[发明专利]一种基于相变材料的显示存储器

说明书

本发明涉及一种基于相变材料的显示存储器，所述基于相变材料的显示存储器由周期性排列的显示存储元件、连接在显示存储元件上的电控元件和记忆存储元件组成；每个显示存储元件的结构依次包括：第一透明电极层、相变存储层、离子传导层、相变显示层和第二透明电极层；所述相变存储层的组分为VOsubgt;2/subgt;。

技术领域

本发明涉及一种基于相变材料的显示存储一体化器件及其制备方法，主要用于相变存储及智能显示等，属于功能半导体技术领域。

背景技术

相变存储器PCM是利用相变材料在其两态(晶态和非晶态)之间的电阻率不同来实现数据“0”和“1”的存储的。相对于目前主流的闪存存储器，相变存储器因其制作工艺简单，功耗低，数据保存能力强等诸多优点而被认为是最具有前景的非易失性存储器之一。

当前高性能系统对相变存储器的存储密度和面积尺寸提出了更高的要求，由于相变单元存在有漏电流及所需要的Reset电流较大等问题，选通管也成为相变存储器海量存储的关键因素之一。二氧化钒(VO₂)具有典型的半导体金属可逆相变(SMT)，通过这种一级相变，VO₂从单斜晶相(P21/c)转变为四方金红石相(P42/mnm)，并伴随电学和光学性质的显着变化，可作为选通管的理想备选材料。

快速数字信息显示设备在计算机、智能窗口、电子皮肤和可穿戴设备等许多应用中发挥着越来越重要的作用。在过去的几十年里，液晶显示器因其良好的显示质量和快速的响应而得到了广泛的应用。然而，传统的显示技术有许多局限性，包括低能效、缺乏灵活性、制造成本高。其中，电致变色显示器，具有多种器件结构，主要基于对电子刺激引起的双稳态和结构可逆变化的光学响应。WO₃基电致变色显示器因其“记忆效应”、可大面积制造和服役周期久而在智能显示中脱颖而出。

由于上述引人注目的特性，将相变材料VO₂与WO₃等集成到一个装置中，设计多层复合器件，以实现显示存储一体化，有望引起广泛的研究兴趣。

专利1(中国公布号CN106992251A)公开了一种基于VO_x选通管的相变存储单元，包括下电极层、VO_x选通层、相变功能层和上电极层，其采用了VO_x来实现相变功能层的选通，可以在相变功能层选通的基础上实现数据的存储。然而，对于相变存储器来说，既要能起到减小漏电流作用，又能保证较大的操作窗口，VO₂选通管的最优阈值电压需要在阵列中进行多次实验测试来确定。专利2(中国公布号CN104730796A)设计了一种“三明治”结构的非易失性显示单元，这种“三明治”结构为上下两层导电电极与中间相变显示部分组成的结构。相变材料依靠不同电脉冲的热累积，具有可变化的相态结构，对应不同的折射性能与吸收性能，反映出不同的颜色。然而，此显示单元不便于大面积制备，且显色实现方式较为繁琐，需通过多层相变材料的不同排列组合实现。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种兼具快速显示与非易失存储的显示存储器及其制备方法，该方法成本低，工艺可控性强，易于大规模生产。

一方面，本发明提供了一种基于相变材料的显示存储器，所述基于相变材料的显示存储器由周期性排列的显示存储元件、连接在显示存储元件上的电控元件和记忆存储元件组成；每个显示存储元件的结构依次包括：第一透明电极层、相变存储层、离子传导层、相变显示层和第二透明电极层；所述相变存储层的组分为VO₂。

较佳的，当通过电控元件在第一透明电极层和第二透明电极层之间施加正/反向电压时，离子传导层中离子可逆嵌入/脱出相变层，相变存储层实现高低阻态之间的相互转换，显示存储器不仅能进行显示并利用记忆存储元件同步存储相变存储层输出的对应电信号；优选地，正向电压可为1～3V，反向电压可为-1～-3V。