图1:通过印刷方式在聚酰亚氨底板上制作的3×3内存阵列
图2:FeFET概略与测定的滞后曲线
日经BP社2005年12月22日报道 日本产业技术综合研究所利用DNA和蛋白质作为电介质层材料,在柔性底板上制作出了具有强介电效果的晶体管(FeFET)型内存元件。产综研注意到以DNA为代表的生物高分子材料具有“棒状螺旋结构”,利用这一特性实现了上述元件。并已经采用涂布法和丝网印刷2种方式试制带有9个FeFET的3×3内存阵列,目前已完成工作性能确认(图1)。
FeFET的开发者是产综研光技术研究部门有机半导体元件组的组长谦田俊英与该组研究员植村圣等。将有机材料作为强介电质材料的研究开发目前正在高分子型与低分子型两个领域进行,但“实际印刷到柔性底板上制成内存元件这还是首次”。第一步“设想应用于无线标签(FRID标签)等”。
谦田等人在聚酰亚氨(Polyimide)等各种柔性底板上,用鲑鱼DNA与名为“PMLG(poly-methyl L-glutamate)”的一种多肽(蛋白质)为材料制作电介质层,在上面形成有机半导体与源极、漏极等电极,制作出了此次的内存元件。这种电介质层对门电压呈现出很强的介电性能,漏极电流-栅极电压特性显示出很大的滞后性,从而具备了储存的功能(图2)。
产综研没有透露有机半导体的材料,只是说“与经验有关”(谦田)。但据悉,此次的内存阵列包括这种有机半导体在内均是通过印刷方式制作出来的。
鲑鱼DNA与PMLG的共同点是均由氨基酸组成、具有名为“α螺旋结构”的双链右旋棒状螺旋结构。在此次材料选择时,这种棒状螺旋结构成为入围因素。理由是“适合涂布等印刷时的元件制造”(谦田)。
“鲑鱼的性能更高”
DNA提取对象之所以选择鲑鱼,“是因为碰巧拿过来了”(谦田)。作为内存,“在低电压下工作这一点上,用DNA估计要比用PMLG的性能更好”(谦田)。但DNA难以获取,存在价格昂贵的课题。
另一方面,PMLG尽管容易量产、成本很低,但存在起始驱动电压高达数10V的课题。产综研通过混合与PMLG结构相似的名为“PMMA(poly-methyl methacrylate)”的一种丙烯基树脂,实现了+10V左右这一与DNA相近的低电压驱动。
此次试制的3×3内存阵列的电介质层膜厚高达800nm。这一厚度“是为了确保一定绝缘性所必需的”(产综研)。据说低电压化也有利于降低膜的厚度。