專利名稱：鐵電隨機存取芯片制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種隨機存取芯片的制造方法，特別是有關(guān)于一種可印 刷全聚合物鐵電隨機存取芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的信息存儲系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)儲存于單晶硅和多種金屬、絕緣材料等 制成的電路中，電路在硅片上形成二維陣列。利用光刻技術(shù)，通過曝光和 選擇性刻蝕等諸多步驟，將掩膜版上設(shè)計好的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。步驟繁 多，工藝復(fù)雜，加工時間長。
隨著存儲系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，基于溶液的沉積和直接打印技術(shù)在功能材 料的上應(yīng)用，提供了一種新的制造電子器件的可能性，例如有機場效應(yīng)晶
體管(FET)，可以應(yīng)用于低成本，大面積的柔性電子器件。因此基于溶液 沉積的鐵電薄膜的隨機存取信息存儲器(FeRAM)受到越來越多的關(guān)注，因 為這類系統(tǒng)的記憶特性是即使電源斷開，記憶狀態(tài)并不消失或改變，只在 存儲或讀取數(shù)據(jù)時需要電源。早期的鐵電隨機存取技術(shù)主要是采用基于鐵 電陶瓷薄膜的鐵電隨機存儲技術(shù)，在硅基體上沉積鐵電陶瓷薄膜，硅作為 柵極，而鐵電陶瓷薄膜和金屬電極作為源極和漏極。但對鐵電陶瓷薄膜技 術(shù)的研究僅是一些基礎(chǔ)方面的研究，未能取得可大規(guī)模應(yīng)用的突破。
后來出現(xiàn)有以PZT[Pb(Zr,Ti)03]為電介質(zhì)的鐵電隨機存儲芯片，如日本 富士通以及韓國三星等公司的1T/1C架構(gòu)的手機芯片，然后PZT電介質(zhì)中的 鉛(Pb)的毒性和PZT必須在高溫(通常在100(rC以上)加工限制了它的進一 步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鐵電隨機存取芯片的制造方法，其可簡化組 裝工藝，并可以進行大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提出一種鐵電隨機存取芯片的制造方法，首先
在塑料基片上涂布導(dǎo)電高分子材料形成底電極；待干燥后在底電極上涂布
鐵電聚合物；涂布完鐵電聚合物后先在室溫干燥，然后在烘箱中退火；待 鐵電聚合物冷卻至室溫后，在鐵電聚合物上涂布上電極；然后在大氣中干 燥形成成品元件。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中在塑料基片上涂布 導(dǎo)電高分子材料形成底電極是通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電高分子溶液配方在塑料基片 上印刷電極線。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中在塑料基片上涂布 導(dǎo)電高分子材料形成底電極是在塑料基片上涂布導(dǎo)電高分子薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中在底電極上涂布的 鐵電聚合物是在已涂布有底電極的塑料基片上印刷鐵電聚合物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中在底電極上涂布的 鐵電聚合物為聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，其中偏氟乙烯與三氟乙烯的單體摩 爾比為90: 10 50: 50。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中在底電極上涂布的 鐵電聚合物的步驟還包括在聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解在溶劑中后過濾 溶液以除去機械雜質(zhì)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中在烘箱中退火的步
驟中退火溫度為120 150 °C，退火時間為10 60分鐘。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中上電極與底電極材 料相同，均由導(dǎo)電高分子制成。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中上電極材料由聚苯 乙烯磺酸(PSSH， Aldrich公司生產(chǎn))和銀粉(Aldrich公司生產(chǎn))混合而成。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中上電極材料為納米
導(dǎo)電銀漿。
根據(jù)本發(fā)明的鐵電隨機存取芯片的制造方法，其中上電極用印刷的方
法印制到鐵電聚合物上，上電極材料以商品導(dǎo)電聚苯胺(芬蘭Panipol公司 生產(chǎn))配制。
為達成前述目的，本發(fā)明一種鐵電隨機存取芯片，其包括一基體，形 成于基體上的底電極、形成于底電極上的鐵電聚合物以及形成于鐵電聚合 物上的上電極。
本發(fā)明以導(dǎo)電高分子為電極和接點，組裝全部基于聚合物的信息存儲 器，其"電路"可以用導(dǎo)電材料直接"印刷"在聚合物薄層上，擺脫了傳統(tǒng)無 機晶體管制造中必須使用的真空過程和刻蝕技術(shù)，極大地簡化了組裝工 藝，可以進行大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本。


圖l是依據(jù)本發(fā)明的芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明另一實施例的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的芯片的記憶單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明的芯片制造方法流程圖。
圖5a是本發(fā)明的芯片的鐵電性能的極化性能測試圖。
圖5b是本發(fā)明的芯片的鐵電性能的老化性能測試圖。
具體實施例方式
請參閱圖l所示，其為依據(jù)本發(fā)明的第一實施例具有單一記憶單元的 芯片10結(jié)構(gòu)示意圖，其包括基體11及形成于基體11上的記憶單元12。在本 實施例中該芯片具有單一記憶單元，但并非用來限定本發(fā)明，如圖2所示， 在其他實施方式中本發(fā)明的芯片10'可以具有若干記憶單元12'。
請參閱圖3所示，本發(fā)明的芯片的記憶單元12其包括最底層的底電極 21、形成于底電極21上的鐵電聚合物22以及形成于鐵電聚合物22上的上電 極23。
請參閱圖4所示，其顯示本發(fā)明的芯片制造方法流程圖，該方法包括
如下步驟
步驟41:首先在光滑平整的塑料基片上涂布導(dǎo)電高分子材料以形成底 電極(BE)。其中涂布導(dǎo)電高分子材料，可以是使用水溶性聚苯胺，通過
調(diào)節(jié)溶液配方，在塑料基片上印刷電極線。線寬在50微米，間隔在50至100 微米。線的末端加寬。也可以用適合于印刷或打印的金屬或前體溶液。在 光滑平整的塑料基片上，如聚丙烯腈(PAN)，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET), 涂布上導(dǎo)電高分子薄膜，如聚苯胺PANi，聚吡咯Ppy，聚乙撐二氧噻吩 (PEDOT)，等作為底電極。
步驟42:待已涂布有底電極的塑料基片干燥后，在已涂布有底電極的 塑料基片上印刷鐵電聚合物。其中該鐵電聚合物為鐵電聚合物聚(偏氟乙 烯-三氟乙烯)(P(VDF/TrFE))。其中偏氟乙烯與三氟乙烯的單體摩爾比范 圍為90: 10~50: 50，在本實施例中采用摩爾比為70: 30的比例。其涂布 的方法為將鐵電聚合物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解于溶劑中，溶劑有二甲 基甲酰胺DMF，環(huán)己烷，二乙基碳酸酯等。在本實施例中的溶解濃度為 100ml溶劑溶解5g聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)。
在聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)完全溶解后還包括過濾溶液以除去機械雜 質(zhì)的步驟，其中過濾器孔徑在0.1到0.45微米之間。
然后利用溶解有聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的溶劑在已涂布有底電極的 塑料基片上涂布鐵電聚合物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，即印刷形成鐵電聚合 物薄膜。
步驟43:將涂布有鐵電聚合物聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的塑料基片現(xiàn)在 室溫干燥，然后在烘箱中退火。其中退火溫度為120 150 °C，退火時伺為 10 60分鐘。
步驟44:待鐵電聚合物冷卻至室溫后，在鐵電聚合物上涂布上電極。
其中在本實施例中上電極的材料與底電極的材料相同。
步驟45:在50 80。C大氣中干燥2 30分鐘，形成成品元件。
這樣，本發(fā)明的上電極與底電極相互交錯， 一個"活性"信息存儲單
元即由上下交叉的電極"線"間自發(fā)生成。
請參閱圖5a與圖5b所示，其分別為依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的方法制 造的元件在室溫經(jīng)鐵電性能測試的極化性能以及老化性能的測試圖，其中 操作電壓由聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的厚度決定，本例中為20V。通過極化 PUND測量，圖5a顯示了本發(fā)明的元件優(yōu)良的快速極化反轉(zhuǎn)性能，為記憶 單元的快速存取提供了可能。圖5b表明本發(fā)明的芯片具有很好的老化性 能。
在本發(fā)明的第二實施例中基體，底電極和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的材 料和制備與第一實施例相同，與第一實施例不同的是第二實施例中上電極 材料由聚苯乙烯磺酸(PSSH， Aldrich公司生產(chǎn))和銀粉(Aldrich公司生產(chǎn)) 混合而成。配方為PSSH(5。/。水溶液)10克、銀粉0.4克，在室溫充分 攪拌，每次使用前再攪拌。
在本發(fā)明的第三實施例中基體，底電極和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的材 料和制備與第一實施例相同，與第一實施例不同的是第三實施例中上電極 材料為納米導(dǎo)電銀槳。納米銀配方為0.34 g (2mmol)醋酸銀、4.82 g (20mmol)十六烷基胺、80 ml甲苯、0.22 g苯肼(PhNHNH2)，在60。C溫度 下反應(yīng)1小時。
在本發(fā)明的第三實施例中基體，底電極和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)的材 料和制備與第一實施例相同，與第一實施例不同的是在第四實施例中上電 極是用印刷的方法印制到聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)薄膜上.上電極材料以商 品導(dǎo)電聚苯胺(芬蘭Panipol公司生產(chǎn))配制，配方為重量百分比8% Panipo112克、5%重量百分比的聚苯乙烯磺酸水溶液5克、表面活性劑 ZonylFS-300 (美國杜邦公司，重量百分比30%水溶液)0.5克、去離子水 15克。
本發(fā)明以導(dǎo)電高分子為電極和接點，組裝全部基于聚合物的信息存儲 器，其"電路"可以用導(dǎo)電材料直接"印刷"在聚合物薄層上，擺脫了傳統(tǒng)無 機晶體管制造中必須使用的真空過程和刻蝕技術(shù)，極大地簡化了組裝工 藝，可以進行大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.一種鐵電隨機存取芯片的制造方法，其特征在于包括如下步驟首先在塑料基片上涂布導(dǎo)電高分子材料形成底電極；待干燥后在底電極上涂布鐵電聚合物；涂布完鐵電聚合物后先在室溫干燥，然后在烘箱中退火；待鐵電聚合物冷卻至室溫后，在鐵電聚合物上涂布上電極；然后在大氣中干燥形成成品元件。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在塑料基片上涂布導(dǎo)電高分 子材料形成底電極的步驟是通過調(diào)節(jié)導(dǎo)電高分子溶液配方在塑料基片上 印刷電極線。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于在塑料基片上涂布導(dǎo)電高 分子材料形成底電極的步驟是在塑料基片上涂布導(dǎo)電高分子薄膜。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在底電極上涂布鐵電聚合物 的步驟是在已涂布有底電極的塑料基片上印刷鐵電聚合物薄膜。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在底電極上涂布的鐵電聚合物為聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，其中偏氟乙烯與三氟乙烯的單體摩爾比為 卯10~50: 50。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在底電極上涂布的鐵電聚 合物的步驟還包括在聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)溶解在溶劑中后過濾溶液以 除去機械雜質(zhì)的步驟。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于在烘箱中退火的步驟中退 火溫度為120 150'C，退火時間為10 60分鐘。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于上電極與底電極材料相同， 均由導(dǎo)電高分子制成。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于上電極材料由聚苯乙烯磺 酸和銀粉混合而成。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于上電極材料的配方為重量 百分比5%的聚苯乙烯磺酸水溶液8-12克、銀粉0.2-0.6克，在室溫充 分攪拌，每次使用前再攪拌。
11. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于上電極材料為納米導(dǎo)電銀 漿，上電極材料納米銀的配方為0.3-0.4 g (2mmol)醋酸銀、4-6 g (20mmo1) 十六烷基胺、70-100 ml甲苯、0.2-0.3 g苯肼，在6(TC溫度下反應(yīng)1小時。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于上電極用印刷的方法印制 到鐵電聚合物上，上電極材料以商品導(dǎo)電聚苯胺配制。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于上電極的配方為重量 百分比8%的導(dǎo)電聚苯胺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%的表面活性劑Zonyl FS-300水溶液0.25-0.75克、去 離子水12-18克。
全文摘要
本發(fā)明提出一種可印刷全聚合物鐵電隨機存取芯片制造方法，其以導(dǎo)電高分子為電極和接點，組裝全部基于聚合物的信息存儲器，其“電路”可以用導(dǎo)電材料直接“印刷”在聚合物薄層上，擺脫了傳統(tǒng)無機晶體管制造中必須使用的真空過程和刻蝕技術(shù)，極大地簡化了組裝工藝，可以進行大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L21/70GK101359592SQ20071004433
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者徐海生 申請人:徐海生