专利名称：射频识别芯片的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种射频识别芯片，特别是有关于一种改进存储芯片的 低成本射频识别芯片。
背景技术：
射频识别(RF-ID)由于在物流，零售，公共交通，生产过程管理及军 事等方面的广阔应用，被认为是最有发展前途的信息技术之一。许多国家 和地区以及国际跨国公司都在加速推动射频识别技术的研发和应用进程。
传统的射频识别芯片采用的是硅芯片，而硅芯片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(TC以上)加工限制了它的进
一步发展。
目前的射频识别芯片是硅芯片，价格高，严重制约了射频识别技术的 进一步推广和应用。因此，开发低成本的基于铁电随机存取芯片的射频识 别芯片成为一种发展方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种射频识别芯片，其芯片结构简单，成本较低。
本发明的目的是通过以下技术方案来得以实现的首先在塑料基片上 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；在基片上 周围用导电墨水印刷天线。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，其中上电极与底电极材料相 同，均由导电高分子制成。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，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。
根据本发明的射频识别芯片的制造方法，其中印刷天线的导电墨水为 导电高分子墨水或适于印刷或打印的金属或前体溶液。
本发明以导电高分子或纳米金属(金或银)墨水经打印或印刷而成电极 和接点，以铁电高分子聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)共聚物为电介质，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，同时天线也由导电墨水直接打印或印刷而成，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是本发明的射频识别芯片结构示意图。 图2是本发明含操作电路的射频识别芯片结构示意图。 图3是本发明的射频识别芯片的记忆单元的详细结构示意图。 图4是本发明的射频识别芯片的制造方法流程图。 图5A是本发明的射频识别芯片的记忆单元的铁电性能的极化性能测 试图。
图5B是本发明的射频识别芯片的记忆单元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，其为依据本发明的可印刷全聚合物射频识别芯片IO 的结构示意图。其包括基体ll、设置于基体11上的芯片单元12以及设置于 芯片单元12周围的天线13。
请参阅图2所示，其中该射频识别芯片10的芯片单元12包括记忆单元 21和操作电路22，其中操作电路22可以在记忆单元21所在平面的下方或同 一平面的外侧。
请参阅图3所示为本发明射频识别芯片10的记忆单元21的详细结构示 意图。其中记忆单元21包括底层的底电极3K形成于底电极31上的铁电聚 合物32以及形成于铁电聚合物32上的上电极33。
请参阅图4所示，其为本发明射频识别芯片10的记忆单元21的制造方 法流程图，其包括如下步骤
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:待己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DMF, 环己垸，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，退火时间为 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。上电极的图案可用 喷墨打印的方法印制到聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)薄膜上。利用一种普通的 办公室喷墨打印机，将墨盒中原来的普通墨水取出并彻底清洗墨盒，装进
导电高分子油墨进行打印即可。在本实施例中该上电极为直径为0.5毫米的 圆形。
步骤45:在50 8(TC大气中干燥2 30分钟，形成记忆单元成品。 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显示了本发明的记忆单元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表明本发明的记忆单元具有很好 的老化性能。
在形成记忆单元后，可以在基体上印刷天线(步骤46)，天线也由导 电墨水直接打印或印刷而成，其中导电墨水可以是导电高分子墨水，如聚 苯胺PANi，聚吡咯Ppy， PEDOT等。另外，适合于印刷或打印的金属或前 体溶液由纳米银或纳米金也可作为印刷天线的导电墨水。
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。配方为聚苯乙烯磺酸(重量百分比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浆。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。
在本发明的第四实施例中，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'.导电聚苯胺(重 量百分比8%12克、聚苯乙烯磺酸(重量百分比5%水溶液)5克、表面活 性剂ZonylFS-300 (重量百分比30。/。水溶液，美国杜邦公司)0.5克、去离 子水15克。
本发明的射频识别芯片其在记忆单元层面上没有晶体管，极大地简化 了芯片的结构，操作电路可以在记忆阵列平面下方或同一平面的外侧，可 以克服印刷全聚合物芯片线度大于传统硅芯片的缺点。而本发明的制造方 法，以导电高分子或纳米金属(金或银)墨水经打印或印刷而成电极和接点， 以铁电高分子聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)共聚物[P(VDF-TrFE)]为电介质，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，同时天线也由导电墨水直接打印或印刷而成，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、一种射频识别芯片，其特征在于其包括一基体，形成于基体上的芯片单元及设置于芯片单元周围的天线，其中芯片单元包括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。
2、 如权利要求l所述的射频识别芯片，其特征在于所述铁电聚合物 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。
3、 如权利要求l所述的射频识别芯片，其特征在于上电极和下电极 材料相同均为导电高分子。
4、 如权利要求l所述的射频识别芯片，其特征在于上电极材料由 聚苯乙烯磺酸和银粉混合而成。
5、 如权利要求4所述的射频识别芯片，其特征在于上电极材料的配方为重量百分比5%聚苯乙烯磺酸水溶液8-10克、银粉0.2-0.6克，在室温充分搅拌，每次使用前再搅拌。
6、 如权利要求l所述的射频识别芯片，其特征在于上电极材料为纳米导电银浆。
7、 如权利要求6所述的射频识别芯片，其特征在于上电极材料纳米 银的配方为0.3-0.4 g(2mmol)醋酸银、4-6 g (20mmol)十六烷基胺、70-100 ml甲苯、0.2-0.3 g苯肼，在60'C温度下反应1小时。
8、 如权利要求l所述的射频识别芯片，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(芬兰Panipol) 配制。
9、 如权利要求8所述的射频识别芯片，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。
10、如权利要求l所述的射频识别芯片，其特征在于天线是由导电 墨水直接打印或印刷而成，其中导电墨水可以是导电高分子墨水或适合于 印刷或打印的金属或前体溶液。
全文摘要
本发明提出一种可印刷全聚合物射频识别芯片，其以导电高分子或纳米金属(金或银)墨水经打印或印刷而成电极和接点，以铁电高分子聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)共聚物[P(VDF-TrFE)]为电介质，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，同时天线也由导电墨水直接打印或印刷而成，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G06K19/077GK101359668SQ20071004433
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