(57)【要約】      （修正有）【課題】単純な方法で製造でき、残留磁気も良好な強誘電体膜およびその製造方法を提供する。【解決手段】強誘電体として、ポリアミノジフルオロボラン（ＰＡＤＦＢ）を含む、強誘電体膜。さらに、ＰＡＤＦＢと混合された強誘電体ポリマー膜であり、強誘電体ポリマーは、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレン（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））との共重合体、及びポリウンデカンアミド（Ｎｙｌｏｎ１１）から成るグループから選択される、強誘電体膜。また、当該強誘電体膜を用いる記憶装置、強誘電体ポリマーの製造方法、強誘電体溶液。【選択図】図３
2010016360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアミノジフルオロボラン（ＰＡＤＦＢ）を含む、強誘電体膜。
【請求項２】
ＰＡＤＦＢと混合された強誘電体ポリマーを更に含み、
前記強誘電体ポリマーは、ＰＡＤＦＢとは異なる、請求項１に記載の強誘電体膜。
【請求項３】
前記強誘電体ポリマーは、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレン（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））との共重合体、及びポリウンデカンアミド（Ｎｙｌｏｎ１１）から成るグループから選択される、請求項１又は２に記載の強誘電体膜。
【請求項４】
前記ＰＡＤＦＢの濃度は、２ｗｔ％〜２０ｗｔ％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の強誘電体膜。
【請求項５】
１又は２以上のキャパシタのようなメモリセルを備え、
各セルは、一対の電極、及び当該電極間に位置する請求項１〜４のいずれか１項に記載の強誘電体膜を有する、記憶装置。
【請求項６】
１又は２以上の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備え、
各トランジスタは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の強誘電体膜で形成されたゲート絶縁膜を有する、記憶装置。
【請求項７】
前記電極の一つに電圧を加えるように構成されるスイッチングトランジスタ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を更に備える、請求項５に記載の記憶装置。
【請求項８】
所定量のＰＡＤＦＢを溶剤と混合することを含む、強誘電体ポリマーの製造方法。
【請求項９】
前記ＰＡＤＦＢ及び前記溶剤に、別の異なる強誘電体ポリマーを所定量混合することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶液で膜を形成することを更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記膜を焼きなます（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）ことを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ポリアミノジフルオロボラン（ＰＡＤＦＢ）及び溶剤を含有する、強誘電体溶液。
【請求項１３】
前記ＰＡＤＦＢ及び前記溶剤と混合された強誘電体ポリマーを更に含み、
前記強誘電体ポリマーは、ＰＡＤＦＢとは異なる、請求項１２に記載の強誘電体溶液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体ポリマー膜及び強誘電体ポリマーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体ポリマーは、電子デバイスとして将来性のある材料である。強誘電体ポリマーは、例えば、不揮発性メモリに適している。薄膜は、スピンコーティング、金型コーティング、スクリーンプリンティング、又は他のコーティング方法のような単純な方法によって溶液から形成されることが可能であるため、強誘電体ポリマーを用いる上記装置の製造費用は、極めて安くなるものと期待される。しかしながら、外部電界が加えられない場合、残留磁気は最大の自発分極であり、有機材料の残留磁気は、一般的に無機強誘電体材料の残留磁気よりも低い。残留磁気は、強誘電体材料にとって最も重要な特性の１つである。強誘電体材料が記憶装置に用いられる場合、外部出力信号の大きさは、残留磁気に比例する。そのため、改善された残留磁気を有する強誘電体材料に対する大きな需要がある。
【発明の概要】
【０００３】
概括的には、本発明の一側面は、ポリアミノジフルオロボラン（ＰＡＤＦＢ）を備える強誘電体ポリマーを提案する。これにより、残留磁気が増加する利点を有してもよい。
【０００４】
本発明の第１の特定の表現によれば、請求項１に記載された強誘電体膜が提供される。
【０００５】
本発明の第２の特定の表現によれば、請求項８に記載された強誘電体ポリマーの製造方法が提供される。
【０００６】
本発明の第３の特定の表現によれば、請求項１２に記載された強誘電体溶液が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の１又は２以上の実施形態について、以下の図面を参照しながら説明する。
【図１】ＰＶＤＦの分子構造である。
【図２】ＰＡＤＢＦの分子構造である。
【図３】残留磁気とＰＡＤＦＢの濃度との関係である。
【図４ａ】１Ｔ１Ｃ型メモリの装置構造である。
【図４ｂ】１Ｔ型メモリの装置構造である。
【図４ｃ】クロスポイント型（ｃｒｏｓｓ  ｐｏｉｎｔ  ｔｙｐｅ）メモリの装置構造である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
強誘電体ポリマーの一例が、図１に示される。ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）分子１００は、Ｈ−Ｃ結合１０２及びＦ−Ｃ結合１０４を含む。ポリマーの強誘電体特性は、水素１０６及びフッ素１０８原子の間に生じた双極子モーメントに関連していてよい。これは、上記分子の極性にも関連している。
【０００９】
上記双極子モーメントの測定方法は、上記分子間の原子の電気陰性度を比較することによる。上記電気陰性度は、共有結合において、自身に対して電子（又は電子密度）を引き付ける原子の力に関連する。フッ素原子の電気陰性度は４．０であり、炭素の電気陰性度は２．５であるので、Ｆ−Ｃ結合において、フッ素原子は、炭素原子よりもより負に帯電しやすい。一方で、水素原子の電気陰性度は、わずか２．２である。そのため、炭素原子は、Ｈ−Ｃ結合において、水素原子よりもより負に帯電しやすい。これらの特性は、電子分布の不均衡を引き起こし、そのことが、水素とフッ素原子間の強い双極子モーメントをもたらす。
【００１０】
強誘電体ポリマーの追加例が、図２に示されている。ポリアミノジフルオロボラン（ＰＡＤＦＢ）分子２００は、Ｂ−Ｆ結合２０２及びＮ−Ｈ結合２０４を含む。ホウ素２０６の電気陰性度は、２．０であり、窒素２０８は、３．０であり、そのため、Ｂ−Ｆ２０２及びＮ−Ｈ２０４結合の双方の電気陰性度の大きな違いにより、ＰＡＤＦＢは、ＰＶＤＦの２倍の大きさの双極子モーメントを有していてもよい。外部電界が加えられない場合、残留磁気は最大の双極子モーメントに比例するので、大きい双極子モーメントほど、残留磁気が高まる利点を有していてもよい。
【００１１】
ＰＡＤＦＢは、前駆体（ＢＦ３ＮＨ３）の熱分解によって合成され、冷却トラップによって収集されてもよい。収集されたＰＡＤＦＢは、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）内で溶解されて、ガラス基板上にスピンコートされてもよい。
【００１２】
ＰＡＤＦＢは、吸湿性で脆い材料であるので、間断なく、空気中で安定した膜を得ることは難しいことであるかもしれない。高い残留磁気を得ながら、改良した相分離、低吸湿性、及び／又は改良された空気中での膜安定性を有した強誘電体ポリマーを準備することは望ましいことであるかもしれない。
【００１３】
特定の強誘電体ポリマーは、膜の均一性及び安定性を向上させた。例えば、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、ＰＶＤＦ、又はナイロン１１のような強誘電体ポリマーは、ＰＡＤＦＢよりも、空気中で安定であり、吸湿性を有さない。好適な実施形態によると、膜の均一性及び安定性を改良するために、ＰＡＤＦＢは、例えば、異なる強誘電体ポリマーのように別の材料と混合されてもよい。
【００１４】
図３は、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）及びＰＶＤＦの混合物の範囲に対する残留磁気を示している。このことは、ＰＡＤＦＢはＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）に比べて高い残留磁気を有しているので、ＰＡＤＦＢの濃度が高くなるに従い、残留磁気が増加することを示している。図３に示すように、残留磁気はＰＡＤＦＢの濃度が１０％〜２０％の間で飽和する傾向にある。
【００１５】
少なくとも２０％の濃度までは、ＰＡＤＦＢ分子の多くは、空気中で安定したＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）分子によって取り囲まれる。この範囲内で、上記膜は、空気中で極めて安定であり、著しい水の吸収は観測されなかった。ＰＡＤＦＢが、ＰＶＤＦやナイロン１１のような様々な強誘電体ポリマーと混合された場合、類似した効果が観測された。
【００１６】
ＰＡＤＦＢ及びＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）の混合物は、窒素ガスで充填されたグローブボックス内で、８ｗｔ％の脱水したＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）のペレットを脱水したＤＭＦに溶解して、次いで、０．８ｗｔ％のＰＡＤＦＢを上記の溶液に溶解することによって生成されてもよい。上記の溶液は、中間生成物であってもよい。次いで、上記の溶液を、水の吸収を避けるためにグローブボックス内で、ガラス基板上にスピンコーティングして、１５０℃で３時間焼きなますことができる。大量生産のためには、代わりに、ロール状にした２つのシートの間で作動しているシート状の基板上で製造が行われるロールトゥロールプロセスが用いられてもよい。例えば、上述したように生成された１０％のＰＡＤＦＢの濃縮した膜は、良好な残留磁気を示す。
【００１７】
記憶装置で高い残留磁気の強誘電体ポリマーを用いることで、装置は小型化されてもよく、又は同一の領域でより多くの情報が記録されることができる。図４ａ〜図４ｃは、様々な構造の記憶装置を図示している。図４ａで示される構造は、トランジスタ４００及び誘電体のように好適な実施形態にかかる強誘電体ポリマーを有するキャパシタ４０２から成る１Ｔ１Ｃ型と呼ばれる。トランジスタの閾値よりも十分に大きい、例えば、１．５Ｖの電圧をＷＬに加えることによって、トランジスタ４００がオンにされながら、このメモリセルに情報を書き込むために、強誘電体材料の保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅｎｅｓｓ）より高い電界がＢＬとＰＬとの間に加えられる。ＢＬとＰＬとの間の電界の分極に依存して、データ“０”又はデータ“１”が強誘電体層に記録される。読み込む操作で、適切な電界がＷＬに加えられる一方で、ある分極の電界がＢＬ及びＰＬの間に加えられる。記録された分極が反転するならば、ＢＬ及びＰＬの間に変位電流が流れる。一方で、分極の反転が発生しないのならば、ＢＬ及びＰＬの間に変位電流は流れない。従って、変位電流を検出することによって、記録された情報は“０”又は“１”を有していると決定することができる。
【００１８】
図４ｂは、１Ｔ型のメモリセルの概略図である。１Ｔ型のメモリセルに対する書き込む操作は、１Ｔ１Ｃ型によるものと同じである。適切な電界をＷＬに加えことによって、トランジスタ４０６がオンにされながら、好適な実施形態にかかる強誘電体材料４０４の保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅｎｅｓｓ）より高い電界がＢＬ及びＰＬの間に加えられる。セル内の記録された情報を読み込むために、保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅｎｅｓｓ）より小さい、ある大きさの電界が電界のＢＬ及びＰＬの間に加えられながら、ＷＬに例えば１．５Ｖの電圧が加えられる。ＢＬ及びＰＬの間の電流は、記録された分極の方向に依存して変わるので、記録された情報は“０”又は“１”を有していると決定することができる。
【００１９】
図４ｃは、いわゆるクロスポイント型（ｃｒｏｓｓ  ｐｏｉｎｔ  ｔｙｐｅ）メモリの構造を示している。それは、トップ電極４０８、ボトム電極４１０、及び好適な実施形態にかかる強誘電体層４１２から成る。トップ４０８及びボトム４１０の電極はマトリクスを形成して、強誘電体層４１２は、これらの電極によって間に挟まれる。一対のトップ４０８及びボトム４１０が選択されて、電圧が、例えば、３０Ｖ加えられる場合、保磁力（ｃｏｅｒｃｉｖｅｎｅｓｓ）を超える電界が対応するクロスポイントで発生する。このように、書く又は読むという操作が、１Ｔ１Ｃと同じ原理で実行される。
【００２０】
本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、当業者にとって明らかに本発明の範囲内にあるものについて、多くの変更例が可能である。
【図３】
2010016360.tif 000003
【図１】
2010016360.tif 000004
【図２】
2010016360.tif 000005
【図４ａ】
2010016360.tif 000006
【図４ｂ】
2010016360.tif 000007
【図４ｃ】
2010016360.tif 000008
【外国語明細書】
2010016360000001.pdf