CN1971966A - 有机双稳态元件与其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种有机双稳态元件，其包括：第一电极、第二电极与有机混合层。其中有机混合层介于第一电极与第二电极之间。当于双稳态元件的第一电极与第二电极之间施加偏压时，通过有机混合层中所掺杂的金属材料/微粒，作为电子注入媒介，因此可以提高有机双稳态元件的写入/抹除次数，并且可以提高有机双稳态元件的寿命。此外，具有掺杂金属材料的有机混合层的有机双稳态元件拥有较为稳定的元件未开启的高电阻率状态特性，因此可以更准确的通过施加电压的不同来控制有机双稳态元件的开启与关闭。

Description

有机双稳态元件与其制造方法

技术领域

本发明涉及一种存储元件与其制造方法，且特别涉及一种有机多稳态元件与其制造方法。

背景技术

近年来，随着所施加的电压的不同，可在高电阻状态与低电阻状态之间转换的一种双稳态元件，被应用于制造存储元件以及开关切换器。而具有这种开关性质以及记忆储存能力的材质，包括无机材料与有机材料。值得注意的是，将这些材质设置于两电极之间而制造出的多稳态存储元件具有成为新一代的非易失存储元件的潜力。

对于一般存储器元件及开关切换器而言，元件的寿命为相当重要的技术指标，而评估元件寿命的测量技术为耐力测试(endurence)，即写入/抹除测试。一般的多稳态元件仅具有单一材质的多稳态层，而以这种元件结构进行耐力测试时，其写入/抹除次数仅有70次，且电性表现并不稳定。如此一来，这种有多稳态元件的应用层面就相当有限。且在这种仅有单一多稳态材质的多稳态元件的操作过程中，当在多稳态元件两端施加偏压时，会因为电场的作用，使得多稳态层受到过度的应力，让多稳态层的材料受到破坏，进一步影响元件的寿命。

发明内容

本发明的目的就是提供一种多稳态元件，其在耐力测试过程中，写入/抹除次数超过1000次，约为公知的多稳态元件的写入/抹除次数的十几倍。

本发明的另一目的是提供一种多稳态元件的制造方法，根据本发明的多稳态元件的制造方法，所制造的多稳态元件具有稳定的元件未开启状态。

本发明提出一种有机双稳态元件，其包括：第一电极、第二电极与有机混合层。其中有机混合层介于第一电极与第二电极之间。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述第一电极与第二电极中之一个的表面上，还设置缓冲层，此缓冲层与有机混合层相接触。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述缓冲层的材料为高介电常数的材料，该高介电常数材料是Al₂O_X、LiF、MgO、V₂O₅或TiO₂。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述第一电极的材质是铜、金、银、铝、钴或镍。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述有机混合层是以有机材料为基础与金属材料混合制备而成。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述有机材质是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有机半导体材料包括DH6T、DHADT、P3HT。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述金属材质是铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述有机混合层中有机材料的含量比上金属材料的含量的比值约为5～25。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述第二层电极的材质是铜、金、银、铝、钴或镍。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件，上述第一电极与第二电极的材质不同。

本发明提出一种有机双稳态元件的制造方法，其适用于基底，此方法包括：于基底上形成第一金属层。之后，于第一金属层上形成缓冲层。接着，于缓冲层上形成有机混合层。最后，于有机混合层上形成第二金属层。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述形成有机混合层的方法包括：进行热蒸镀工艺，其中金属材料与有机材料同时蒸镀至该缓冲层上。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述有机材料的蒸镀速度与金属材料的蒸镀速率不同。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述有机材料的蒸镀速度与金属材料的蒸镀速度的比约为15比1。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述有机材料是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有机半导体材料包括DH6T、DHADT、P3HT。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述金属材料是铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述于有机混合层中，有机材料比金属材料的比值约为5～25。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述第一金属层的材质是铜、金、银、铝、钴或镍。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述缓冲层的材料为高介电常数的材料，且该高介电常数材料是Al₂OX、LiF、MgO、V₂O₅或TiO₂。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述第二金属层的材料是铜、金、银、铝、钴或镍。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述第一金属层与该第二金属层的材质不同。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述形成有机混合层的方法包括进行喷印工艺，将混合溶液喷印至缓冲层上。

依照本发明的较佳实施例所述的有机双稳态元件的制造方法，上述混合溶液包括含有铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金的微粒之一有机溶液。

本发明在第一电极与第二电极之间具有一层有机混合层，当于双稳态元件的第一电极与第二电极之间施加偏压时，通过有机混合层中所掺杂的金属材料/微粒，作为电子注入媒介，因此可以提高有机双稳态元件的写入/抹除次数，并且可以提高有机双稳态元件的寿命。此外，具有掺杂金属材料的有机混合层的有机双稳态元件拥有较为稳定的元件未开启状态(off-current state)特性，因此可以更准确的通过施加电压的不同来控制有机双稳态元件的开启与关闭。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1C为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的制造方法的剖面图。

图2为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的制造方法中，蒸镀装置的剖面简图。

图3A为公知有机双稳态元件的电流-写入/抹除循环次数的关系图。

图3B为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的电流-写入/抹除循环次数的关系图。

图4A为公知有机双稳态元件的电流-电压关系图。

图4B为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的电流-电压关系图。

主要元件标记说明

100、211：基底

102：第一金属层

104：缓冲层

106：有机混合层

108：第二金属层

110：有机双稳态元件

200：蒸镀承载器

201：蒸镀机台

212：有机材料源

214：金属材料源

216a、216b：载钵

302a、302b、304a、304b：曲线

具体实施方式

图1A至图1C为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的制造方法的剖面图。

请参照图1A，提供基底100。于基底100上形成第一金属层102。第一金属层102的材质是铜、金、银、铝、钴或镍，且此第一金属层102的厚度约为700埃。之后，于第一金属层102上形成缓冲层104。其中此缓冲层104例如是由高介电常数的材料所形成，此高介电常数材质较佳的是Al₂O_X、LiF、MgO、V₂O₅或TiO₂。又，且此缓冲层104的厚度约为40埃。

接着，请参照图1B，于缓冲层104上形成有机混合层106。其中，形成此有机混合层106的方法包括进行喷印工艺，将含有有机材料与金属材料的混合溶液喷印至缓冲层104上。其中，喷印法还例如是压印法(imprinting)、丝网印刷法(screen printing)、挤压涂布法(slot coating)、丝印法(silk printing)、喷墨喷印法(Ink-Jet printing)、液体调节喷印法(liquid tonerprinting)以及其它适用的喷印法。又，混合溶液包括含有铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金的微粒的有机溶液。另外，在混合溶液中，有机材料含量比金属材料含量的比值约为1～1000，较佳的是5～25。

此外，形成有机混合层106的较佳方法还包括进行热蒸镀工艺，同时蒸镀金属材料与有机材料至缓冲层104上。图2为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的制造方法中，蒸镀装置的剖面简图。请参照图2，于蒸镀机台201中，于载钵(boat)216a与216b分别放置有机材料源212与金属材料源214，在进行上述热蒸镀工艺中，通过加热载钵216a与216b所承载的有机材料源212与金属材料源214，使之熔化并蒸发。而所蒸发的有机材料微粒与金属材料微粒则沉积在蒸镀承载器200上的基底211表面上。于本实施例中，值得注意的是，上述有机材料的蒸镀速度与金属材料的蒸镀速率不同。较佳的是，有机材料的蒸镀速度与金属材料的蒸镀速度的比约为15比1。又，于有机混合层106中，有机材料含量比金属材料含量的比值约为1～1000，较佳的是5～25。此外，上述有机材料例如是Alq、AIDCN或CuPc等水溶液或高分子有机半导体材料包括DH6T、DHADT、P3HT，而金属材料是铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金。

最后，请参照图1C，于有机混合层106上形成第二金属层108。其中，第二金属层的材料是铜、金、银、铝、钴或镍，且此第二金属层108的厚度约为700埃。如此，完成有机双稳态元件110的制造。其中，形成第一金属层102、缓冲层104与第二金属层108的方法包括蒸镀法与喷印法。又，喷印法还包括压印法(imprinting)、丝网印刷法(screen printing)、挤压涂布法(slot coating)、丝印法(silk printing)、喷墨喷印法(Ink-Jet printing)、液体调节喷印法(liquid toner printing)以及其它适用的喷印法。

图3A为公知有机双稳态元件的电流-写入/抹除循环次数的关系图。图3B为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的电流-写入/抹除循环次数的关系图。请参照图3A，曲线302a表示公知的有机双稳态元件进行写入操作时，随着写入/抹除循环次数增加的写入电流变化曲线，而曲线302b表示公知的有机双稳态元件进行抹除操作时，随着写入/抹除循环次数增加的抹除电流变化曲线。由图3A可以明显看出，在进行写入/抹除循环约70次之后，公知的有机双稳态元件的抹除电流值越来越向写入电流值飘移，并与写入电流值越来越接近，甚至在单一一次写入/抹除循环中无法区分。这表示公知的有机双稳态元件在耐力测试中，仅能容忍约70次的写入/抹除循环。

请参照图3B，曲线304a表示本发明的有机双稳态元件进行写入操作时，随着写入/抹除循环次数增加的写入电流变化曲线，而曲线304b表示本发明的有机双稳态元件进行抹除操作时，随着写入/抹除循环次数增加的抹除电流变化曲线。很明显的，在本发明的有机双稳态元件进行约1000次写入/抹除循环其间，其抹除电流值维持稳定状态，同样的写入电流值也维持着稳定的状态。也就是，通过有机混合层中所掺杂的金属材质作为有机双稳态元件在操作时的电子注入媒介，可以提高有机双稳态元件的写入/抹除循环次数约为公知有机双稳态元件写入/抹除循环次数的十几倍，并且有效的延长有机双稳态元件的寿命。

图4A为公知有机双稳态元件的电流-电压关系图。图4B为根据本发明一较佳实施例的有机双稳态元件的电流-电压关系图。请参照图4A与图4B，公知的有机双稳态元件在不同次的读取操作中，公知的有机双稳态元件的未开启状态不稳定，在相同的电压情况下，相同的有机双稳态元件却具有不同的元件未开启电流。反观本发明的有机双稳态元件，在不同次的读取操作中，相同的电压情况下，其元件未开启电流维持稳定。也就是，同一有机双稳态元件每次的未开启电流值都相同。

综上所述，本发明在第一电极与第二电极之间具有一层有机混合层，当于双稳态元件的第一电极与第二电极之间施加偏压时，通过有机混合层中所掺杂的金属材料/微粒，作为电子注入媒介，降低有机混合层受到的外加偏压所造成的应力，因此可以提高有机双稳态元件的写入/抹除次数，并且可以提高有机双稳态元件的寿命。此外，具有掺杂金属材料的有机混合层的有机双稳态元件拥有较为稳定的元件未开启状态特性，因此可以更准确的通过施加电压的不同来控制有机双稳态元件的开启与关闭。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种有机双稳态元件，其特征是包括：

第一电极；

第二电极；以及

有机混合层，介于该第一电极与该第二电极之间。

2.根据权利要求1所述的有机双稳态元件，其特征是该第一电极与该第二电极中之一个的表面上，设置缓冲层，该缓冲层与该有机混合层相接触。

3.根据权利要求1所述的有机双稳态元件，其特征是该有机混合层是以有机材料为基础与金属材料混合制备而成。

4.根据权利要求3所述的有机双稳态元件，其特征是该有机材质是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有机半导体材料包括DH6T、DHADT、P3HT。

5.根据权利要求3所述的有机双稳态元件，其特征是该金属材质是铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金。

6.根据权利要求3所述的有机双稳态元件，其特征是该有机混合层中该有机材料的含量比上该金属材料的含量的比值约为5～25。

7.根据权利要求1所述的有机双稳态元件，其特征是该第一电极与该第二电极的材质不同。

8.一种有机双稳态元件的制造方法，其适用于基底，其特征是包括：

于该基底上形成第一金属层；

于该第一金属层上形成缓冲层；

于该缓冲层上形成有机混合层；以及

于该有机混合层上形成第二金属层。

9.根据权利要求8所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是形成该有机混合层的方法包括：

进行热蒸镀工艺，其中金属材料与有机材料同时蒸镀至该缓冲层上。

10.根据权利要求9所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是该有机材料的蒸镀速度与该金属材料的蒸镀速率不同。

11.根据权利要求10所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是该有机材料的蒸镀速度与该金属材料的蒸镀速度的比约为15比1。

12.根据权利要求9所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是该有机材料是Alq、AIDCN、CuPc或高分子有机半导体材料包括DH6T、DHADT、P3HT。

13.根据权利要求9所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是该金属材料是铜、金、银、铝、钴、镍或上述金属的合金。

14.  根据权利要求9所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是于该有机混合层中，该有机材料比该金属材料的比值约为5～25。

15.根据权利要求9所述的有机双稳态元件的制造方法，其特征是该第一金属层与该第二金属层的材质不同。

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