有机存储器的制作方法.docx

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专利名称::有机存储器的制作方法
技术领域:
:本发明涉及一种存储器装置,且特别是涉及一种利用有机材料所制造的有机存储器。
背景技术:
:近年来,一种双稳态(bistable)材料被应用于制造存储元件以及开关切换器...等,此种双稳态材料包括无机材料以及有机材料(organicmaterial),且此种双稳态材料随着施加于其上的电压的不同,而在高阻抗状态与低阻抗状态之间转换。值得注意的是,将这种有机材料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性存储元件的潜力。相对于硅基元件(silicon-baseddevice),以有机材料所制造的有机元件具有较佳的延展性与可弯曲性等的优点,且由于有机材料几乎可以涂布于任何表面上,因此,使得在具有弹性的塑料基底上形成有机存储器阵列成为可能,另外,有机材料可在硅工艺完成后才来制造与处理,更进一步简化了整个工艺。故由于上述优点与特性,将来必定有愈来愈多的印刷工艺(printingmanufacturingprocess)被发展来应用于有机元件的批量生产上,而使得有机元件的成本显著降低,且应用更为广泛。图1为一种有机存储器内有机存储单元的理想化特性曲线图,此有机存储单元使用有机材料来制造,请参照图
1。此有机存储单元至少具有双稳态特性,亦即,至少可处于高阻抗状态或低阻抗状态。当有机存储单元处于高阻抗状态时,其偏压电压与传导电流之间的关系如路径110所示,故当有机存储单元处于高阻抗状态,然后施加偏压电压VR于此有机存储单元,则流过此有机存储单元的传导电流为I0。当施加的偏压电压超过VT1后,则此有机存储单元从处于高阻抗状态转为处于低阻抗状态,而后,其偏压电压与传导电流之间的关系如路径120所示,故当有机存储单元处于低阻抗状态,且所施加的偏压电压为VR,则流过有机存储单元的传导电流为I1,其中I1>>I0。而后,当施加的偏压电压低于VT0后,则此有机存储单元又从处于低阻抗状态转为处于高阻抗状态。请注意,图1的特性曲线明显地被理想化了,随着有机存储单元所使用的有机材料的不同,其特性曲线或许有些不同,但基本上有机存储器所利用的特性,并不超出上述解释图1的理想化特性曲线的范畴。由上述可知,使用具有至少双稳态特性的有机材料所制造的有机存储器将具有弯曲包容的能力,而可以被应用在具有软电子元件的有弹性可弯曲系统中,更重要的是成本不高,故必将成为现代电子应用中一种最重要的电子存储元件之一。因此,发展出一种实用可行且完整的有机存储器刻不容缓。
发明内容本发明的目的就是提供一种有机存储器,其使用有机存储单元与数字感测电
路等,而组成完整的存储器集成电路中的数字感测机制,因此,可为一种批量生产且实用可行的存储器元件。从一种观点来看,本发明提出一种有机存储器,此有机存储器包括i条选择线、j条数据线、位单元阵列、以及j个数字感测电路。此位单元阵列包括多个位单元,每一个位单元包括有机存储单元以及开关元件,且有机存储单元储存有至少一位信息。每一条数据线与每一条选择线间至少连接有这些位单元中的一个,而每一个数字感测电路连接至这些数据线中的一条。其中,定义位单元列B(n)为连接至第n条选择线的所有位单元,当第n条选择线致动时,位单元列B(n)内的开关元件会将位单元列B(n)内的有机存储单元连接至各自的数据线上,而这些数字感测电路通过这些数据线感测并读出位单元列B(n)内的有机存储单元所储存的位信息。其中i、j、n皆为自然数且n<=i。从另一种观点来看,本发明另提出一种有机存储器,此有机存储器包括i条选择线、j条数据线、位单元阵列、多路复用器、以及数字感测电路。此位单元阵列包括多个位单元,每一条数据线与每一条选择线间至少连接有这些位单元中的一个,而每一个位单元包括有机存储单元以及开关元件,且有机存储单元储存有至少一位信息。上述多路复用器具有一个输出端、一个选择端、以及多个输入端,而这些输入端各自连接至上述这些数据线中的一条,输出端连接至数字感测电路,此多路复用
器会根据选择端,将这些输入端中的一个连接至输出端,亦即,将这些数据线中的一条连接至数字感测电路。其中,定义位单元列B(n)为连接至第n条选择线的所有位单元,定义位单元M(m,n)为连接至第m条数据线与第n条选择线的位单元,当第n条选择线致动,且当多路复用器使数字感测电路连接至第m条数据线时,位单元列B(n)内的开关元件会将位单元列B(n)内的有机存储单元连接至各自的这些数据线上,而数字感测电路感测并读出位单元M(m,n)内的有机存储单元所储存的位信息,上述i、j、m、n皆为自然数且n<=i,m<=j。依照本发明的实施例所述,上述两种观点的有机存储器中的数字感测电路都是根据流过有机存储单元的传导电流来感测此有机存储单元所储存的位信息,其中,数字感测电路包括电流至电压转换器以及感测区块电路。电流至电压转换器根据流过此电流至电压转换器的传导电流,将其转换成电压信号。而感测区块电路连接至电流至电压转换器,其接收并根据上述电压信号,以缓冲输出有机存储单元所储存的位信息。上述电流至电压转换器包括第一晶体管、电容、以及第二晶体管。此第一晶体管的第一源/漏极连接至此电流至电压转换器的电流输出入端(可以是连接至j条数据线中的一条或是多路复用器的输出端),而第一晶体管的栅极连接至第一开关信号。此电容具有第一端与第二端,第一端连接至第一晶体管的第二源/漏极,第二端连接至第一电位,而电压信号由此第一端获得。此第二晶体管的第一源
/漏极连接至电容的第一端,第二晶体管的第二源/漏极连接至第二电位,而第二晶体管的栅极连接至第二开关信号。其中,当第一晶体管导通时第二晶体管不导通,且第一晶体管不导通时第二晶体管导通。举例而言,如果第一晶体管与第二晶体管的类型相同,则第二开关信号为第一开关信号的反相;如果第一晶体管与第二晶体管的类型不同,则第一开关信号与第二开关信号相同。实施例中,上述第一电位例如为地电位,而上述第二电位例如为电源电位。上述感测区块电路包括第三晶体管以及第四晶体管。此第三晶体管的第一源/漏极连接至第二电位,而第三晶体管的栅极连接至电压信号。此第四晶体管的第一源/漏极连接至第三晶体管的第二源/漏极,第四晶体管的第二源/漏极连接至第一电位,而第四晶体管的栅极连接至第一开关信号。其中,当第四晶体管不导通时,第三晶体管的第二源/漏极输出有机存储单元所储存的位信息。于实施例的应用中,还有取样及保持电路连接至此感测区块电路的输出,以整型输出有机存储单元所储存的位信息。值的注意的是,本发明所提供的有机存储器可以作为非易失性存储器来应用。综上所述,本发明所提出的有机存储器至少包括有多条选择线、多条数据线、位单元阵列、以及数字感测电路等,因而组成完整的存储器集成电路的数字感测机制,故可为一种批量生产且实用可行的存储器元件。为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图,作详细说明如下。图
1为一种有机存储器内有机存储单元的理想化特性曲线图。图2为本发明一实施例的一种有机存储器的电路方框图。图3为图2中位单元的一种实施例的电路图。图4为图2中数字感测电路的一种实施例的电路图。图5为图4的数字感测电路的各信号时序图。图6为本发明另一实施例的一种有机存储器的电路方框图。图7为本发明又一实施例的一种有机存储器的电路方框图。图8为图7中位单元的一种实施例的电路图。主要元件标记说明210位单元阵列220_1,220_2,...,220_j,620数字感测电路310,810有机存储单元320,820,830开关元件322,412,416,422,426,822,832晶体管410电流至电压转换器413电容的第一端414电容415电容的第二端418,434,436反相器420感测区块电路430取样及保持电路432开关610多路复用器824,826,828,834,836,838端点BL_1,BL_2,BL_j,BL_m数据线M(1,1),M(2,1),M(j,1),M(1,i),M(2,i),M(j,i)位单元WL_1,WL_i,WL_n选择线RWL_1,RWL_i,RWL_n读出选择线WWL_1,WWL_i,WWL_n写入选择线具体实施方式图2为本发明一实施例的一种有机存储器的电路方框图,请参照图2。本发明所提出的一种有机存储器包括i条选择线WL_1,...,WL_i、j条数据线BL_1,BL_2,...,BL_j、位单元阵列210、以及j个数字感测电路
220_1,220_2,...,220_j。而位单元阵列210中包括多个位单元M(1,1),M(2,1),...,M(j,1),...,M(1,i),M(2,i),...,M(j,i),由图中可知,每一条数据线与每一条选择线间至少连接有这些位单元中的一个,而每一个数字感测电路220_1,220_2,...,220_j分别连接至对应的这些数据线BL_1,BL_2,...,BL_j。其中,为了容易清楚地表达,故定义位单元列B(n)为连接至第n条选择线的所有位单元M(1,n),M(2,n),...,M(j,n),且定义位单元M(m,n)为连接至第m条数据线与第n条选择线的位单元,上述i、j、m、n皆为大于零的正整数(自然数),且n<=i,m<=j。图3为图2中位单元的一种实施例的电路图,请参照图3。位单元阵列中每一个位单元包括有机存储单元310以及开关元件320,当开关元件导通时,会将有机存储单元与位单元的外界接通。有机存储单元310例如是将有机材料设置于两电极之间而制造出的多稳态存储元件,故有机存储单元可用来储存位信息,当然地,一个有机存储单元并不限定只能储存一位的信息。而开关元件320在此实施例中为晶体管322,晶体管322的第一源/漏极连接至上述数据线中的一条,而晶体管322的栅极连接至上述选择线中的一条,晶体管322的第二源/漏极连接至有机存储单元310。此实施例中的晶体管322是使用N型晶体管,当然地,也可使用其它如P型晶体管。请同时参照图2与图3,当第n条选择线致动时,位单
元列B(n)内的开关元件会将位单元列B(n)内的有机存储单元连接至各自的数据线上,而这些数字感测电路220_1,220_2,...,220_j通过各自连接的数据线BL_1,BL_2,...,BL_j来感测并读出位单元列B(n)内的有机存储单元所储存的位信息。数字感测电路主要是根据流过有机存储单元的传导电流来感测此有机存储单元所储存的位信息。图4为图2中数字感测电路的一种实施例的电路图,请参照图4。数字感测电路包括电流至电压转换器410以及感测区块电路420,分别详述如下。电流至电压转换器410根据流过其本身的传导电流I_out,将其转换成节点A上的电压信号。此电流至电压转换器410主要包括第一晶体管412、电容414、以及第二晶体管416。第一晶体管412的第一源/漏极连接至此电流至电压转换器410的电流输出入端,传导电流I_out即流过此电流输出入端,而第一晶体管412的栅极连接至第一开关信号SW,第一晶体管412的第二源/漏极连接至节点A。电容414具有第一端413与第二端415,第一端413连接至第一晶体管412的第二源/漏极(节点A),第二端415连接至第一电位,例如是地电位。节点A的电压信号作为此电流至电压转换器410的输出信号,实际上是由此电容414的第一端413获得。第二晶体管416的第一源/漏极连接至电容414的第一端413,第二晶体管416的第二源/漏极连接至第二电位,例如是电源电位VDD,而第二晶体管416的栅极连接至第二开关信号
/SW。本发明的电流至电压转换器410对于第一晶体管412与第二晶体管416的设计要求为当第一晶体管412导通时第二晶体管416不导通,且第一晶体管412不导通时第二晶体管416导通。举例而言,如果第一晶体管412与第二晶体管416的类型相同,则第二开关信号/SW为第一开关信号SW的反相;如果第一晶体管412与第二晶体管416的类型不同,则第一开关信号SW与第二开关信号/SW相同。在此实施例中,第一晶体管412与第二晶体管416皆举例为P型晶体管,故第二开关信号/SW与第一开关信号SW之间设置有反相器418,以使第二开关信号/SW为第一开关信号SW的反相,但本发明并非限定如此,只要能符合对第一晶体管412与第二晶体管416的设计要求即可。感测区块电路420连接至电流至电压转换器410,其接收并根据节点A的电压信号,以缓冲输出有机存储单元所储存的位信息,亦即,输出表示位信息的Dsc_Out信号。感测区块电路420包括第三晶体管422以及第四晶体管426。第三晶体管422的第一源/漏极连接至第二电位,例如是电源电位VDD,而第三晶体管422的栅极连接至电流至电压转换器410输出的电压信号(节点A)。第四晶体管426的第一源/漏极连接至第三晶体管422的第二源/漏极,第四晶体管426的第二源/漏极连接至第一电位,例如是地电位,而第四晶体管426的栅极连接至第一开关信号SW。本发明的感测区块电路420对于第三晶体管422与第四晶体管
426的设计要求为当第四晶体管426不导通时,第三晶体管422的第二源/漏极输出有机存储单元所储存的位信息,亦即,当第四晶体管426不导通时,要使第一晶体管412导通,且使第二晶体管416不导通,才能顺利使电流至电压转换器410根据流过其本身的传导电流I_out来监测有机存储单元所储存的位信息,并将其转换成节点A上的电压信号,进一步使感测区块电路根据节点A的电压信号,而输出表示有机存储单元所储存的位信息的Dsc_Out信号。在此实施例中,第四晶体管426例如为N型晶体管,故其栅极直接接至第一开关信号SW,以使第四晶体管426与第一晶体管412导通时机相反,但本发明并非限定如此。当然同样地,第三晶体管422例如为P型晶体管,也可使用其它如N型晶体管。请注意,上述第一电位例如为地电位,而上述第二电位例如为电源电位,但本发明并非限定如此。在图4的实施例的应用中,还有取样及保持电路430连接至此感测区块电路420所输出的Dsc_Out信号,以整型输出有机存储单元所储存的位信息。取样及保持电路430包括开关432以及由反相器434与反相器436所组成的栓锁器。此开关432根据取样信号S,在第一晶体管412导通期间,将Dsc_Out信号连接至由反相器434与反相器436所组成的栓锁器,以整型输出有机存储单元所储存的位信息。图5为图4的数字感测电路的各信号时序图,请同时参照图4与图5。由图中可知,第一晶体管412