PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60207298T2 20.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001456850
Titel KLAPPSPEICHERSCHICHTEN
Anmelder Thin Film Electronics ASA, Oslo, NO
Erfinder GUDESEN, Gude, Hans, B-1000 Brussels, BE;
NORDAL, Per-Erik, N-1387 Asker, NO
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60207298
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 29.11.2002
EP-Aktenzeichen 027820240
WO-Anmeldetag 29.11.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/NO02/00458
WO-Veröffentlichungsnummer 2003046924
WO-Veröffentlichungsdatum 05.06.2003
EP-Offenlegungsdatum 15.09.2004
EP date of grant 09.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse G11C 11/22(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01L 27/13(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement, bei welchem ein ferroelektrisches bzw. Elektret-Speichermaterial in Sandwichbauweise zwischen ersten und zweiten Elektrodenschichten vorgesehen ist, die jeweils erste und zweite parallele streifenförmige Elektroden aufweisen, welche Wortzeilen und Bitzeilen einer nach Art einer Matrix adressierbaren Speicheranordnung bilden, wobei Wortzeilen und Bitzeilen der Speicheranordnung im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind und wobei Speicherzellen in Volumenbereichen des in Sandwich-Bauweise zwischen jeweiligen sich überkreuzenden Wortzeilen und Bitzeilen angeordneten Speichermaterials definiert sind, und bei welchem eine Vielzahl von Speicheranordnungen in mindestens einem Stapel in der Weise vorgesehen ist, dass der mindestens eine Stapel Speicheranordnungen das Speicherbauelement mit volumetrischer Konfiguration realisiert.

In einem weiteren Sinn bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf Bauelemente zur Datenspeicherung und/oder Datenverarbeitung, die auf ferroelektrischen Dünnfilmschichten aufbauen.

Zum Stand der Technik wurde im Hinblick auf das Flechten/Falten, wie es mit der vorliegenden Erfindung gelehrt wird, keine direkt einschlägige Vorveröffentlichung nachgewiesen. Allerdings soll hier zur Darstellung des derzeitigen Standes der Technik der allgemeine Hintergrund kurz beschrieben werden, um die vorliegende Erfindung in einen Zusammenhang zu bringen und die Zielsetzungen der Erfindung hervorzuheben:

Speicherchips bieten gegenüber herkömmlichen magnetischen, optischen und anderen mechanischen Speicherbauelementen den Vorteil, dass sie zu sehr schnellen Lese- und Schreiboperationen fähig sind. Außerdem sind sie in Festkörpertechnik ausgeführt, haben einen vertretbaren geringen Energieverbrauch und können hohe Übertragungsgeschwindigkeiten bieten. Ihr Nachteil liegt in der begrenzten Kapazität für die Informationsspeicherung und in Herstellungskosten, die relativ zu ihrer Speicherkapazität vergleichsweise hoch sind. Aufgrund von Problemen mit der Skalierung und der begrenzten Fläche, die im typischen Fall auf weniger als 1 cm2/Chip eingeschränkt ist, ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass sich daran in absehbarer Zukunft viel ändert.

Ein Vorschlag für einen Festkörper-Speicher, mit dem sich die vorstehend beschriebenen Einschränkungen umgehen lassen, wurde auf der Grundlage von Silizium-/Polymer-Chips in Hybridtechnik entwickelt. Dieser Ansatz umfasst die Stapelung von dünnen Schichten aus polymeren Speicherfilmschichten auf Siliziumträgern und den Zugriff auf die passiv adressierten Speicherschichten über die Trägerschaltungen. Bei dieser Lösung liegt jedoch das Problem vor, dass die Anzahl der Speicherschichten im Stapel im typischen Fall auf 8–16 Schichten begrenzt ist. Eine Erhöhung dieser Anzahl ist zwar technisch möglich, stellt aber bei den meisten Anwendungsbereichen für den Massenmarkt im Allgemeinen keinen gangbaren Weg in der Praxis dar. Zu den negativen Faktoren in diesem Zusammenhang zählen zusätzliche Gemeinkosten und Platzkosten für die Treiberschaltungen (insbesondere Dekodierer und Sensorverstärker im), geringerer Ertrag aufgrund der höheren Anzahl von Verarbeitungsschritten, Probleme, die mit der planaren Ausbildung zusammenhängen, wenn die Anzahl der Speicherschichten größer als der angegebene Bereich wird, und eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten, welche die Gefahr erhöhen, dass darunter liegende Polymerschichten bei sich daraus ergebender verringerter Funktionalität dadurch nachteilig beeinflusst werden.

Außerdem liegt bei dem Konzept eines Speichers in Hybridtechnik insoweit ein Ungleichgewicht vor, als die Herstellung des Siliziumteils kompliziert ist und eine hoch entwickelte Verarbeitung bei der Herstellung voraussetzt (auch wenn diese nahezu dem Standard entspricht), während der Aufbau des Speicherstapels als solchem ein sehr einfacher kostengünstiger Vorgang ist, der potentiell auch außerhalb der Herstellungsanlagen mit anderen Mitteln als den Lithographie-Werkzeugen ausgeführt werden könnte. Wenn jedoch diese Stapel auf Silizium aufgebaut werden, verbinden sich die vorstehend aufgeführten Faktoren mit einander, wodurch dieser Ablauf teurer wird und die Kapazität stärker eingeschränkt wird, als dies wünschenswert ist; beispielsweise wird die Verwendung von zwei oder mehreren Chips zur Erzielung der gleichen Kapazität tatsächlich kosteneffizienter.

Außerdem beschränkt sich das Verfahren, mit dem zur Aufbringung von Speicherfilmschichten auf Silizium gearbeitet wird, in der Praxis auf einfaches Beschichten durch Zentrifugieren. Diese Technik zur Beschichtung besitzt mehrere Vorteile, kann aber auch unerwünschte Nebeneffekte einbringen, zum Beispiel das Problem, dass innere Spannungen aufgebaut werden, die stärker als wünschenswert sind, oder Probleme bei der Beeinflussung der Morphologie und Gleichmäßigkeit der Filmschicht, etc. Ein Verfahren, das zur Verbesserung der Morphologie eingesetzt wird, besteht darin, die Filmschichten zu recken, was jedoch im Falle der Hybridtechnik nicht anwendbar ist; ein anderes Verfahren besteht darin, Filmschichten unter hohem Druck zu tempern, was ebenfalls nicht gut anwendbar ist (wenn mit Beschichtung durch Zentrifugieren und starren Trägermaterialien wie Silizium gearbeitet wird).

Wegen der Flächenbeschränkungen, die mit einem Bauelement auf Siliziumbasis zusammenhängen, besteht der einzig realisierbare Ansatz zur Strukturierung in der standardmäßigen Photomikrolithographie, d.h. in der Ausbildung eines hoch auflösenden Linienabstands. Dies schließt kostengünstige andere Verfahren zur Strukturierung wie Tintenstrahldruck und Mikrostrukturierung aus.

Ein weiteres Problem, das mit dem Konzept der Hybridtechnik verbunden ist, besteht in der Gestaltung der Dichte der Bauelemente, insbesondere der Verlötung, die Temperaturen voraussetzt, die viel höher liegen als der Schmelzpunkt von Polymeren (um mehr als 60°C darüber). Das Polymermaterial wird zwar nicht unbedingt zerstört, wenn es Temperaturen ausgesetzt wird, die höher als seine Schmelztemperatur sind, aber es ist eine Nachbearbeitung (erneutes Tempern) erforderlich, um die Eigenschaften der Filmschicht wieder zu erzielen. Noch problematischer ist das, was mit der Grenzschicht zwischen Elektrode und Filmschicht passiert; diese wird leicht zerstört, wenn das Polymermaterial in den flüssigen Zustand übergeht. Dies steht dann ein erhebliches Problem dar, wenn es um mehrlagige Stapel geht.

Die Aufbringung der Elektrode kann auch schwerwiegende negative Auswirkungen auf die Eigenschaften der Filmschicht haben; zum Beispiel kann die Aufbringung der oberen Elektrode die Grenzschicht an der unteren Elektrode beeinträchtigen, beispielsweise durch Auslösen einer unerwünschten Weiterleitung von Ionen, was einen Ermüdungsvorgang in den Polymer-Filmschichten einleiten kann. Morphologische Kettendefekte können ebenfalls herbeigeführt werden.

Angesichts der vorstehend aufgeführten Nachteile liegt somit der vorliegenden Erfindung als erstes die Aufgabe zugrunde, neue Architekturkonzepte für Bauelemente in Festkörpertechnik auf der Basis von Dünnfilmschichten zu schaffen, bei denen die Nutzfläche, die zur Datenspeicher und/oder Datenverarbeitung zur Verfügung steht, durch Stapelung einzelner Schichten in einer dichten volumetrischen Struktur groß genug gestaltet werden kann.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Festlegung, wie sich eine derartige Stapelung praktisch erzielen lässt, während gleichzeitig für eine individualisierte Adressierbarkeit von Stellen innerhalb des >Stapels durch eine begrenzte Anzahl elektrischer Verbindungen gesorgt ist, auf die von außerhalb des Stapels zugegriffen werden kann.

Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bildung von Stapeln, welche eine Vielfalt von Matrizen enthalten, wobei jede Matrix ihrerseits eine große Zahl von Dünnfilm-Zellen enthält, die über eine passive Matrixadressierung einzeln verbindbar sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt als vierte Aufgabe die Schaffung von einzelnen Stapeln in Form modularer Einheiten zugrunde, die zur Integration zu Bauelementen mit speziellen Funktionen und/oder zu größeren Einheiten geeignet sind, welche die Kapazität von zwei oder mehr getrennten gestapelten Einheiten einbringen.

Die fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Anwendung des Stapelgedankens bei der Herstellung von Bauelementen zur Datenspeicherund und/oder Datenverarbeitung, welche Untereinheiten umfassen, die mit einander inkompatible Verarbeitungsschritte erfordern.

Die vorstehend genannten Aufgaben sowie weitere Merkmale und Vorteile werden mit einem Speicherbaustein gelöst bzw. erzielt, der sich gemäß der Erfindung dadurch auszeichnet, dass ein Stapel aus Speicheranordnungen mit zwei oder mehr bandförmigen Strukturen gebildet ist, welche dabei ineinander gefaltet und/oder geflochten sind, wobei jede bandförmige Struktur ein biegsames Substrat aus nicht-leitendem Werkstoff aufweist, dass erste und zweite Elektrodenschichten jeweils auf jeder Fläche des Substrats in der Weise vorgesehen sind, dass die Elektrodenschichten jeweils parallele streifenförmige Elektroden aufweisen, die in der Form vorgesehen sind, dass sie sich entlang der bandförmigen Struktur erstrecken und eine Lage aus Speichermaterial eine der Elektrodenschichten derselben überdeckt und sich ohne Unterbrechung zwischen den Kanten der bandförmigen Struktur erstreckt, dass jede Speicheranordnung des Stapels von sich überdeckenden Bereichen eines Paares benachbarter bandförmiger Strukturen gebildet ist, welche in der Weise gefaltet und/oder geflochten sind, dass sie sich in einer im Wesentlichen senkrechten Beziehung überkreuzen und dass die Wortzeilen und die Speicherschicht einer Speicheranordnung in einem Stapel in der ersten bandförmigen Struktur eines Paares benachbarter Strukturen dieser Art enthalten sind und dass die Bitzeilen in dessen zweiter bandförmiger Struktur enthalten sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen offenbart.

Nachstehend wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele und die Figuren in der beiliegenden Zeichnung in weiteren Einzelheiten erläutert, in welcher:

1a einen Längsquerschnitt durch die bandförmige Struktur im Sinne der vorliegenden Erfindung zeigt;

1b einen Querschnitt durch dieselbe in Querrichtung zeigt;

1c zwei bandförmige Strukturen darstellt, die sich überkreuzen und mit einander in Kontakt stehen, wobei sie im Überdeckungsbereich eine Speicheranordnung bilden;

2a ein Beispiel für einen Stapel aus erfindungsgemäßen bandförmigen Strukturen zeigt;

2b ein Beispiel für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit zwei Stapeln ähnlich dem Stapel aus 2a darstellt;

3a, 3b jeweils einen Querschnitt durch den ersten bzw. zweiten Stapel gemäß 2b zeigen:

4a eine bandähnliche Struktur mit Verbindungsflächen bzw. Kontaktfeldern auf der Vorderseite und der Rückseite schematisch zeigt, und

4b veranschaulicht, wie die bandähnlichen Strukturen zur Bildung gestapelter Speicheranordnungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein können.

Erfindungsgemäß ist entsprechend der Darstellung in 1a und 1b ein Band mit einem Trägersubstrat 3 aus biegsamem Werkstoff (z.B. einem Polymermaterial oder Metall) vorgesehen, das auf einer Fläche mit einer Dünnfilmschicht als Speicherfilm 1 oben auf parallelen Elektroden 2 (in Längsrichtung) aufgetragen ist, während die gegenüber liegende Fläche des Bandes entweder eine ähnliche Struktur oder nur eine Schicht aus parallelen Elektroden 4 aufweist, wobei das ganze Ausführungsbeispiel somit eine bandähnliche Struktur R (die nachstehend nur als „Band" bezeichnet wird) in dem Sinne darstellt, der sich auf die vorliegende Erfindung bezieht.

Die Speicherfilmschicht 1 besitzt Fähigkeiten zur Adressierung, zur Speicherung von Ladungen (Bistabilität) und/oder zur Umschaltung, wodurch es möglich wird, dass Speichermatrizen passiv adressiert und Speicherzellen von der Speicherfilmschicht 1 gebildet werden können, welche dabei zwischen sich überkreuzenden Elektroden 2; 4 durch entsprechende Anordnung von zwei oder mehr Bändern angeordnet ist, die mit einander in Kontakt stehen und zu einander unter einem Winkel von etwa 90° ausgerichtet sind.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei oder mehr Bänder R so mit einander gestapelt, dass an jedem Grenzflächenbereich eine Speicheranordnung M in den aneinander angrenzenden Bändern geschaffen wird, die durch obere und untere Elektroden 2; 4 und der dazwischen liegenden Speicherfilmschicht 1 repräsentiert wird. Dies ist in 1c dargestellt, welche eine Uberkreuzung zwischen zwei Bändern Rk und Rk+1 zeigt, die einen Tel eines größeren Stapels darstellen können. Die Bänder R können eine beliebige Breite aufweisen und sind bezüglich zu einander so unter einem jeweiligen Winkel von 90° ausgerichtet, dass der sich dabei ergebende Stapel eine quadratische/kubische (chipartige) Form aufweist. 2a zeigt wie das Band R2 gegenüber dem Band R1 gestapelt wird, dann das Band R3 gegenüber dem Band R2, und so weiter, bis zum Band R10, das gegenüber dem Band R9 gestapelt wird.

Gemäß 2a bilden die mit ungeraden Zahlen bezeichneten Bänder R1,... R9 eine erste Untergruppe bzw. Unterbaugruppe X1, während die mit geraden Zahlen bezeichneten Bänder R2,... R10 eine zweite Baugruppe X2, bilden, die senkrecht zur ersten Gruppe ausgerichtet ist. Die sich dabei ergebenden Speicheranordnungen bilden einen Stapel S.

Die Überdeckungsbereiche zwischen den Bändern werden durch einen Tempervorgang, z.B. unter starkem Unterdruck/hohem Druck aneinander laminiert. Durch Verwendung einer ähnlichen Struktur, d.h. einer Speicherfilmschicht gegen eine Speicherfilmschicht, lassen sich Probleme mit der Kompatibilität im Zusammenhang mit dem Laminiervorgang ganz erheblich vermindern.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die Bänder entsprechend einer Vielzahl von Mustern gefaltet, unter anderem harmonikaförmig, oval, in Kreis- oder Ringform oder verdrillt, wie dies beispielhaft in 2b dargestellt ist. Es können auch „gewebte" Fäden hergestellt werden, die ihrerseits wieder zur Herstellung von Webware verwendet werden können, usw. Es wird auch möglich, auf diese Weise großflächige Strukturen aufzubauen, wodurch die Einbeziehung von Speicherfunktionen in andere Geräte, zum Beispiel in das Gehäuse von Mobiltelefonen, als „oberste Schicht" auf gebogenen oder anders geformten Flächen, usw. möglich wird.

Die in einer ersten Untergruppe bzw. Baugruppe X1 angeordneten Bänder R1, ... R9 und die in einer zweiten Untergruppe bzw. Baugruppe X2, angeordneten Bänder R2,... R10 werden bei einem erfindungsgemäßen Speicherbauelement eingesetzt. Das Ausführungsbeispiel eines derartigen Speicherbauelements bildet gemäß der Darstellung in 2b zwei von einander getrennte gestapelte Strukturen S1, S2, wie dies durch die mit gestrichelten Linien dargestellten Bereiche angegeben ist. Dabei wird jedes der Bänder R1–R10 in der Weise gebogen, dass bezüglich der Abfolge von Bändern im Stapel S1 die Paare aus Bändern mit ungerader und gerader Zahl im Stapel S2 vertauscht sind. Dies impliziert zum Beispiel, dass das unterste Band R9 im Stapel S1 nach oben gebogen wird, um mit dem Band R10 ein Paar zu bilden, während beispielsweise das Band R1, das mit dem Band R10 im Stapel S1 ein Paar bildet, nun nach unten gebogen wird, um mit dem Band R2 im Stapel S2 ein Paar zu bilden.

Wenn das in 2b dargestellte Ausführungsbeispiel als Draufsicht auf die Anordnung der Bänder bei dem erfindungsgemäßen Bauelement betrachtet wird, wird für den Fachmann auf diesem Gebiet leicht verständlich, dass die Kombination aus Verlagerungen und gegenseitigen Versetzungen für einen erheblichen Beitrag im Hinblick auf die Minimierung von kapazitiver Kreuzkopplung oder anderer unerwünschter Kopplungen zwischen den separaten Speicheranordnungen M sorgt, die einen Stapel bilden. Es ist nicht nur möglich, dass jede einzelne Speicherzelle in einer Speicheranordnung in einem Stapel ohne unerwünschte Störungen, welche den Störabstand eines Ausgangssignals zum Beispiel schwer verringern, adressiert, d.h. beschrieben oder ausgelesen, werden kann, sondern es ist auch möglich, alle Speicherzellen in einer Anordnung und bei Bedarf alle Speicherzellen in einem Stapel parallel zu adressieren, während gleichzeitig jeder Störeinfluss auf einem Mindestmaß gehalten wird.

Die Anordnung der Stapel S1, S2 in dem erfindungsgemäßen Speicherbauelement wird in noch vorteilhafterer Weise jeweils im Querschnitt in 3a bzw. 3b dargestellt. Im Stapel S1 (3a) ist das erste Band R9 senkrecht zum zweiten Band R2 vorgesehen und können nun die zweiten Elektroden 2 im Band R9 als Wortzeilen in einer Speicheranordnung M1 betrachtet werden, während die Elektroden 4 im Band R2 die Bitzeilen bilden, usw. Mit anderen Worten weist eine Speicheranordnung M einen Teil der jeweils benachbarten Paare aus Bändern Rk, Rk+1 in einem Stapel S auf und wird von diesem gebildet. Der in 3b dargestellte Stapel S2 sieht ähnlich wie der Stapel S1 in 3a aus, allerdings sind hier nun die Richtungen benachbarter Paare von Bändern R um 90° so gedreht, dass die senkrechte Uberkreuzung zwischen aufeinander folgenden Bändern im Stapel S2 beibehalten wird. Aus 2b wird deutlich, dass auf die erste Baugruppe X1 aus Bändern R1 ... R9 mit den ungeraden Zahlen und auf die zweite Baugruppe X2, aus Bändern R2 ... R10 mit geraden Zahlen jeweils eine ähnliche benachbarte Baugruppe aus Bändern folgen könnte, die in seitlicher Richtung (d.h. also neben einander) mit entsprechender Ausrichtung vorgesehen sind, so dass sich in den Bereichen, in denen sich die Baugruppen X1, X2, überschneiden, weitere gestapelte Strukturen S gebildet werden könnten. Die zusätzlichen Baugruppen aus Bändern können auch in versetzter Anordnung vorgesehen sein, wenn dies gewünscht ist. Außerdem lässt sich auch aus der Betrachtung der in 2b dargestellten Anordnung erkennen, dass die Richtung der Versetzung zwischen benachbarten Stapeln aus Speicheranordnungen umgekehrt werden könnte, was bedeutet, dass beispielsweise das Band R9 im Stapel S1 immer noch mit dem Band R10 im Stapel S2 ein Paar bilden, nun aber in der projizierten Position des Bandes R1 im Stapel S2, während natürlich das Band R1 immer noch mit dem Band R2 im Stapel S2 ein Paar bildet, wenn auch nun in der projizierten Position, die für Band 9 in 2b dargestellt ist, und so fort. Dies impliziert natürlich, dass ähnliche Überlegungen auch für die Versetzung der Bänder in der Baugruppe 12 mit geradzahligen Bändern R2,... R10 gelten würden. Der nach der Länge der Elektroden 2, 4 und der Bänder R2 zwischen den Speicheranordnungen M in einem Stapel S1 und den Speicheranordnungen M im anderen Stapel S2 gemessene Abstand wäre dann ähnlich bzw. gleich.

Am Ende der Bänder R können, wie in 4a und 4b dargestellt, Verbindungs- und Kontakteinrichtungen 5 vorgesehen werden. Dies könnte es beispielsweise möglich machen, dass die Elektroden 2, 4 passiv mit Kontaktflecken auf einem darunter liegenden, hier aber nicht dargestellten Siliziumchip verbunden werden, wobei in diesem Fall einen ausreichende Redundanz erforderlich ist, um eine Fehlausrichtung in gewissem Maße zuzulassen. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist für gewisse Schaltungen (z.B. Dekodier- oder Router-Schaltungen) auf der Grundlage von Dünnfilm-Transistoren (TFT) an den Enden der Elektroden gesorgt, wodurch die Anzahl der Kontaktpunkte verringert wird, um so eine robustere Verbindung zu vereinfachen. Diese robustere Auslegung lässt nicht nur eine viel dichtere Packung der Elektroden und somit eine erhöhte Speicherdichte zu, sondern ermöglicht dem Endverbraucher auch den Anschluss von gefalteten (und kompaktierten) Speicherstapeln an den Siliziumchips (oder den Kontaktflecken, die mit dem bzw. den Siliziumchip (s) verbunden sind), wodurch der Weg zu sehr kostengünstigen zusätzlich einbaubaren Speichermodulen eröffnet wird.

Eine weitere Verbesserung dieses Gedankens könnte darin bestehen, alle Treiberschaltungen, die ebenfalls Detektorschaltungen umfassen und die für den Betrieb des Speichers erforderlich sind, an den Enden der Bänder vorzusehen. Dies würde zur Ausbildung des gefalteten Speicherstapels als völlig unabhängige Einheit führen.

Eine noch weitere Verbesserung bestünde darin, die nötigen Schaltungen gleichmäßig über die Bänder in direktem Kontakt mit jeder einzelnen Speichermatrix (an deren Seiten) als Treiber/Dekodierer für Reihen und Spalten zu verteilen und dabei einfach diese jeweils mit einem gemeinsamen Bus/Datenverkehrs-Koordinator auf dem Band bzw. den Bändern zu kontaktieren und dann über einen oder mehrere fest verdrahtete oder drahtlose Kontakte mit externer Hardware zu kommunizieren.

Wenn Silizium- oder Silizium-/TFT-Schaltungen auf einem Trägersubstrat eingesetzt werden, können die Oberflächen der Bänder an den Silizium-Treiberschaltungen dadurch angebracht werden, dass ein Ende der Fläche über das andere gebogen wird, wie dies in 4b gezeigt ist, ehe dieses an Kontaktflecken auf der darunter liegenden, hier aber nicht dargestellten Substratfläche des Bauelements angebracht wird. Wenn alle Treiberschaltungen auf dem Band bzw. auf den Bändern aufgebaut sind, ist ein derartiges Umbiegen nicht erforderlich.

Der sich dabei ergebende Speicherstapel S mit diesem Aufbau stellt neue Lösungsansätze und Lösungen für die eingangs dargestellten Probleme dar. Was vom Standpunkt der Architektur aus hier im Grunde genommen stattfindet, ist der Umstand, dass die Herausforderungen zum größten Teil auf die Probleme reduziert werden, die mit dem Aufbau von Einzelschicht-Speichern zusammenhängen, weil hier jede Speicheranordnung M auf einem einzelnen Substrat aufgebaut ist. Dies umfasst auch einfache modulare Untereinheiten, die durch die einzelnen Bänder repräsentiert werden, die sich vor dem Zusammenbau in skalierbarer Form zu Stapeln in spezialisierten Produktionsanlagen herstellen lassen.

Dieses Konzept lässt die Verwendung von stapelbaren Speicherbändern in sehr großer Zahl zu, wobei die einzige Einschränkung im Zugriff zu Siliziumoberfläche im Falle einer Schaltung aus Silizium oder in Hybridtechnik aus Silizium/TFT besteht; diese Einschränkung ist in den Fällen, in denen „alle Schaltungen auf dem Band (alles in TFT-Technik)" ausgeführt sind, nicht gegeben. Dies schlägt sich direkt in einer sehr hohen Speicherkapazität oder in beliebig hoher Speicherkapazität in den Fällen „alles in TFT-Technik" nieder.

Da dieser Ansatz nahe, wenn nicht sogar ganz, an die Verarbeitung eines Einzelschicht-Speichers herankommt, verschwinden die Probleme hinsichtlich der Kompatibilität im Zusammenhang mit der Prozesstechnik und der Temperatur, die mit der Verarbeitung von Mehrfachschichten zusammenhängen.

In ähnlicher Weise können auch mögliche negative Auswirkungen eines solchen Verfahrens vermieden werden, indem die Aufbringung der oberen Elektroden direkt auf dem Speicherfilmschichten entfällt. Eine weitere positive Auswirkung auf die Filmschicht-Morphologie besteht in der Möglichkeit, vor dem Sintern mit dem Recken der Filmschichten zu arbeiten, was somit eine stärker geregelte Kristallstruktur sicherstellt. Auch Techniken der Aufbringung, die eine Alternative zur Beschichtung mit Zentrifugierung darstellen, wie Tauchbeschichtung, Rakelbeschichtung und Beschichtung mit Meniskus können einen positiven Einfluss auf die Morphologie der Filmschicht nehmen.

Da die zur Verfügung stehende Fläche groß ist, lässt sich ein deutlich entspannteres Verfahren zur Strukturierung realisieren, so dass auch mit anderen Werkzeugen als der Lithographie und einer echten Verarbeitung von Spule zu Spule gearbeitet werden kann. Dies senkt wiederum ganz erheblich die Herstellungskosten.

Durch die erheblichen Größen, mit denen gearbeitet werden kann, verbessert sich auch der jeweilige Störabstand bezüglich der Zellensignale einfach deshalb, weil die Zellen so viel größer sind. Dies gestattet eine größere Variationsbreite in der Filmschichtdicke usw., wodurch mögliche Probleme im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Speicherstrukturen auf biegsamen Substraten verringert werden.

In den Fällen, in denen Bauelemente auf Siliziumchips aufgebaut werden, vereinfacht sich die dichte Anordnung bei hohen Temperaturen, da das Siliziumteil sich schon vor der Anbringung des Polymers verarbeiten und löten lässt.


Anspruch[de]
  1. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement, bei welchem ein ferroelektrisches bzw. Elektret-Speichermaterial (1) in Sandwichbauweise zwischen ersten und zweiten Elektrodenschichten (2; 4) vorgesehen ist, die jeweils erste und zweite parallele streifenförmige Elektroden aufweisen, welche Wortzeilen (2a) und Bitzeilen (4a) einer nach Art einer Matrix adressierbare Speicheranordnung (M) bilden, wobei Wortzeilen (2) und Bitzeilen (4) der Speicheranordnung (M) im Wesentlichen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind und wobei Speicherzellen in Volumenbereichen des in Sandwich-Bauweise zwischen jeweiligen sich überkreuzenden Wortzeilen (2) und Bitzeilen (4) angeordneten Speichermaterials (1) definiert sind, und bei welchem eine Vielzahl von Speicheranordnungen in mindestens einem Stapel (S) in der Weise vorgesehen ist, dass der mindestens eine Stapel Speicheranordnungen das Speicherbauelement mit volumetrischer Konfiguration realisiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stapel (S) aus Speicheranordnungen (M) mit zwei oder mehr bandförmigen Strukturen (R) gebildet ist, welche dabei ineinander gefaltet und/oder geflochten sind, wobei jede bandförmige Struktur (R) ein biegsames Substrat (e) aus nicht-leitendem Werkstoff aufweist, dass erste und zweite Elektrodenschichten (2; 4) jeweils auf jeder Fläche des Substrats in der Weise vorgesehen sind, dass die Elektrodenschichten (2, 4) jeweils parallele streifenförmige Elektroden (2a, 4a) aufweisen, die in der Form vorgesehen sind, dass sie sich entlang der bandförmigen Struktur (R) erstrecken und eine Lage aus Speichermaterial (1) eine der Elektrodenschichten derselben überdeckt und sich ohne Unterbrechung zwischen den Kanten der bandförmigen Struktur erstreckt, dass jede Speicheranordnung (M) des Stapels (S) von sich überdeckenden Bereichen eines Paares benachbarter bandförmiger Strukturen (R) gebildet ist, welche in der Weise gefaltet und/oder geflochten sind, dass sie sich in einer im Wesentlichen senkrechten Beziehung überkreuzen und dass die Wortzeilen (2a) und die Speicherschicht (1) einer Speicheranordnung (M) in einem Stapel (S) in der ersten bandförmigen Struktur (R) eines Paares benachbarter Strukturen dieser Art enthalten sind und dass die Bitzeilen (4a) in dessen zweiter bandförmiger Struktur (R) enthalten sind.
  2. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder zweiten Speicheranordnung (M) eines Stapels (S) eine gegenseitig versetzte Anordnung vorgesehen ist.
  3. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, bei welchem mehr als ein Stapel (S) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die bandförmigen Strukturen (R) in der Weise gefaltet und/oder geflochten sind, dass eine paarweise Permutation der Abfolge der bandförmigen Strukturen von Stapel zu Stapel gebildet wird.
  4. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bandförmigen Strukturen (R) in zwei oder mehr Teilmengen (X) derselben angeordnet sind, wobei die bandförmigen Strukturen (R) in jeder Teilmenge bei Blickrichtung vom oberen Teil des Stapels aus parallel zueinander ausgerichtet sind, sowie nicht parallel zu bandförmigen Strukturen (R) in anderen davon verschiedenen Teilmengen.
  5. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine bandförmige Struktur (R) aus jeder der mindestens zwei Teilmengen (X) mit in Längsrichtung verlaufenden Elektroden (2; 4) auf einer Seite und eine globale Speicherschicht (1) auf der anderen Seite angeordnet sind.
  6. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der bandförmigen Strukturen (R) und von deren Teilmengen (X) so gewählt ist, dass die Länge der bandförmigen Strukturen (R) auf ein Mindestmaß verringert wird, das mit einer vorgegebenen Funktionalität des Stapels (S) kompatibel ist.
  7. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der bandförmigen Strukturen (R) vorgeformt und mit isolierenden und/oder leitfähigen Schichten und/oder Halbleiterlagen und Strukturen in seinem Querschnitt und/oder auf einer oder beiden ihrer Oberflächen zugerichtet wurde.
  8. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr bandförmige Strukturen (R) in dem Stapel (S) einen Satz Elektroden (2a; 4a) auf einer oder beiden Seiten der bandförmigen Strukturen aufweisen und die Länge der bandförmigen Strukturen verlängern.
  9. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Zugriff auf jede Elektrode (2a; 4a) dadurch erfolgt, dass sie mit einem Kontaktfeld bzw. einer Kontaktfläche verbunden ist, in welcher aktive und/oder passive Schaltungen an oder nahe einem oder beiden Enden der bandförmigen Strukturen (R) einbezogen sind, wobei die Kontaktfelder ihrerseits elektrisch oder optisch mit Schaltungen außerhalb der bandförmigen Strukturen (R) verbunden sind.
  10. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (S) mindestens zwei unterschiedliche Arten von bandförmigen Strukturen (R) enthält.
  11. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, mindestens eine bandförmige Struktur (R) in dem Stapel (S) eine globale Isolierschicht auf einer Oberfläche oder auf beiden Flächen aufweist.
  12. Volumetrisches ferroelektrisches bzw. Elektret-Speicherbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine bandförmige Struktur (R) in dem Stapel (S) eine Länge besitzt, die sich von der Länge der anderen bandförmigen Struktur (R) in dem Stapel (S) unterscheidet.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com