包括布置在柔性衬底上的堆叠层的铁电存储单元中的短路减少制造技术

铁电存储单元（1）和包括一个或多个这样的单元（1）的存储设备（100）。铁电存储单元包括布置在柔性衬底（3）上的层的堆叠（4）。所述堆叠包括电活性部分（4a）和用以保护电活性部分免于划伤和磨损的保护层（11）。所述电活性部分包括底部电极层（5）和顶部电极层（9）以及位于所述电极之间的至少一个铁电存储材料层（7）。该堆叠还包括布置在顶部电极层（9）和保护层（11）之间的缓冲层（13）。缓冲层（13）适于至少部分地吸收发生在保护层（11）内的横向尺寸改变（ΔL）并且因此防止所述尺寸改变（ΔL）转移到电活性部分（4a），因此减少了发生在电极之间的短路风险。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有横向尺寸改变吸收缓冲层的铁电存储单元及其制造方法
本专利技术一般涉及包括布置在柔性衬底上的堆叠层的铁电存储单元，其中所述堆叠包括电活性部分和用于保护电活性部分免于划伤和磨损的保护层，并且其中所述电活性部分包括底部电极层和顶部电极层和分离所述电极的至少一个铁电存储材料层。
技术介绍
传统上，铁电存储单元典型地提供在刚性的衬底上，诸如硅。然而，电子学也日益使用在非传统的应用领域中并且用于产生电子的新技术出现，这里使用柔性衬底是期望的或甚至要求的。例如，这是印刷电子学的例子，这里从制造、应用领域和/或成本角度方面考虑，使用柔性衬底可能是期望的或甚至要求的。在非常简单的成分的情况下，印刷电子学可代替传统的电子学，其通过印刷技术可被较便宜地实现；然而，目标通常是传统的电子学因为技术和成本的原因并不合适的新应用领域。印刷电子学的应用涉及，例如，信息可在其中被存储的标签和标识。在这样的应用中，并且原则上在任何电子装置中，存储成分的有效性是决定性的。本申请人提供可通过印刷过程实现的存储技术，例如在WO2006/135246中描述的。存储器基于铁电材料作为存储物质，特别是铁电聚合物材料。这种存储材料被证明在延长的时间期间上是可再写的和双稳态的。每个存储单元具有像电容的结构，这里存储单元被定位在一对电极之间并且这里存储单元经由将电极连接到电子驱动器或探测电路的导体是可存取的。例如后者可定位在存储器阵列的外围上或单独的模块上。基于这种应用，存储设备可包括从一个单独的存储单元到布置在矩阵阵列中的数百万个单元。一些基本的单元结构和阵列布置示意性地显示在图1a-d中。应当指出，未示出衬底，仅示出了存储单元的电活性部分。每个单元可被视为布置在柔性衬底上的层的序列或堆叠，所述堆叠包括至少一个电活性部分，所述电活性部分包括两个电极层(顶层和底层)及布置在其中的(绝缘)存储材料层。当制造电容器类型的铁电存储单元时，避免穿过存储单元的短路显然是重要的。这里短路被定义为相比较于期望的正常情况，从一个电极到另一个电极导通或低阻抗的路径。短路对存储单元的功能有害因为它们能隐藏存储单元的数据内容并且破坏写入存储器的数据。当电极之间的存储材料层很薄的时候，短路问题典型地更大。然而，存储层的厚度和驱动电压典型地互相成比例，并且为了满足低电压的要求，除了使用薄的存储层之外，经常没有其它选择。制造过程总是导致存储单元某种程度的短路或更倾向于短路。期望减少短路发生的风险。进一步，印刷电子装置或成分典型地需要被保护以防止外部影响，诸如物理损伤，但是如在传统的电子器件中，通过例如封装来进行保护典型地不可能也不期望。而是期望的保护类型是终接堆叠的外保护层并且通过例如提供抗划伤性和耐磨损性并且避免有害环境的影响来加以保护。这种保护层可被提供为覆盖多个存储单元的整体层，例如通过完全覆盖印刷存储设备。这种保护层典型地需要是硬的和相对厚的，例如在2-20微米范围内，并且使用在流体状态可被沉积为层并且之后例如通过使用UV固化漆硬化的材料作为保护层，这是合适的和期望的。
技术实现思路
鉴于以上内容，本专利技术的目标是提供克服或至少减轻现有技术中的问题的方案，或至少提供可选的方案。更具体的目标是提供使得能够减少可发生在上述类型的存储单元中的短路的数量的方案，也就是，包括布置在柔性衬底上的堆叠层的存储单元，这里所述堆叠包括被有机存储材料分离的底部电极层和顶部电极层并且这里堆叠被保护层终接。从以上描述类型的存储设备和单元的广泛的测试和调查中，特别是作为印刷电子器件实现的那些，除了别的之外，申请人已经发现使用沉积后硬化的保护层增加了短路出现的风险。尽管并不希望被观察到的现象的潜在原因的特定理论所限制，一个解释可能是尺寸变化，例如硬化导致的保护层的萎缩。正如技术人员所熟知的，尽管用于提供这样的保护层的市售材料经常努力于尽可能低的尺寸变化且可达到低至仅约1％的尺寸变化，如果可能的话，在这样的层中完全避免尺寸变化可能是极度困难的。通过将保护层粘接到下面的堆叠，尺寸变化转化为施加在或强加在下面层(包括存储单元)的横向力。为了柔性，如果由同样的材料制造或如果由更软的材料制造(例如，通过具有更低的玻璃化温度Tg)，柔性衬底明显必须比钢性衬底薄，如果由不同的材料制造，相比同样厚度的钢性衬底，柔性衬底明显必须比钢性衬底薄。在这两种情况，可以理解柔性衬底比钢性衬底对横向力贡献较少的阻力，因此存储单元的层遭受更大的压力。当典型地由存储单元的电极交叉的横向尺寸限定的存储单元的横向尺寸在幅度上大于层的厚度时，问题变得特别突出，从那时以后已经有一些百分比的横向尺寸改变可相应于垂直的“穿过层”尺寸改变，该尺寸改变在尺寸上大于存储层的厚度。这个比率，也就是当存储单元的横向尺寸在幅度上大于垂直尺寸，典型地是印刷存储单元的情况。而且，由保护层的尺寸改变导致的和通过粘接保护层作用在堆叠的其余部分的力，典型地随着保护层的厚度增加，并且，因为保护层通常必须具有幅度上大于存储单元的电活性部分(电极和存储层)的厚度的厚度，而且通常在与衬底厚度同样的尺寸量级，对于这些层和衬底抵抗这样的力是特别困难的。例如，印刷存储单元可包括具有微米的一小部分厚的电极和存储层，保护层和衬底的厚度可以是许多微米厚，并且存储单元的横向尺寸超过几百微米。归因于使用柔性衬底，当存储膜和/或电极在更大程度上被保护层内的尺寸改变所引起的力加载时，这些层变形、局部碎裂的风险增加了，和/或这些膜形状增大，在任何情况下导致电极的突出部分或碎片穿透存储材料并且引起短路的风险增加，或当存储单元带电运行，那里不夸张地将存在存储单元的微米级膨胀，在电场强度如此高的地方形成那些小的碎片或结构，导致短路。因此，根据本专利技术的第一方面，提供了包括布置在柔性衬底上的层的堆叠的铁电存储单元，其中所述堆叠包括电活性部分和用以保护电活性部分免于划伤和磨损的保护层。所述电活性部分包括底部电极层、顶部电极层和位于所述电极层之间的至少一个铁电存储材料层。堆叠还包括布置在顶部电极层和底部电极层之间的缓冲层，缓冲层适于至少部分地吸收发生在保护层的横向尺寸改变并且因此防止所述尺寸改变转移到电活性部分。所述缓冲层由密合材料制成并且具有厚度，使得当所述保护层的所述横向尺寸改变(ΔL)引起在所述缓冲层的面对所述保护层的顶部部分中的横向尺寸变形时，在所述顶部部分中的所述横向尺寸变形导致在面对所述电活性部分的底部部分中的实质上较少的横向尺寸变形，由此，所述缓冲层适于至少部分地吸收所述横向尺寸改变。所述顶部部分和所述底部部分之间的横向变形的不同对应于吸收的横向尺寸改变。鉴于以上所述，通过吸收横向尺寸改变，例如在固化期间通过收缩引起的横向尺寸改变，电活性部分减少了暴露于被保护层的横向尺寸改变引起的力的范围，并且因此电活性部分中的变形的风险被减少以及通过那样短路的风险也被减少了。缓冲层通过上部部分的变形从而吸收保护层内的横向尺寸改变，其强烈地减少了转移到下层(包括电活性部分)的力。应当理解通过更厚的缓冲层，该减少变得更强，但是正如本领域的技术人员所认识到的，太厚的层通常因为其它原因是不期望的。这里使用的“短路”意思是相比较于期望的正常情况，从一个电极到另一电极导通或者低阻抗的路径，其对铁电存储单元的功能是有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电存储单元（1），包括布置在柔性衬底（3）上的层的堆叠（4），其中所述堆叠包括电活性部分（4a）和用以保护所述电活性部分免于划伤和磨损的保护层（11），其中所述电活性部分包括底部电极层（5）和顶部电极层（9）以及在所述电极之间的至少一个铁电存储材料层（7），其中所述堆叠还包括布置在所述顶部电极层（9）和所述保护层（11）之间的缓冲层（13），所述缓冲层（13）适于至少部分地吸收发生在所述保护层（11）中的横向尺寸改变（ΔL）并且因此防止所述尺寸改变（ΔL）被转移到所述电活性部分（4a）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铁电存储单元(1)，包括布置在柔性衬底(3)上的层的堆叠(4)，其中所述堆叠包括电活性部分(4a)和用以保护所述电活性部分免于划伤和磨损的保护层(11)，其中所述电活性部分包括底部电极层(5)和顶部电极层(9)以及在所述电极层之间的至少一个铁电存储材料层(7)，其中所述堆叠还包括布置在所述顶部电极层(9)和所述保护层(11)之间的缓冲层(13)，所述缓冲层(13)适于至少部分地吸收发生在所述保护层(11)中的横向尺寸改变(ΔL)并且因此防止所述横向尺寸改变(ΔL)被转移到所述电活性部分(4a)，其中所述缓冲层(13)由密合材料制成并且具有厚度(H)，使得当所述保护层的所述横向尺寸改变(ΔL)引起在所述缓冲层(13)的面对所述保护层(11)的顶部部分(13a)中的横向尺寸变形时，在所述顶部部分(13a)中的所述横向尺寸变形导致在面对所述电活性部分(4a)的底部部分(13b)中的实质上较少的横向尺寸变形，由此，所述缓冲层(13)适于至少部分地吸收所述横向尺寸改变(ΔL)，所述顶部部分和所述底部部分之间的横向变形的不同对应于吸收的横向尺寸改变，其中所述顶部电极层(9)包括面向所述保护层(11)的顶表面，且其中所述缓冲层(13)沿着所述铁电存储单元内的所述顶部电极层的整个顶表面延伸。2.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中至少部分地吸收所述横向尺寸改变包括吸收所述横向尺寸改变至少99％、或至少95％、或至少90％、或至少80％、或至少50％、或至少30％。3.根据权利要求1或2所述的铁电存储单元(1)，其中所述缓冲层包括具有低于30摄氏度的玻璃化温度Tg的材料。4.根据权利要求3所述的铁电存储单元(1)，其中所述缓冲层包括具有低于25摄氏度的玻璃化温度Tg的材料。5.根据权利要求3所述的铁电存储单元(1)，其中所述具有玻璃化温度Tg的材料是包括具有低于30摄氏度的玻璃化温度Tg的至少一种材料成分的杂化材料。6.根据权利要求5所述的铁电存储单元(1)，其中所述具有玻璃化温度Tg的材料是包括具有低于25摄氏度的玻璃化温度Tg的至少一种材料成分的杂化材料。7.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中所述缓冲层(13)包括选自以下项中的任一种的材料或两种或多于两种材料的混合：硅橡胶、天然橡胶、聚丙二醇、聚醋酸乙烯酯和丙烯酸酯基树脂。8.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中所述铁电存储材料层(7)包括有机的铁电存储材料。9.根据权利要求8所述的铁电存储单元(1)，其中所述铁电存储材料层(7)包括聚合物的铁电存储材料。10.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中通过硬化所述保护层或通过所述铁电存储单元的操作温度范围的温度差能够引起所述保护层(11)的所述横向尺寸改变(ΔL)。11.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中所述电活性部分(4a)和/或所述缓冲层(13)已被印刷在所述柔性衬底上。12.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中所述保护层直接粘接到所述缓冲层。13.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中所述保护层(11)包括保护膜和将所述保护膜粘接到所述缓冲层(13)的粘合剂，所述粘合剂的材料被硬化。14.根据权利要求1所述的铁电存储单元(1)，其中所述保护层(11)是保护膜并且所述缓冲层(13)形成将所述保护膜粘接到所述堆叠(4)的其余部分的粘合剂。15.根据权利要求10所述的铁电存储单元(1)，其中所述操作温度范围为-10摄氏度到+50摄氏度。16.一种铁电存储单元(1)，包括布置在柔性衬底(3)上的层的堆叠(4)，其中所述堆叠包括电活性部分(4a)和用以保护所述电活性部分免于划伤...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·卡尔松，欧勒·乔尼·哈格尔，雅各布·尼尔森，P·布罗姆斯，
申请(专利权)人：薄膜电子有限公司，
类型：
国别省市：