RU2275599C2

RU2275599C2 - Энергонезависимое запоминающее устройство

Info

Publication number: RU2275599C2
Application number: RU2004108850/09A
Authority: RU
Inventors: Ханс Гуде ГУДЕСЕН (BE); Ханс Гуде Гудесен; Пер-Эрик НОРДАЛ (NO); Пер-Эрик НОРДАЛ
Original assignee: Тин Филм Электроникс Аса
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2006-04-27
Also published as: KR100554676B1; RU2004108850A; JP2005502200A; ATE343841T1; AU2002321949B2; DE60215677T2; NO20014272L; EP1423856A1; CN1552076A; ES2274995T3; DE60215677D1; NO314606B1; EP1423856B1; WO2003021601A1; DK1423856T3; NO20014272D0; KR20040032982A; CA2459319A1

Abstract

Изобретение относится к энергонезависимым запоминающим устройствам. Техническим результатом изобретения является улучшение усталостных характеристик и способность работы на высоких частотах. Согласно изобретению энергонезависимое запоминающее устройство (10) содержит электрически поляризуемый диэлектрический запоминающий материал (11), обладающий ферроэлектрическими или электретными свойствами и способный проявлять также свойства гистерезиса и остаточной поляризации. Запоминающий материал (11) содержит один или более полимеров, причем, по меньшей мере, один из этих полимеров представляет собой дейтерированный полимер. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к энергонезависимому запоминающему устройству, содержащему электрически поляризуемый диэлектрический запоминающий материал, обладающий ферроэлектрическими или электретными свойствами и способный проявлять также свойства гистерезиса и остаточной поляризации. При этом запоминающий материал содержит один или более полимеров и находится в контакте с первым и вторым наборами электродов для осуществления операций считывания, записи и стирания. Тем самым в запоминающем материале сформирована ячейка памяти со структурой, подобной конденсатору, и с прямой или косвенной адресацией через электроды. Подобные ячейки памяти запоминающего устройства образуют элементы активной или пассивной матрицы, в которой возможна селективная адресация к каждой ячейке памяти для выполнения операции записи/считывания путем установления в ячейке заданного состояния поляризации или осуществления переключения поляризации в ячейке. При этом заданное состояние поляризации, установленное в ячейке, определяет ее логическое состояние.

Уровень техники

На фиг.1 представлено пассивное матричное запоминающее устройство 10 описанного типа, соответствующее также устройству по изобретению. На одной стороне слоя запоминающего материала 11 имеется первый набор параллельных полосковых электродов WL. На другой стороне запоминающего материала имеется второй набор полосковых электродов BL, ориентированный ортогонально первому набору. Первый набор электродов WL образует в матричном запоминающем устройстве управляющие (числовые) шины, тогда как второй набор электродов BL образует шины данных (разрядные шины).

На фиг.2 матричное запоминающее устройство по фиг.1 (называемое далее также матричной памятью) представлено в сечении. Наборы электродов WL, BL пространственно отделены друг от друга, и между ними находится запоминающий материал 11. Однако указанные электроды могут быть также заглублены внутрь запоминающего материала. В варианте по фиг.2 объемный (трехмерный) элемент в пределах запоминающего материала, находящийся между скрещивающимися управляющей шиной и шиной данных, определяет ячейку памяти в запоминающем материале. Ячейка памяти имеет структуру, подобную конденсатору. Запоминающий (в частности, ферроэлектрический) материал может быть поляризован с приданием ему определенного состояния поляризации путем приложения напряжения к управляющей шине и к шине данных и формирования таким образом электрического поля, приложенного поперек ферроэлектрического запоминающего материала в области, в которой скрещиваются управляющая шина и шина данных. Ячейка памяти может бесконечно сохранять данное состояние поляризации, если только это состояние не будет переключено еще раз путем приложения электрического поля к ячейке аналогично тому, как это будет описано далее.

Запоминающее устройство 10, представленное на фиг.1 и 2, - это так называемое пассивное матричное устройство. Данный термин означает, что в каждой ячейке памяти запоминающего устройства не предусмотрены какие-либо активные переключающие элементы. Однако устройство 10 может быть реализовано и как так называемое активное запоминающее устройство. В этом случае ячейки памяти формируются в виде конденсаторов, присоединенных к переключающему транзистору. Адресация при этом производится не прямо через электроды, а путем соединения, устанавливаемого за счет переключения транзистора по отдельной управляющей линии. Как пассивные, так и активные матрицы обладают достоинствами и недостатками. Пассивная матрица является намного более простой, причем запоминающий материал может быть выполнен в виде цельной структуры. Ее недостаток состоит в том, что ячейки памяти в пассивной матрице не защищены от перекрестных помех и паразитных токов, которые возникают при выполнении операций адресации. В активной матрице каждая ячейка памяти содержит дискретный конденсатор, который включается с помощью переключающего транзистора, предусмотренного в ячейке для того, чтобы электрически связывать ее с управляющей шиной и шиной данных матрицы. Недостатками данной матрицы являются более высокая стоимость, необходимость наличия дискретных переключающих устройств (в частности, транзисторов), а также значительное потребление тока.

Как пассивные, так и активные матричные устройства могут послойно накладываться друг на друга с формированием объемных (трехмерных) устройств хранения данных. Например, пассивное матричное устройство, представленное на фиг.1 и 2, может соответствовать одному из слоев в структуре в форме стопы подобных слоев, причем каждое пассивное матричное устройство, входящее в стопу, снабжается изолирующим и/или разделяющим слоем. Поведение запоминающего материала применительно к ферроэлектрическому или электретному материалу, обладающему гистерезисными свойствами, иллюстрируется фиг.3. На этой фигуре представлена кривая гистерезиса для ферроэлектрического или электретного материала. Поляризация Р материала представлена в виде функции от напряженности электрического поля Е. Значение поляризации будет следовать кривой гистерезиса в направлениях, обозначенных стрелками.

Ферроэлектрический материал, характеризующийся кривой гистерезиса типа показанной на фиг.3, будет изменять направление своей поляризации ("переключаться") при приложении электрического поля Е, которое превышает так называемое коэрцитивное электрическое поле E_с. Когда электрическое поле Е превысит коэрцитивное электрическое поле E_с, поляризация резко изменяется, принимая большое положительное значение +Р_r. Данная положительная поляризация +Р_r сохраняется до тех пор, пока большое отрицательное электрическое поле, превышающее отрицательное коэрцитивное электрическое поле -E_с, снова не изменит поляризацию, вернув ей отрицательное значение. Как следствие, запоминающие устройства, снабженные конденсаторами, содержащими ферроэлектрический или электретный материал, будут обнаруживать эффект памяти в отсутствие приложенного электрического поля. Это делает возможным энергонезависимое сохранение данных путем приложения к ферроэлектрическому материалу разности потенциалов, которая вызывает поляризационный отклик. Направление и уровень отклика могут быть, таким образом, заданы и сохранены в желаемом состоянии.

Пассивные матричные запоминающие устройства типа изображенного на фиг.1 известны специалистам в течение длительного времени. В частности, можно сослаться в этой связи на опубликованный патентный документ JP 610498983 (основанный на патентной заявке Японии №59-170805 от 16.08.84), в котором описана тонкая ферроэлектрическая пленка из высокомолекулярного полимера. В данном документе описано также, как осуществляется формирование сополимера винилиденфторида и трифторэтилена и как он используется в качестве запоминающего материала в пассивном матричном устройстве.

Было показано, что целый ряд полимеров и сополимеров обладают ферроэлектрическими или электретными свойствами и обнаруживают способность к переключению, что делает их пригодными для использования в качестве запоминающего материала в матричных запоминающих устройствах. Так, в работе Tajitsu et al. Investigation of Switching Characteristics of Vinylidene Fluoride/Trifluoroethylene Copolymers in Relation to Their Structures, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.26, p.554 (1987) представлены характеристики переключения сополимеров винилидендифторида и трифторэтилена П(ВДФ-ТрФЭ) и продемонстрирована их пригодность для использования в качестве запоминающего материала в энергонезависимой матричной памяти. Может быть приведена также ссылка на публикацию в издании IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.37, No.11 (November 1994), в которой описано использование ферроэлектрических полимеров, особенно поливинилидендифторида (ПВДФ) или сополимера П(ВДФ-ТрФЭ) в качестве ферроэлектрических материалов, которые могут наноситься в виде очень тонкой пленки и обеспечивать очень быстрый отклик на пироэлектрический стимул. Данная публикация является релевантной также и потому, что в ней описывается возможность создания стопы из двумерных запоминающих устройств для формирования объемного устройства хранения данных.

Общей проблемой для ферроэлектрических и/или электретных полимеров и сополимеров является возникновение химических дефектов высокого уровня, приводящих к низкой степени кристалличности и, следовательно, к низкому потенциалу поляризации. Это, в свою очередь, оказывает негативное влияние на свойства переключения. Например, переключение может становиться более медленным и требовать приложения очень значительных напряжений. Поливинилидендифторид (ПВДФ), как правило, рассматривается как менее подходящий для использования в качестве запоминающего материала, поскольку он обнаруживает тенденцию к формированию неполярной кристаллической структуры. В этом случае ПВДФ необходимо подвергать механическому вытягиванию для того, чтобы придать ему ферроэлектрические свойства, в частности, путем перевода кристаллов из неполярной формы (II) в полярную форму (I). Однако процедура вытягивания несовместима с типовой КМОП-технологией, которая используется при производстве интегральных схем памяти и согласно которой ферроэлектрический полимер должен наноситься на жесткую кремниевую пластину. Данная операция создает препятствие для последующего проведения описанной механической обработки.

В качестве эффективного ферроэлектрического полимерного запоминающего материала может быть указан сополимер П(ВДФ-ТрФЭ). Данный полимер естественным образом кристаллизуется в полярную фазу, так что для придания ему ферроэлектрических свойств не требуется никакого механического вытягивания. Однако комбинирование ТрФЭ с ВДФ не предотвращает возникновения химических дефектов, так называемых дефектов "голова к голове" или "концевая группа к концевой группе". Если бы удалось уменьшить количество подобных химических дефектов, ферроэлектрические полимеры стали бы намного более приемлемыми кандидатами для использования в качестве запоминающих материалов в энергонезависимых запоминающих устройствах.

Еще одним неблагоприятным эффектом, особенно применительно к ферроэлектрическим полимерам, является так называемая усталость, которая отрицательно влияет на их характеристики переключения. Усталость имеет место в случае многократного переключения ячейки памяти. Это явление особенно неблагоприятно, когда ферроэлектрические полимеры должны применяться, например, в ферроэлектрических запоминающих устройствах с произвольной выборкой (ФЗУПВ), для которых требуется износостойкость при переключениях.

Устройства данного типа должны быть способны выдерживать (без заметного ухудшения своих характеристик в отношении переключений) многократные циклы переключения, количество которых лежит в диапазоне миллионов или миллиардов. Однако на практике этого не происходит, поскольку многократное переключение приводит к снижению потенциала поляризации, так что требуется все более высокое напряжение для того, чтобы произвести переключение. Кроме того, обнаружение поляризационного отклика становится все более трудным, поскольку токовый отклик на выходе постоянно уменьшается и в долгосрочной перспективе приближается к порогу распознавания. Было обнаружено, что нежелательное явление усталости в ферроэлектрических полимерах связано с накапливанием заряда на электродах, особенно по причине дефторирования и/или дегидрофторирования полимерных цепей с поступлением в объем памяти мобильных носителей заряда, в частности фтора и фторводорода.

Раскрытие изобретения

В связи с изложенным основная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании энергонезависимой матричной памяти с использованием ферроэлектрического или электретного полимерного или сополимерного запоминающего материала, свободного от рассмотренных недостатков и обладающего улучшенными функциональными свойствами, особенно применительно к энергонезависимым пассивным матричным запоминающим устройствам.

Решение данной задачи, а также другие свойства и преимущества достигнуты с помощью запоминающего устройства согласно изобретению. Это устройство характеризуется тем, что ферроэлектрический или электретный запоминающий материал содержит, по меньшей мере, один дейтерированный полимер.

В соответствии с первым рекомендуемым вариантом осуществления изобретения указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является поливинилидендифторидом (ПВДФ).

В соответствии с другим рекомендуемым вариантом осуществления изобретения указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является сополимером, предпочтительно поливинилидендифторида и трифторэтилена.

В соответствии с еще одним рекомендуемым вариантом осуществления изобретения указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является терполимером (тройным сополимером).

В некоторых вариантах осуществления изобретения указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является дейтерированным только частично. При этом содержание атомов дейтерия предпочтительно составляет не менее 99% от максимально возможного, тогда как остаток составляет обычный (легкий) водород.

Краткое описание чертежей

Для того чтобы облегчить понимание достигаемых преимуществ и релевантных принципов, изобретение будет далее описано более подробно, со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг.1, как уже упоминалось, схематично иллюстрирует известную пассивную матричную память.

Фиг.2 соответствует сечению данной памяти плоскостью А-А.

На фиг.3 представлена обычная кривая гистерезиса для ферроэлектрического или электретного запоминающего материала.

На фиг.4а схематично показана структура регулярного протонированного мономера винилидендифторида.

На фиг.4b схематично показана структура полимерной цепи, образованной протонированными мономерами винилидендифторида.

На фиг.5а приведен пример дефекта, имеющего место в цепях поливинилидендифторида.

На фиг.5b приведен пример другого дефекта, имеющего место в соединении, представленном на фиг.5а.

На фиг.6а схематично показана структура дейтерированного мономера винилидендифторида.

На фиг.6b схематично показана структура полимерной цепи, образованной дейтерированными мономерами винилидендифторида.

На фиг.7 представлен трехмерный вид сополимерной цепи, образованной, в соответствии с изобретением, мономерами винилидендифторида и трифторэтилена.

Осуществление изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается энергонезависимое запоминающее устройство с ферроэлектрическими или электретными полимерами в качестве запоминающего материала. Однако в данном устройстве запоминающий материал, вместо водорода, содержит в полимерных цепях дейтерий. Дейтерированные полимеры уже были описаны ранее; были также до некоторой степени исследованы их свойства. В этой связи можно сослаться на патент США №3303177 от 7.02.67, в котором описаны обладающие изотактической стереорегулярностью полимерные цепи, полученные с использованием мономеров метилэтилена, насыщаемых как дейтерием, так и тритием. Также могут быть упомянуты следующие работы: Cais, Kometani. Polymerization of Vinylidene-d2 Fluoride. Minimal Regiosequence and Branch Defects and Assignment of Preferred Chain-Growth Direction from the Deuterium Isotope Effect, Macromolecules, Vol.17, pp.1887-1889 (1984); Takase et al. Ferroelectric Properties of Form I Perdeuteriated Poly(vinylidene fluoride), Macromolecules, Vol.20, pp.2318-2320 (1987). Однако такие полимеры никогда не предлагались в качестве возможных материалов для энергонезависимых запоминающих устройств с ферроэлекгрическими или электретными полимерными запоминающими материалами.

На фиг.1 очень схематично представлен предпочтительный вариант уже упоминавшегося пассивного матричного запоминающего устройства (называемого также пассивной матричной памятью) с первым набором электродов WL, образующих управляющие (числовые) шины, и со вторым набором электродов BL, образующих шины данных пассивной матричной памяти. Наборы электродов охватывают очень тонкий слой ферроэлектрического или электретного полимерного или сополимерного запоминающего материала 11. При этом полимер или сополимер, входящий в состав данного материала, является дейтерированным, т.е. ядра атомов водорода (протоны) замещены в нем дейтронами. На представленном на фиг.2 сечении плоскостью А-А видно, что тонкопленочный запоминающий материал расположен между электродами WL, образующими числовые шины, и электродами BL, образующими шины данных. В типичном случае толщина тонкопленочного запоминающего материала должна быть меньше 1 мкм, предпочтительно значительно меньше указанного значения, приближаясь в пределе к толщине молекулярного монослоя. Наборы электродов WL, BL, соответствующих числовым шинам и шинам данных, расположены во взаимно параллельных плоскостях, между которыми находится запоминающий материал 11. Зона скрещивания числовой шины и шины данных определяет положение ячейки 12 памяти, имеющей структуру, подобную конденсатору.

При приложении электрического поля запоминающий материал ячейки памяти поляризуется и проявляет гистерезисные свойства, определяемые кривой гистерезиса, показанной на фиг.3. На данной фигуре приложенное электрическое поле Е соответствует горизонтальной оси, а поляризация Р - вертикальной оси. Через +Е_с и -E_с обозначены значения коэрцитивных полей, а через +Р_r и -P_r - соответственно значения остаточной поляризации. Переключающее напряжение обозначено как V_s. В предположении, что ячейка памяти первоначально находится в состоянии, соответствующем остаточной поляризации -P_r, приложение переключающего напряжения V_s приведет к изменению состояния поляризации на обратное. Другими словами, значение поляризации будет смещаться по представленной кривой гистерезиса до тех пор, пока не будет достигнуто состояние насыщения, соответствующее верхнему каспу (вершине) кривой гистерезиса. После этого в отсутствие электрического поля значение поляризации будет медленно смещаться (дрейфовать) к стабильному значению +Р_r положительной остаточной поляризации.

Явления и операции, связанные с приложением заряда, переключением и адресацией ферроэлектрических протонированных полимерных материалов, подробно обсуждались в доступных источниках информации и вполне понятны специалистам в соответствующей отрасли. Соответствующие описания применимы и к характеристикам ферроэлектрических дейтерированных полимерных и сополимерных материалов при приложении к ним заряда, переключении и адресации. Поэтому в подробном обсуждении соответствующих характеристик нет необходимости.

Как известно специалистам, ферроэлектрические запоминающие устройства матричного типа могут быть выполнены в виде стопы для того, чтобы сформировать трехмерное или объемное устройство хранения данных. Настоящее изобретение также предусматривает возможность формирования стопы из двух или, как правило, из множества запоминающих устройств, аналогичных представленному на фиг.1, с формированием объемного устройства хранения данных. При этом один набор электродов каждого устройства может использоваться также следующим устройством. Альтернативно, между запоминающими устройствами, образующими стопу, могут быть введены изолирующие или разделяющие слои.

Запоминающее устройство согласно изобретению или стопа, образованная из таких устройств, будет содержать также подложку. Эта подложка может быть жесткой (например, выполненной из кремния) или гибкой (например, выполненной из пластика или из металлической фольги). В первом случае контур, обеспечивающий выполнение функций управления или драйверных функций и построенный, например, на кремниевых транзисторах, может быть выполнен непосредственно в подложке. Однако подобный контур может быть альтернативно выполнен и на тонкопленочных транзисторах (из неорганического или органического материала) и в этом случае находиться в самом запоминающем устройстве, например, вдоль его кромок вне зоны, занятой памятью, или в дополнительных слоях каждого запоминающего устройства. Другими словами, в этом случае данный контур может быть тем или иным способом интегрирован в запоминающее устройство.

Наиболее изученным и экспериментально испытанным ферроэлектрическим полимерным материалом является поливинилидендифторид (ПВДФ). Соответствующая мономерная форма, имеющая формулу СН₂=СН₂, показана на фиг.4а. Протонированная (т.е. водородосодержащая) группа в левой части фиг.4а именуется "головой" мономера, а фторсодержащая группа в правой части именуется концевой группой мономера. При этом углеродные атомы, очевидно, связаны двойной связью. На фиг.4b представлена структурная формула соответствующего полимера, т.е. поливинилидендифторида (ПВДФ). Видно, что теперь мономерные группы образуют одинарные углеродные связи с атомами смежных групп с образованием полимерной цепи. На фиг.5 изображены дефекты, имеющие место в большом количестве (до 6%) звеньев ПВДФ. При этом на фиг.5а показан дефект типа "концевая группа к концевой группе", когда в одной из мономерных групп концевая группа расположена на месте, на котором должна была находиться головная группа. На фиг.5b показан дефект типа "голова к голове", когда головная группа одного мономера сопрягается с головной группой смежного мономера. Оба данных дефекта создают неблагоприятные эффекты при использовании ПВДФ в качестве запоминающего материала.

Однако значительно более высокая регулярность полимерных цепей, а также существенное снижение частоты ветвлений цепи могут быть достигнуты в дейтерированном ПВДФ, в котором протоны замещены дейтронами. Получаемая при этом структура представлена на фиг.6а. В этом случае "голова" (головная группа) содержит дейтроны. Такая структура, разумеется, позволяет получить ПВДФ с регулярной структурой, показанной на фиг.6b. Дейтерированный ПВДФ структурно аналогичен протонированному ПВДФ, показанному на фиг.4b, но по некоторым важным аспектам обладает в качестве запоминающего материала существенно улучшенными свойствами. Действительно, дейтерированный ПВДФ реально обеспечивает возможность его использования в качестве ферроэлектрического запоминающего материала, тогда как по сравнению с ПВДФ в его протонированной форме более предпочтительным обычно считается сополимер П(ВДФ-ТрФЭ).

Аналогичным образом в запоминающем материале согласно изобретению дейтерированная форма сополимера П(ВДФ-ТрФЭ) поли(винилидендифторид-трифторэтилен) рассматривается в качестве предпочтительного варианта. На фиг.7 представлено трехмерное изображение молекулярной структуры дейтерированного П(ВДФ-ТрФЭ) с выделением мономерных звеньев как для ВДФ, так и для ТрФЭ. Приведенная на фиг.7 структура аналогична соответствующей протонированной структуре, но характеризуется замещением протонов дейтронами по всей полимерной цепи. В дополнение на фиг.7 указаны электрические диполи, причем показано, что они ориентированы перпендикулярно молекулярной цепи и обусловлены большими различиями атомов D и F в отношении сродства к электрону. Синтез дейтерированного полимера может начинаться с синтеза дейтерированных мономеров, после чего мономеры сопрягаются между собой на стадии полимеризации.

В случае использования дейтерированных полимеров в качестве запоминающего материала в запоминающем устройстве согласно настоящему изобретению они могут применяться в виде единственного сополимера или в виде смеси полимеров и сополимеров, или, альтернативно, комбинироваться в смеси, содержащие также различные дополнительные соединения.

Общий обзор свойств ПВДФ в качестве одного из наиболее изученных и типичных ферроэлектрических полимеров можно найти в издании Nalwa (editor). Ferroelectric Polymers, Ch.3, pp.183-232; Ch.4, pp.233-261: Marcel Dekker, Inc. (1995). В монографии G.M.Sessler. Electrets, Vol.1, Introduction and Section 8.5.1-8.5.4, pp.407-411: Laplacian Press (1998) приводится обсуждение свойств ПВДФ, релевантных в контексте данного описания, а также сополимеров и смесей с использованием данного полимера.

Последовательность операций при синтезе дейтерированных полимеров аналогична той, которая используется применительно к сопоставимым протонированным полимерам. Как это описано в упомянутой выше работе Cais, Kometani, пердейтерированный мономер VF₂-d₂ может быть синтезирован из трифторэтанола-d₃ с содержанием дейтрона не менее 99%. Затем осуществляют реакцию данного соединения с р-толуолсульфоновой кислотой, а эфирную производную обрабатывают йодидом натрия для того, чтобы высвободить CF₃CD₂I. Очищенный CF₃СО₂I медленно подавался по каплям на Mg, а эфир и образующийся CD₂=CF₂ собирались и подавались в вакуумный трубопровод, где производилась дегазация методом замораживания-оттаивания и дистилляция. После этого может быть проведена полимеризация с использованием трихлорацетилпероксида в качестве инициатора, который приготавливается по стандартной методике из трихлорацетилхлорида и пероксида натрия. Мономер растворяли в 1,2-дихлортетрафторэтане и испаряли до степени высушивания при -80°С. Мономер конденсировали при -196°С в запаянной пробирке, после чего нагревали до температуры полимеризации, соответствующей 0°С, в реакторе под давлением, установленном в емкости, заполненной водой со льдом. По истечении времени, необходимого для полимеризации, пробирки замораживали в жидком азоте и вскрывали. Полученные таким методом полимеры ПВДФ экстрагировали ацетоном для того, чтобы удалить остатки инициатора и возможные следы олигомера, после чего высушивали в вакуумной печи.

Исследование ферроэлектрических свойств дейтерированного ПВДФ обнаруживает значительное улучшение по сравнению с протонированным ПВДФ. Было обнаружено, что дейтерированный полимер обладает значительно более высокой степенью кристалличности и благодаря этому обеспечивает значительно более высокое значение остаточной поляризации. Это улучшает способность дейтерированного полимера как запоминающего материала к переключениям вследствие высокой степени ориентации единичного диполя по поверхности, нормальной по отношению к запоминающему материалу, которому придана форма тонкой пленки. Улучшение характеристик переключения достигается также за счет того, что дейтерированный полимер имеет более совершенную кристаллическую структуру. Более высокая степень кристалличности приводит к более высокой и более четко определенной температуре плавления дейтерированного ПВДФ и способствует приданию его кривой гистерезиса формы, более близкой к квадратной.

Дейтерированный сополимер П(ВДФ-ТрФЭ) обладает более высокой точкой Кюри и, следовательно, более широким рабочим температурным интервалом, поскольку переход из чисто ферроэлектрического поведения к параэлектрическому, как известно, происходит именно у точки Кюри. Дополнительное преимущество дейтерированного полимера состоит в значительно меньшей подверженности нежелательному дефторированию или дегидрофторированию полимерной цепи. Это, в свою очередь, подразумевает улучшенное сопротивление усталости при использовании в качестве запоминающего материала. Другими словами, в отличие от рассмотренных выше известных ферроэлектрических и электретных полимеров, очень большое количество циклов переключения не будет отрицательно сказываться на характеристиках переключения и соответствующих значениях поляризации дейтерированного полимера.

Кроме того, на высокой частоте дейтерированные ферроэлектрические полимеры имеют более низкую диэлектрическую постоянную, чем их протонированные аналоги. Это приводит к снижению емкостных связей и перекрестных помех, особенно в пассивных матричных устройствах, использующих очень большую матрицу, т.е. большое количество ячеек памяти. Из изложенного можно сделать вывод о том, что энергонезависимые матричные запоминающие устройства согласно изобретению, особенно, устройства пассивного типа, с использованием дейтерированного ферроэлектрического или электретного полимера или сополимера обладают существенно улучшенными рабочими характеристиками по сравнению с известными матричными запоминающими устройствами, использующими протонированные ферроэлектрические или электретные полимеры или сополимеры.

Из анализа уровня техники можно предположить, что полимеры, насыщенные тритием, имеют меньше дефектов и обладают улучшенной изотактической стереорегулярностью. Однако в отличие от дейтерированных полимеров, полимеры, содержащие тритий, которые в ряде отношений могли бы рассматриваться как эквиваленты дейтерированных полимеров, представляются менее актуальными в качестве ферроэлектрических запоминающих материалов из чисто практических соображений, включая высокую стоимость.

Заявителем в настоящее время рассматривается целый ряд полимерных и сополимерных материалов в качестве кандидатов для замены протонированных полимерных запоминающих материалов. Хотя на данный момент весьма вероятными кандидатами представляются дейтерированный ПВДФ и дейтерированный П(ВДФ-ТрФЭ), это не должно исключать возможность того, что многие другие полимеры с водородными атомами в цепи легко могут быть подвергнуты описанной выше процедуре синтеза с получением ферроэлектрического или электретного материала для запоминающих устройств в соответствии с настоящим изобретением, при условии замены всех протонов, входящих в состав полимерных или сополимерных цепей, на дейтроны с соответствующим улучшением характеристик переключения и свойств, относящихся к хранению данных.

Claims

1. Энергонезависимое запоминающее устройство (10), содержащее электрически поляризуемый диэлектрический запоминающий материал (11), обладающий ферроэлектрическими или электретными свойствами и способный проявлять также свойства гистерезиса и остаточной поляризации, причем запоминающий материал (11) содержит один или более полимеров и находится в контакте с первым и вторым наборами электродов (WL; BL) для осуществления операций считывания, записи и стирания, посредством которых в запоминающем материале (11) сформирована ячейка (12) памяти со структурой, подобной конденсатору, и с прямой или косвенной адресацией через электроды (WL; BL), при этом ячейки (12) памяти запоминающего устройства (10) образуют элементы активной или пассивной матрицы, в которой возможна селективная адресация к каждой ячейке памяти для выполнения операций записи/считывания/стирания путем установления в ячейке памяти заданного состояния поляризации или осуществления переключения поляризации в ячейке, причем заданное состояние поляризации, установленное в ячейке памяти (12), определяет ее логическое состояние, отличающееся тем, что ферроэлектрический или электретный запоминающий материал (11) содержит, по меньшей мере, один дейтерированный полимер.

2. Запоминающее устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является поливинилидендифторидом (ПВДФ).

3. Запоминающее устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является сополимером.

4. Запоминающее устройство (10) по п.3, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является сополимером поливинилидендифорида и трифторэтилена.

5. Запоминающее устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является терполимером.

6. Запоминающее устройство (10) по п.1, отличающееся тем, что указанный, по меньшей мере, один дейтерированный полимер является только частично дейтерированным.

7. Запоминающее устройство (10) по п.6, отличающееся тем, что содержание атомов дейтерия составляет, по меньшей мере, 99% от максимально возможного, а остаток составляет обычный водород.