
3.如权利要求I所述的存储阵列，其特征在于，所述底电极和电极层的材料分别为掺铝氧化锌ΖΑ0、氧化铟锡ΙΤ0、石墨烯薄膜以及导电高分子材料聚乙撑二氧噻吩PEDOT等透明的导电材料中的一种。
4.如权利要求I所述的存储阵列，其特征在于，所述功能层的材料为二氧化钛TiO2或二氧化钒VO2等透明的过渡金属氧化物。
5.如权利要求I所述的存储阵列，其特征在于，所述阻变存储层的材料为聚对二甲苯聚合物为聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型以及聚对二甲苯D型材料中的一种。
6.一种柔性透明存储阵列的制备方法包括以下步骤1)在硅或玻璃的基片上形成柔性透明的衬底；2)在衬底上生长一层柔性透明的导电层，光刻图形化，形成m个条状的底电极，m为自然数；3)在底电极上溅射透明的氧化物薄膜，形成功能层；4)在功能层上溅射透明的导电薄膜，形成电极层，从而制备得到了透明的选择管；5)涂覆一层光刻胶，光刻并刻蚀至底电极的上表面，形成通孔；6)淀积阻变材料，形成阻变存储层；7)光刻刻蚀在底电极上的部分阻变材料，从而定义出底电极的引出通孔，同时，形成隔离侧墙；8)在阻变存储层上生长柔性透明的导电层，光刻图形化，形成η个条状的顶电极，同时形成底电极的引出电极，η为自然数；9)分离柔性透明的衬底与基片。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤I)中，所述衬底的厚度在2 500 μ m之间。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述功能层的厚度在 50 120nm之间。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，所述电极层的厚度在 100 300nm之间。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤6)中，所述阻变存储层的厚度在30 60nm之间。
全文摘要
本发明公开了一种防串扰的柔性透明存储阵列及其制备方法。本发明采用透明的选择管作为驱动管，选择管的双向导通的特性实现了电路对存储单元的重复擦除与写入，并解决了串扰问题。选择管作为存储阵列的驱动管，解决了晶体管占用面积大、二极管单极性操作的限制，可以适应器件按比例缩小的进程，而且，选择管的制备工艺简单，节省成本。本发明的材料均采用柔性透明的材料，柔性透明存储阵列把“柔性透明电子系统”、“驱动管”以及“阻变存储器”三者结合在一起，它除了具有阻变存储器本身的特性外，还具备柔性、透明等优点，尤其是解决了存储器在集成阵列中串扰的问题，制备的存储阵列可广泛应用在电子纸张、柔性透明显示及其他相关电子系统中。
文档编号H01L45/00GK102593142SQ20121006832
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者唐昱, 张兴, 白文亮, 蔡一茂, 黄如 申请人:北京大学