用于制造存储器的方法、存储器以及该存储器的应用技术

本发明专利技术涉及用于制造电化学存储器的方法，其特征在于如下步骤：a)提供不导电的衬底；b)将由导电材料构成的第一印制导线布置在该衬底上；c)将具有氧化还原活性分子的多孔介电层点状地布置到第一印制导线上；d)与第一印制导线正交地布置第二印制导线，其中这些印制导线在交叉点处具有电极功能，在所述电极功能之间布置介电层；e)将钝化层布置到衬底、第一印制导线、介电层和第二印制导线上，其中第一和第二印制导线在它们的交叉点处与布置在其间的介电层构造出存储器，在该存储器中，通过经由印制导线施加电压来驱动氧化还原活性分子在电极上的氧化还原反应，从而产生一个比特。公开了不同的存储器及其应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造存储器的方法、存储器以及该存储器的应用
本专利技术涉及用于制造存储器的方法、存储器以及该存储器的应用。
技术介绍
在现有技术中，公知非易失性存储技术，所述非易失性存储技术大规模地被用在处理信息的电子设备中或被用于商品标记。存在商业上非常流行的1比特ROM/WORM存储器，该1比特ROM/WORM存储器以LC振荡电路的形式来建立。该振荡电路具有由构件参数所确定的固有频率。测试波可以通过振荡电路的能量吸收来确定“是/否”信息。这种标签成本很低而且可以通过施加强磁场而轻易被关断或破坏（1比特ROM/WORM存储器）。而用于更复杂的处理信息的电子设备的存储技术在很大程度上基于硅技术（CMOS）的使用，以便制造这些存储器。当前正在使用的非易失性存储器利用了固体物理特性，以便可以存储信息并且也可以在没有外部能量供应的情况下在长时间段（>10年）内维持。EPROM/EEPROM/闪速（Flash）EPROM：存储模块的种类基于硅半导体技术。EPROM/EEPROM和闪速EPROM的基本元件是具有四周都绝缘的栅极的MOSFET（Feldeffekt-Transistor（场效应晶体管））。通过SiO2层来实现绝缘。施加到栅极上的电荷通过绝缘的、起介电层作用的SiO2持续地保持并且必要时使晶体管截止。EPROM：该存储器类型能电地写入和读出。在可以进行电重写之前，必须用UV来照射存储器芯片。该基本类型通过FAMOS（floatinggateavalancheinjectionMOS（浮动栅雪崩注入型MOS管））单元来实现，其中使用p沟道MOSFET，或者该基本类型通过n沟道MOSFET来实现，该n沟道MOSFET在浮动栅旁边具有控制栅极。通过热载流子注入（hotcarrierinjection，HCI）来实现写入，这充分利用了：动能足够的电子可以打破电位障碍并且被存储在栅极上。为了重写，必须用UV照射存储单元。动能足够的光子取决于栅极材料地激励浮动栅的电子，使得这些电子可以离开栅极。擦除时长为10分钟的量级而且需要利用石英玻璃窗使存储单元的眩光保护机械移动，该眩光保护必须在正常运行/读取模式下被遮盖。写入能量为~1µJ/Bit（比特）。写入时间为~3-50ms，在重写时为+10分钟。工作电压为3-6V而写入电压为~12V。EEPROM（也称为E²PROM）：电可擦除PROM（EEPROM）是存储单元，该存储单元不仅可以电地读取而且可以电地写入。被施加到栅极上的电荷通过量子物理隧道效应来实现。因而，写入/擦除模式在施加高电场的情况下通过场发射（Fowler-Nordheim隧穿（Tunneling））来进行并且逐比特地进行。典型的存储容量为1-4Mbit（兆比特）。写入能量为~1µJ/Bit。写入时间为~1-10ms，而工作电压为3-6V。RFIDEEPROM的市场主导者是美国（USA）的Atmel公司。例如，通过商用产品ATA5575M116字节EEPROM微控制器来及你选哪个销售。闪速EPROM（也称作“Flash-Speicher（闪速存储器）”）：该存储单元的结构基于EPROM技术。在该存储器类型的情况下，电荷通过热载流子注入方法被施加到栅极上而且通过Fowler-Nordheim隧穿来实现写入/擦除过程（如在EEPROM中那样）。大量的存储单元布置为矩阵而且在双架构形式NAND（非与）闪速和NOR（异或）闪速下广泛商业化。由于矩阵架构和针对源极/漏极使用共同的支路，对各个比特的完全的切换是不可能的。尤其是对状态的擦除只能逐块地实现。典型的存储容量为1MBit-128GBit。写入能量为~1µJ/Bit，写入时间为~0.1-1ms。工作电压为3-6V、12V。MLCNAND（Multi-Level-CellFlash（多级单元闪速））存储器：该存储器类型以闪速存储器为蓝本，所述闪速存储器只能每个单元存储1比特，而该存储器类型可以每个单元存储多个比特。通过区分每个晶体管的多种电荷状态来实现更高的存储密度。如今，MLC存储器达到直至4比特，其中区分16种电荷状态。具有该存储器类型的晶体管的典型的结构尺寸为10-20nm。在该环节的市场主导者是闪迪公司（SanDisk）和三星公司（Samsung）。铁电（Ferroelectric）RAM（FRAM或FeRAM）：FRAM同样基于硅半导体技术。在场效应晶体管的栅极上涂覆有铁电晶体，该铁电晶体可以通过施加场来极化而且对晶体管进行切换。写入能量为~0.1µJ/Bit。写入时间为~1-10µs。工作电压为1-3V。RFIDFRAM的市场主导者是日本的富士通公司（Fujitsu）。对于被建立为RWRFID/NFC标签并且具有超过>1比特的存储器的可无线地读出的存储器来说，尤其是用EEPROM和FRAM存储器（市场主导者是NXP公司）。到目前为止，对于印刷的RFID/NFC标签来说存在少量商业产品。最有名的方案是ThinFilmElectronicsASA公司的方案。在那里使用基于铁电聚合物的印刷的非易失性存储器。在这些存储单元中，将铁电聚合物在两个电极之间插入到无源矩阵中。这样，在导电金属接触线的每个交叉点上都成型有铁电电容器，该铁电电容器限定了存储单元。公知的是电化学存储器。这样，例如是电化学金属化存储器（electrochemicalmetallizationmemory，ECM）或者一般地是忆阻器设备。这些电化学存储器大多基于如从Valov等人公知的那样的电化学方法（IliaValov,RainerWaser,JohnR.Jameson和MichaelNKozicki,2011年，电化学金属化存储器：基础，应用，前景。纳米技术22,254003(22pp)doi:10.1088/0957-4484/22/25/254003）。ECM的工作原理是电化学忆阻器的工作原理。忆阻器是无源电子器件，该无源电子器件的电阻不是恒定的，而是取决于它的过去。该器件的当前的电阻取决于在过去有多少个电荷朝哪个方向流动。借此，能在电流的时间变化过程内调节电阻值。该电阻也在没有能量输送的情况下持续地得到。由金属盐或者金属氧化物构成的电解质有时液态地但是大多数固态地处在存储单元的电极之间。如果在电极之间施加还原电位，那么在元素金属中的金属阳离子减少而且形成从工作电极到对应电极的纤维、所谓的长丝，所述纤维在电极之间建立导电连接。在施加相反的氧化电位时，金属发生氧化而且这些纤维重新解体。如果两个电极通过导电细丝被跨接，那么电流可以在电阻小的情况下流动而且存储单元具有状态“1”。如果单元中的电极没有通过纤维连接，那么电阻大而且存储单元为“0”。现有技术具有下列缺点：LC振荡电路的缺点是将存储容量限制到1比特。EEPROM和FRAM两者由于所需的硅半导体技术而在制造方面昂贵（例如每个RFID标签~0.5-1.0€）。此外，对于切换来说所需的能量恰好在EEPROM的情况下很高。因为在作为RFID使用的情况下只有被用于读出的能量的大约1/1000可以被标签天线吸收，所以作用范围和导电性受存储单元的能量需求限制。而FRAM虽然更节约能量，但是由于制造更复杂以及所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造存储单元的方法其特征在于如下步骤：a) 提供不导电的衬底（1）；b) 将由导电材料构成的第一印制导线（2）布置在所述衬底上；c) 将具有氧化还原活性分子或没有氧化还原活性分子的多孔介电层（3a、3b）点状地布置到所述第一印制导线上；d) 与所述第一印制导线正交地布置第二印制导线（4），其中所述第一和第二印制导线（2、4）在它们的交叉点处具有电极功能，而且所述介电层（3a、3b）布置在电极之间；e) 将钝化层（5）布置到所述衬底、所述第一印制导线、所述介电层和所述第二印制导线上，使得所述印制导线保持能接触到；其中所述第一和所述第二印制导线在它们的交叉点处与布置在其间的介电层构造出存储器，在所述存储器中，通过经由所述印制导线施加电压来驱动所述氧化还原活性分子在所述电极上的氧化还原反应，从而产生一个存储状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.23 DE 102016003461.0;2016.04.01 DE 10201601.用于制造存储单元的方法其特征在于如下步骤：a)提供不导电的衬底（1）；b)将由导电材料构成的第一印制导线（2）布置在所述衬底上；c)将具有氧化还原活性分子或没有氧化还原活性分子的多孔介电层（3a、3b）点状地布置到所述第一印制导线上；d)与所述第一印制导线正交地布置第二印制导线（4），其中所述第一和第二印制导线（2、4）在它们的交叉点处具有电极功能，而且所述介电层（3a、3b）布置在电极之间；e)将钝化层（5）布置到所述衬底、所述第一印制导线、所述介电层和所述第二印制导线上，使得所述印制导线保持能接触到；其中所述第一和所述第二印制导线在它们的交叉点处与布置在其间的介电层构造出存储器，在所述存储器中，通过经由所述印制导线施加电压来驱动所述氧化还原活性分子在所述电极上的氧化还原反应，从而产生一个存储状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一印制导线和/或所述介电层和/或所述第二印制导线和/或所述钝化层利用印刷方法来布置。3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于对用于所述介电层的溶胶-凝胶墨水或水凝胶墨水的选择，所述溶胶-凝胶墨水或水凝胶墨水在涂覆到所述第一印制导线上之后被干燥并且构造出带孔的纳米多孔层。4.根据上一权利要求所述的方法，其特征在于对墨水的选择，所述墨水包括氧化还原活性分子，所述氧化还原活性分子能够在构造出纳米多孔介电层之后在所述介电层的孔中扩散到所述电极上并且在所述电极上被转化。5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于重复用于在存储器阵列中构造多个彼此正交地布置的印制导线的步骤。6.根据上一权利要求所述的方法，其特征在于针对所述存储器阵列选择具有不同浓度和/或物质的氧化还原活性分子的墨水。7.存储单元，其包括至少一个装置，所述装置由在不导电的衬底（1）上的能电接触到的第一印制导线（2）、与所述第一印制导线正交地布置的能电接触到的第二印制导线（4），其中所述印制导线在交叉点处具有电极功能，而且其中在所述交叉点处在所述两根印制导线之间布置有多孔介电层（3a、3b），所述多孔介电层具有能在孔中自由扩散的氧化还原活性分子，所述氧化还原活性分子能在所述印制导线的电极上通过施加电压来被氧化和/或还原，从而产生存储状态，而且其中由衬底、印制导线和介电层构成的存储器完全被钝化层（5）钝化。8.存储器阵列，其在“交叉”配置下具有多个钝化的电化学的根据上一权利要求所述的存储单元。9.根据上一权利要求所述的存储器阵列，其特征在于，所述存储器阵列的不同的存储单元具有多种不同的氧化还原活性分子和/或不同浓度的氧化还原活性分子。10.根据上述权利要求8或9之一所述的ROM存储器阵列，其特征在于多个纳米多孔介电层（3b）没有氧化还原活性分子而多个纳米多孔介电层（3a）有氧化还原活性分子，其中所述氧化还原活性分子能仅仅在它的两个氧化状态之间按照反应A↔B可逆地氧化和还原。11.根据上述权利要求8或9之一所述的WORM存储器阵列，其特征在于多个纳米多孔介电层（3a）有氧化还原活性分子，其中所述氧化还原活性分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：A亚库申科，R富纳里，KJ克劳泽，JH施尼特克，D迈尔，NY阿德利哈桑，A奥芬霍伊泽，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE