專利名稱：一種柔性存儲器及制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電子產(chǎn)品及其制造技術領域，公布了一種結(jié)構(gòu)簡單、超高密度的柔性存儲器件的結(jié)構(gòu)形式、低成本制造方法和工藝材料要素。
背景技術：
磁隨機存儲器具有非常優(yōu)異的特性高集成度、非易失性、高速讀取寫入能力、重復可讀寫次數(shù)近乎無窮大、低功耗和抗輻照能力。它既可以做計算機的內(nèi)存儲器，也可以做外存儲器。作為內(nèi)存儲器，它與市場上通用的DRAM相比的優(yōu)點是具有非易失性、抗輻照和存取速度快。作為外存儲器，它比目前常規(guī)的閃存器(即Flash存儲器)存取速度快·1000倍、功耗更小和壽命更長；而與硬磁盤競爭優(yōu)勢在于它無運動部件，與Flash存儲器使用一樣方便。為了適宜于采用傳統(tǒng)的光刻工藝進行制造，在目前已有的發(fā)明或公開的研究中，磁隨機存儲器主要構(gòu)建于硬度較大的基底材料之上，如硅，鋁基合金等。因而磁隨機存儲器的剛度較大，抗震性能較差，易于因磕碰而損壞，同時也不利于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種柔性超高密度存儲器，其結(jié)構(gòu)采用小剛度的柔性材料，同時利用轉(zhuǎn)移工藝將傳統(tǒng)光刻制作的功能器件層組合在基底上，從而形成柔性存儲器。為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明目采取如下的技術解決方案柔性存儲器，包括兩個柔性基底，在柔性基底上方依次設有柔性霍爾器件層、粘結(jié)層、柔性位導線層、粘結(jié)層、柔性字導線層、粘結(jié)層、柔性基底；所述的柔性霍爾器件層上的霍爾器件為有磁滯效應的記憶型器件。進一步的，柔性基底為聚碳酸酯，PC、聚二甲基硅氧烷或硅橡膠PDMS膜，柔性霍爾器件層是二氧化硅硅片上淀積鐵鉬合金霍爾器件；粘結(jié)層采用帶有溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯加熱使溶劑揮發(fā)包覆霍爾器件層的PMMA固化膜；柔性位導線層為銀或鋁。柔性存儲器的制造方法，按以下步驟進行(I)采用離心鋪膠或噴膠方法將液態(tài)的光刻膠材料涂敷到具有二氧化硅絕緣層的硅片基底表面上，并在二氧化硅表面上均勻分布；(2)采用表面上包含納米級霍爾器件結(jié)構(gòu)的透明模具，在涂敷光刻膠的基底上壓印，并用紫外光照射固化，形成反形的霍爾器件結(jié)構(gòu)；(3)采用物理汽相淀積PVD設備及工藝，在已包含反形霍爾器件結(jié)構(gòu)的表面上淀積一層霍爾器件材料，然后采用剝離法將未固化的光刻膠連同其上的霍爾器件材料一并去除，從而在基底的二氧化硅表面形成霍爾器件層；(4)采用離心鋪膠或噴膠方法將帶有溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)均勻涂敷到基底的二氧化硅以及霍爾器件層表面，然后加熱使溶劑揮發(fā)，從而在基底的二氧化硅表面上得到包覆霍爾器件層的PMMA固化膜；(5)用濕法刻蝕，去除基底上的二氧化硅層，從而得到包覆霍爾器件層的PMMA固化膜，即為柔性霍爾器件層；(6)經(jīng)過第一次對準，將上述柔性霍爾器件層轉(zhuǎn)移到柔性襯底上；柔性襯底旋涂一層粘結(jié)層，柔性霍爾器件層轉(zhuǎn)移到粘結(jié)層，再使粘結(jié)層固化，完成霍爾器件層的轉(zhuǎn)移和固定;(7)重復步驟上述的(I) — (5)，得到柔性位導線層，其中步驟(2)里的模具改成包含納米級位導線環(huán)形結(jié)構(gòu)的透明模具，步驟(3)里的淀積材料改為導線材料；(8)經(jīng)過第二次對準，將柔性位導線層轉(zhuǎn)移到具有霍爾器件層的柔性襯底上，然后旋涂一層粘結(jié)層，再使粘結(jié)層固化，完成柔性位導線層的轉(zhuǎn)移和固定；·
(9)重復步驟上述的(I) — (5)，得到柔性字導線層，其中步驟(2)里的模具改成包含納米級字導線環(huán)形結(jié)構(gòu)的透明模具，步驟(3)里的淀積材料改為導線材料；(10)經(jīng)過第三次對準，將柔性字導線層轉(zhuǎn)移到具有柔性位導線層的柔性襯底上，然后旋涂一層粘結(jié)層，再在其上覆蓋柔性襯底，再使粘結(jié)層固化，完成整個柔性存儲器的封裝。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用新方法制備成超高密度的磁性存儲器，制備的成品與Flash存儲器使用一樣方便。適宜于采用傳統(tǒng)的光刻工藝進行制造，有很好的抗震性能并利于攜帶。


圖1為柔性存儲器結(jié)構(gòu)分層示意圖。圖中的標號分別表示1為柔性基底(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)膜，2為柔性霍爾器件層(霍爾器件材料為如市售的鐵鉬合金，F(xiàn)ePt)，3為粘結(jié)層(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，4為柔性位導線層(導線材料為如市售的鋁或銀，Al，Ag)，5為粘結(jié)層(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，6為柔性字導線層(導線材料為如市售的鋁或銀，Al，Ag)，7為粘結(jié)層(如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，8為柔性基底(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)膜。圖2a、圖2b、圖2c分別為霍爾器件壓印模板、位導線壓印模板、字導線壓印模板的示意圖，圖中的標號9、11、13分別為霍爾器件、位導線、字導線的硅橡膠(PDMS)模具，圖中的標號10、12、14為模具的透明支撐性背襯(例如石英玻璃)。圖2d為柔性存儲器存儲單元工作原理簡示圖。圖中，信息寫入時，位/字導線中流過的電流分別為I位和I字，其感應出的相應磁場的磁感應強度的垂直分量分別為B位和B字，在B位和B字疊加作用下，對霍爾十字的中心活性區(qū)勵磁；信息讀出時，在霍爾器件的電流電極端加入電流，霍爾器件的電壓電極端將產(chǎn)生出同圖形化磁性介質(zhì)的剩磁狀態(tài)相對應的電勢差(剩磁方向變化時，電勢差極性也改變方向)，從而讀出記錄信息。I入和I出分別為流入和流出霍爾器件電流電極的電流，V+和V-為霍爾器件電壓電極感應出的電勢。圖3a_m為柔性存儲器存儲單元的組合制作工藝。圖中，I為硅片基底，2為二氧化硅犧牲層，A為光刻膠，3為霍爾器件，B、C、D為PMMA，4為柔性基底，5、7、9為粘結(jié)層，6為位導線，8為字導線，10為柔性基底。圖3a為帶有二氧化硅犧牲層的硅片基底，圖3b為二氧化硅犧牲層上涂敷光刻膠，圖3c為使用霍爾器件壓印模版在光刻膠上制作反形層，圖3d為利用剝離法制作得到霍爾器件，圖3e為涂敷PMMA工藝，圖3f為刻蝕去除二氧化硅犧牲層后得到的柔性霍爾器件層，圖3g為將柔性霍爾器件層轉(zhuǎn)移到柔性基底上，圖3h為在柔性霍爾器件層上涂敷粘結(jié)層，圖3i為將柔性位導線層轉(zhuǎn)移到粘結(jié)層上，圖3j為在柔性位導線層上涂敷粘結(jié)層，圖3k為將柔性字導線層轉(zhuǎn)移到粘結(jié)層，圖31為在柔性字導線層上涂敷粘結(jié)層，圖3m為在粘結(jié)層上覆蓋柔性基底。以下結(jié)合附圖和工作原理以及發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
具體實施例方式本發(fā)明的柔性存儲器存儲單元結(jié)構(gòu)如下八層結(jié)構(gòu)，包括柔性基底1，在柔性基底I上方依次為柔性霍爾器件層2、粘結(jié)層3、柔性位導線層4、粘結(jié)層5、柔性字導線層6、粘結(jié)層7、柔性基 底8(參見圖1)。其中的主要功能層柔性霍爾器件層2、柔性位導線層4、柔性字導線層6，這四種器件的尺度都為納米級另O。其中柔性霍爾器件層2的霍爾器件為有磁滯效應的記憶型。上述基于霍爾效應的柔性存儲器，其制造方法包括下列步驟(參見圖3a_m)(I)采用通用的膠薄膜制備方法(離心鋪膠或噴膠)將液態(tài)的光刻膠材料A (如BN308紫外負性光刻膠)涂敷到具有二氧化硅犧牲層2-1的硅片基底I上，并在二氧化硅2表面上均勻分布；(2)采用表面上包含納米級霍爾器件結(jié)構(gòu)的透明模具，如硅橡膠PDMS(參見圖2a)在涂敷光刻膠的二氧化硅犧牲層2上壓印，并用紫外光照射固化，形成反形的霍爾器件結(jié)構(gòu)；(3)采用物理汽相淀積PVD設備及工藝，在已包含反形霍爾器件結(jié)構(gòu)的表面上淀積一層霍爾器件材料(如市售的鐵鉬合金，F(xiàn)ePt)，然后采用剝離法將光刻膠連同其上的霍爾器件材料一并去除，從而在基底的二氧化硅犧牲層2的表面上形成霍爾器件3 ；(4)采用通用的膠薄膜制備方法(離心鋪膠或噴膠)將帶有溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯B均勻涂敷到基底的二氧化硅2以及霍爾器件3的表面，然后加熱使溶劑揮發(fā)，從而在基底的二氧化硅2表面上得到包覆霍爾器件層的PMMA固化膜；(5)用濕法刻蝕(如稀釋的氫氟酸HF)，去除基底上的二氧化硅層2，從而得到包覆霍爾器件層的PMMA固化膜，即為如圖3f所示的柔性霍爾器件層；(6)經(jīng)過第一次對準，將柔性霍爾器件層轉(zhuǎn)移到柔性襯底4(如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)上，然后旋涂一層粘結(jié)層5 (如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，再使粘結(jié)層5固化(如加熱)，完成霍爾器件層向柔性基底4的轉(zhuǎn)移和固定；(7)重復步驟上述的(I) — (5)，得到柔性位導線層，其中步驟(2)里的模具改成包含納米級位導線環(huán)形結(jié)構(gòu)的透明模具，如硅橡膠PDMS(參見圖2b);步驟(3)里的淀積材料改為導線材料(如市售的鋁或銀，Al，Ag)；(8)經(jīng)過第二次對準，將柔性位導線層轉(zhuǎn)移到粘結(jié)層5上，然后旋涂一層粘結(jié)層7 (如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，再使粘結(jié)層7固化(如加熱)，完成柔性位導線層向柔性基底4的轉(zhuǎn)移和固定；(9)重復步驟上述的(I) — (5)，得到柔性字導線層，其中步驟(2)里的模具改成包含納米級字導線環(huán)形結(jié)構(gòu)的透明模具，如硅橡膠PDMS(參見圖2c);步驟(3)里的淀積材料改為導線材料(如市售的鋁或銀，Al，Ag)；(10)經(jīng)過第三次對準，將柔性字導線層轉(zhuǎn)移到粘結(jié)層7上，然后旋涂一層粘結(jié)層9 (如市售的聚二甲基硅氧烷，PDMS)，然后在粘結(jié)層9上覆蓋柔性基底10 (如市售的聚碳酸酯，PC或聚二甲基硅氧烷，PDMS)，再使粘結(jié)層9固化(如加熱)，完成整個柔性存儲器的封裝。
其中步驟(4)、(5)、(6)、⑶、(10)為本發(fā)明的存儲器單元制作的關鍵步驟。
權利要求
1.一種柔性存儲器，包括兩個柔性基底，其特征在于，在柔性基底上方依次設有柔性霍爾器件層、粘結(jié)層、柔性位導線層、粘結(jié)層、柔性字導線層、粘結(jié)層、柔性基底；所述的柔性霍爾器件層上的霍爾器件為有磁滯效應的記憶型器件。
2.根據(jù)權利要求1所述的柔性存儲器，其特征在于，柔性基底為聚碳酸酯，PC、聚二甲基硅氧烷或硅橡膠PDMS膜，柔性霍爾器件層是二氧化硅硅片上淀積鐵鉬合金霍爾器件；粘結(jié)層采用帶有溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯加熱使溶劑揮發(fā)包覆霍爾器件層的PMMA固化膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的柔性存儲器，包括兩個柔性基底，其特征在于，柔性位導線層為銀或招。
4.根據(jù)權利要求1所述的柔性存儲器的制造方法，其特征在于，按以下步驟進行(1)采用離心鋪膠或噴膠方法將液態(tài)的光刻膠材料涂敷到具有二氧化硅絕緣層的硅片基底表面上，并在二氧化硅表面上均勻分布；(2)采用表面上包含納米級霍爾器件結(jié)構(gòu)的透明模具，在涂敷光刻膠的基底上壓印， 并用紫外光照射固化，形成反形的霍爾器件結(jié)構(gòu)；(3)采用物理汽相淀積PVD設備及工藝，在已包含反形霍爾器件結(jié)構(gòu)的表面上淀積一層霍爾器件材料，然后采用剝離法將未固化的光刻膠連同其上的霍爾器件材料一并去除， 從而在基底的二氧化硅表面形成霍爾器件層；(4)采用離心鋪膠或噴膠方法將帶有溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)均勻涂敷到基底的二氧化硅以及霍爾器件層表面，然后加熱使溶劑揮發(fā)，從而在基底的二氧化硅表面上得到包覆霍爾器件層的PMMA固化膜；(5)用濕法刻蝕，去除基底上的二氧化硅層，從而得到包覆霍爾器件層的PMMA固化膜， 即為柔性霍爾器件層；(6)經(jīng)過第一次對準，將上述柔性霍爾器件層轉(zhuǎn)移到柔性襯底上；柔性襯底旋涂一層粘結(jié)層，柔性霍爾器件層轉(zhuǎn)移到粘結(jié)層，再使粘結(jié)層固化，完成霍爾器件層的轉(zhuǎn)移和固定；(7)重復步驟上述的(I)——(5)，得到柔性位導線層，其中步驟(2)里的模具改成包含納米級位導線環(huán)形結(jié)構(gòu)的透明模具，步驟(3)里的淀積材料改為導線材料；(8)經(jīng)過第二次對準，將柔性位導線層轉(zhuǎn)移到具有霍爾器件層的柔性襯底上，然后旋涂一層粘結(jié)層，再使粘結(jié)層固化，完成柔性位導線層的轉(zhuǎn)移和固定；(9)重復步驟上述的(I)——(5)，得到柔性字導線層，其中步驟(2)里的模具改成包含納米級字導線環(huán)形結(jié)構(gòu)的透明模具，步驟(3)里的淀積材料改為導線材料；(10)經(jīng)過第三次對準，將柔性字導線層轉(zhuǎn)移到具有柔性位導線層的柔性襯底上，然后旋涂一層粘結(jié)層，再在其上覆蓋柔性襯底，再使粘結(jié)層固化，完成整個柔性存儲器的封裝。
5.根據(jù)權利要求4所述的柔性存儲器的制造方法，其特征在于，所述的光刻膠為負性膠。
6 .根據(jù)權利要求4所述的柔性存儲器的制造方法，其特征在于，在柔性基底和壓印模具上都加工有對準標記。
全文摘要
本發(fā)明一種柔性存儲器，包括兩個柔性基底，在柔性基底上方依次設有柔性霍爾器件層、粘結(jié)層、柔性位導線層、粘結(jié)層、柔性字導線層、粘結(jié)層、柔性基底；所述的柔性霍爾器件層上的霍爾器件為有磁滯效應的記憶型器件。最后封裝形成柔性磁隨機存儲器。柔性基底為聚碳酸酯，PC、聚二甲基硅氧烷或硅橡膠PDMS膜，柔性霍爾器件層是二氧化硅硅片上淀積鐵鉑合金霍爾器件；粘結(jié)層采用帶有溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯加熱使溶劑揮發(fā)包覆霍爾器件層的PMMA固化膜。
文檔編號H01L27/22GK103022071SQ20121053871
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者趙毅, 施毅, 葉向東 申請人:南京大學