專利名稱：一種有機阻變存儲器及其制備方法
技術領域：
本發明屬于存儲器技術領域，具體涉及一種有機阻變存儲器及其制備方法。
背景技術：
隨著信息技術的蓬勃發展，各類消費類電子產品的快速發展。電子產品的體積的向小型化發展，而對存儲容量的需求則向大容量的方向發展。目前，存儲器以Flash存儲器為主，但基于電荷存儲機制的Flash存儲隨著器件尺寸不斷縮小其發展受到限制。隨著隧穿層厚度的不斷減小，電荷的泄露將會變得越來越嚴重，這將直接影響Flash存儲器的性能。隨著傳統存儲單元結構發展已逼近物理尺寸極限，多種新型非易失性存儲器已被研究和開發，包括電致阻變存儲器(RRAM)、磁存儲器(MRAM)、鐵電存儲器(FRAM)和相變存儲器(PRAM)0其中，RRAM利用阻變介質材料的電阻在電場作用下發生高電阻和低電阻的轉換來實現數字信息“O”和“I”的存儲。因其具有結構簡單、可縮小性好、存儲密度高、功耗低、讀寫速度快、反復操作耐受力強、數據保持時間長等優點，受到了產業界和學術界的廣泛關注。目前，對RRAM的研究和開發，其阻變材料主要集中在金屬氧化物材料，如ZnO、HfO2、ZrO2、Ta2O5、SnO2、Al2O3等。將有機材料作為阻變材料，并將其制造RRAM器件的研究相對較少。聚酰亞胺類高分子材料具有優異的熱穩定性、高的透光性以及低介電常數等性能。其中，一些含有電子給體·和電子受體基團的聚酰亞胺類材料被證明具有電雙穩態存儲性能。有機RRAM存儲器不僅具有無機RRAM存儲器的優勢外，還具有成本低，可制作柔性存儲器件，材料可設計分子結構以提高器件的存儲性能等優勢。但是，有機阻變存儲器的研究剛起步，需要進一步提高器件的高低電阻比，從而降低數據讀寫的難度以及誤操作。而且有機材料大多表現出化學穩定性和熱穩定性差等問題。這些都是阻礙有機阻變存儲器發展的關鍵難題之一。
發明內容
本發明的目的是提供一種有機高分子阻變存儲器及其制備方法。實現本發明目的的技術方案是:
一種有機阻變存儲器，包括由下至上疊接的襯底、下電極、阻變層、上電極，與現有技術不同的是:存儲結構為陣列式結構，阻變層的有機阻變轉換材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚酰亞胺(PEI)的共混物。所述有機阻變轉換材料由PEI與MMA合成，其質量比(PE1:MMA)為0.5: 2.0%。所述有機阻變轉換材料的厚度為5nm到500nm。所述的陣列式結構為阻變層的金屬條狀上電極與下電極呈90度交叉。一種有機阻變存儲器的制備方法，主要包括如下步驟:(1)合成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚酰亞胺(PEI)的共混物；
(2)清洗襯底并進行干燥處理；
(3)在襯底上制備金屬條狀下電極；
(4)將共混物涂覆在帶下電極的襯底上，然后在8(T135°C的環境中對有機膜進行固化反應處理；
(5)在有機阻變層上制備金屬條狀上電極，與下電極形成90度交叉，制得PMMA/PEI共混物有機阻變存儲器。步驟(I)所述共混物的合成過程為JfPEI溶于三氯甲烷中，再將PEI溶液滴入MMA中，并攪拌均勻后，加入lwt%的引發劑BPO (過氧化苯甲酰)或者AIBN(偶氮二異丁腈)，升溫至75 85°C攪拌3小時，然后升溫至125°C攪拌30分鐘獲得PMMA預聚物與PEI的共混溶液，加入三氯甲烷進行稀釋，合成出分子水平共混物。步驟(2)所述的襯底包括玻璃、高阻硅片、PET (聚對苯二甲酸乙二酯)、PC (聚碳酸酯)、PS (聚苯乙烯)，用有機溶劑進行清洗，并熱風烘干。步驟(3)和(5)所述的條狀下電極和上電極包括金屬Al、Ag、Au、Cu、N1、T1、NiT1、AuTi和Pt，金屬電極的制備采用蒸鍍工藝。步驟(4)所述的涂覆方法，是將共混物通過旋轉涂覆方式均勻涂覆在帶下電極的襯底上，然后將有機膜放在8(T135°C的環境中進行固化反應處理。
本發明的優點是:
(I)本發明采用聚醚酰亞胺(PEI)與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混物膜作為有機阻變存儲器的有機功能層。PMMA具有優異的熱塑性，PEI的熱穩定性好，可用來制作高溫耐熱器件，還具有優良的機械性能、耐輻照性能、耐高低溫及耐磨性能。而MMA與PEI共混反應生成物含有電子給體和電子受體基團，分子間形成推拉電子效應，故具有優異的電雙穩性能。(2)本發明涉及到的有機材料成本低廉，工藝流程簡單，易于制備，在甲基丙烯酸甲酯聚合的過程中共混，實現了分子水平的共混，有機材料質量更佳，使得器件的阻變特性更穩定。(3)能實現雙極性存儲，開關電阻比高，關態電流小，疲勞特性好。
圖1為本發明的有機阻變存儲器的器件結構 圖2為實施例1的有機阻變存儲器的雙極性IV曲線；
圖3為實施例2的有機阻變存儲器的雙極性IV曲線；
圖4為實施例3的有機阻變存儲器的雙極性IV曲線。圖中:1.襯底2.下電極3.阻變層4.上電極。
具體實施例方式實施例1:
采用圖1所示的陣列式存儲結構制備有機阻變存儲器，該存儲器自下而上地包括襯底材料1、下電極2、有機阻變層3和上電極4。其制備方法是:(1)用玻璃為襯底，分別用去離子水，丙酮和酒精超聲清洗，熱風烘干后備用；
(2)襯底用蒸鍍工藝制備條狀的金屬Al下電極,線寬80μ m,厚度150nm ；
(3)制備有機阻變層:
Φ將PEI溶于三氯甲烷中，再將PEI溶液滴入MMA中，并攪拌均勻，加入lwt%的引發
劑BPO (過氧化苯甲酰)或者AIBN (偶氮二異丁腈)，升溫至75 85°C攪拌3小時，然后升溫至125°C攪拌30分鐘獲得PMMA預聚物與PEI的共混溶液，加入三氯甲烷進行稀釋，合成出分子水平共混物；
②將上述溶液旋涂沉積于制備了下電極的底電極上，然后放在120°C的真空干燥箱中進行固化反應20分鐘，形成有機阻變膜，厚度約為120nm ；
③在有機膜表面蒸鍍條狀的金屬Al上電極,線寬80μ m,厚度150nm,并與下電極形成垂直交叉關系，制備出PMMA/PEI共混物的有機阻變存儲器。經測試，其阻 變存儲特性如圖2所示，在2V時計算其電阻和電阻比，高電阻值為
1.98X 109，低電阻值為1.22X 105,高低電阻比為1.63X 104，器件具有較高的開關電阻比。為存儲器放大電路寫入和讀取數據留有較大的識別空間，可避免數據的誤操作。實施例2:
采用圖1所示的陣列式存儲結構，玻璃襯底用蒸鍍工藝制備條狀的金屬Ag下電極，線寬80 μ m，厚度80nm。將PEI溶于三氯甲烷中，再將PEI溶液滴入MMA中，并攪拌均勻，加入1界七％的引發劑BPO (過氧化苯甲酰)或者AIBN (偶氮二異丁腈)，升溫至75 85°C攪拌3小時，然后升溫至125°C攪拌30分鐘獲得PMMA預聚物與PEI的共混溶液，加入三氯甲烷進行稀釋，合成出分子水平共混物。將上述溶液旋涂沉積于制備了下電極的底電極上，然后放在120°C的真空干燥箱中進行固化反應20分鐘，形成有機阻變膜，厚度約為140nm。最后，在有機膜表面蒸鍍條狀的金屬電極,線寬80 μ m,厚度150nm,并與下電極形成垂直交叉關系，制備出PMMA/PEI共混物的有機阻變存儲器。經測試，其阻變存儲特性如圖3所示，在2V時計算其電阻和電阻比，高電阻值為
4.44X 108，低電阻值為1.22X 105，高低電阻比為3.65X 103，器件具有較高的開關電阻比。為存儲器放大電路寫入和讀取數據留有較大的識別空間，可避免數據的誤操作。實施例3:
用PET為襯底，用去離子水超聲清洗，熱風烘干后再用紫外臭氧處理表面。襯底用蒸鍍工藝制備條狀的金屬Ag下電極，線寬80 μ m，厚度80nm。將PEI溶于三氯甲烷中，再將PEI溶液滴入MMA中，并攪拌均勻，加入^^%的引發劑BPO (過氧化苯甲酰)或者AIBN (偶氮二異丁腈)，升溫至75 85°C攪拌3小時，然后升溫至125°C攪拌30分鐘獲得PMMA預聚物與PEI的共混溶液，加入三氯甲烷進行稀釋，合成出分子水平共混物。將上述溶液旋涂沉積于制備了下電極的底電極上，然后放在120°C的真空干燥箱中進行固化反應20分鐘，形成有機阻變膜，厚度約為140nm。最后，在有機膜表面蒸鍍條狀的金屬Al上電極，線寬80 μ m，厚度lOOnm，并與下電極形成垂直交叉關系，制備出PMMA/PEI共混物的有機阻變存儲器。經測試，其阻變存儲特性如圖4所示，在2V時計算其電阻和電阻比，高電阻值為6.29X 108，低電阻值為1.27X 105，高低電阻比為4.94X 103，器件具有較高的開關電阻比。為存儲器放大電路寫入和讀取數據留有較大的識別空間，可避免數據的誤操作。 ·
權利要求
1.一種有機阻變存儲器，包括由下至上疊接的襯底、下電極、阻變層、上電極，其特征是:存儲結構為陣列式結構，阻變層的有機阻變轉換材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚酰亞胺(PEI)的共混物。
2.根據權利要求1所述有機阻變存儲器，其特征是:所述有機阻變轉換材料的厚度為5nm 到 500nm。
3.一種有機阻變存儲器的制備方法，其特征是:包括如下步驟: (1)合成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚酰亞胺(PEI)的共混物； (2)清洗襯底并進行干燥處理； (3)在襯底上制備金屬條狀下電極； (4)將共混物涂覆在帶下電極的襯底上，然后在8(T135°C的環境中對有機膜進行固化反應處理； (5)在有機阻變 層上制備金屬條狀上電極，與下電極形成90度交叉，制得PMMA/PEI共混物有機阻變存儲器。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟(I)所述共混物的合成過程為:將PEI溶于三氯甲烷中，再將PEI溶液滴入MMA中，并攪拌均勻后，加入lwt%的引發劑BPO(過氧化苯甲酰)或者AIBN (偶氮二異丁腈)，升溫至75 85°C攪拌3小時，然后升溫至125°C攪拌30分鐘獲得PMMA預聚物與PEI的共混溶液，加入三氯甲烷進行稀釋，合成出分子水平共混物。
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟(2)所述的襯底包括玻璃、高阻硅片、PET (聚對苯二甲酸乙二酯)、PC (聚碳酸酯)、PS (聚苯乙烯)，用有機溶劑進行清洗，并熱風烘干。
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟(3)和(5)所述的條狀下電極和上電極包括金屬Al、Ag、Au、Cu、N1、T1、NiT1、AuTi和Pt，金屬電極的制備采用蒸鍍工藝。
7.根據權利要求3所述的制備方法，其特征是:步驟(4)所述的涂覆方法，是將共混物通過旋轉涂覆方式均勻涂覆在帶下電極的襯底上，然后將有機膜放在8(T135°C的環境中進行固化反應處理。
全文摘要
本發明提供了一種有機阻變存儲器及其制備方法，包括由下至上疊接的襯底、下電極、阻變層、上電極，其特征是存儲結構為陣列式結構，阻變層的有機阻變轉換材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚酰亞胺(PEI)的共混物。制備時，先在襯底上制備條狀下電極，然后涂覆有機阻變層膜，低溫固化后，在阻變層膜的表面制備交叉的條狀電極，形成陣列存儲結構。本發明的優點是，該有機阻變存儲器具有高的開關比，穩定的存儲性能，極小的關態電流，較低的制備溫度。
文檔編號H01L51/05GK103219466SQ20131015466
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者許積文, 王 華, 何玉汝, 戴培邦 申請人:桂林電子科技大學