基于银纳米线的熔断式印刷只读存储器及其系统应用的研究

发布时间：2020-05-23 18:04

【摘要】：智能包装可以在物品运输的过程中记录相关的参数,使得消费者在终端可以了解到物品在物流过程中的状态。其中防伪功能是人们对于物流监控最重要的应用需求,因此防伪信息的存储和核验成为智能包装领域的重要研究方向。随着近几年电商平台的发展,越来越多的商品通过快递等物流方式送交给用户,各种防伪方式也被应用于快递包裹及包装上。然而到目前为止,大多数防伪方式还停留在对包装的结构性设计、标签的光学特性或者条形码、二维码等信息查询的方式上,这些方式都存在着易于被仿冒、使用不便等缺点,无法满足人们对防伪信息查询的可靠性和便捷性的需求。因此,对于防伪信息的存储和判别,人们需要便捷易用、性能可靠的解决方案。基于这样的需求,印刷电子领域的熔断式印刷存储器因其较为优越的性能、可定制化的写入方式成为潜在的应用方向。但是将熔断式印刷存储器真正用于智能包装领域,仍然面临着许多挑战。最主要的一点是较高的工作电流,需要进一步降低器件的工作电流以满足低功耗的电路要求。另外一方面,现有的工作只适用于实验室的小规模器件制备,无论是在工艺方式上还是工艺成本上都难以满足批量化大规模生产的要求,需要探索新的工艺来解决这些问题。基于优化熔断式印刷存储器的性能以便应用于智能包装的思考和分析,本论文设计制备了基于银纳米线的熔断式印刷存储器。该存储器利用银纳米线(AgNWs)作为实现熔断功能的材料,用聚四氟乙烯(Teflon)作为封装材料。在工艺上,采用原理简单、设备成本低廉的线棒涂布方式,对银纳米线进行刮涂,使其具备较好的方向性排布。通过对材料和工艺的优化,本论文制备的熔断式印刷存储器最大限度的降低了器件的工作电流、缩短了数据写入时间。经过熔断性能测试、耐用性测试和耐弯曲性测试,验证了该器件在性能上满足了实际的系统应用需求。本论文在制备的基于银纳米线的熔断式印刷存储器的基础之上,通过对器件的结构优化,制备了可存储4位二进制数据的存储器标签,并将此标签与近场通信(NFC)电路系统结合应用。该系统包含手机端、芯片与电路、存储器标签三个模块。系统实现了通过手机端控制芯片输出不同的电压,完成数据的写入模式和读取模式的转换。在论文的最后部分,展示了通过NFC功能控制数据写入和读取的智能包装方案。该方案设计了友好的客户化界面,操作方式一目了然,使用户可方便快捷地写入密码和检验密码,改善了传统防伪方式操作不便的情况。在初步具备了以上功能后,为了验证系统的可靠性,本论文还对多个器件进行了反复读取的测试,结果显示写入不同数据的器件在经过数千次的反复读取之后仍然呈现正确的结果,表明了该系统具有良好的可靠性。
【图文】：

此类存储器适于写入不需经常变动的重要数据，例如商品的基本信息等，在智能包装领域具有非常大的应用潜力。阻过加电或者其他工艺处理使得器件呈现高低两种阻态，在电路中种不同的电平从而达到数据的存储功能。阻变存储器具有结构简等优点，结合应用特点，本论文的工作主要从阻变式存储器展开变式只读印刷存储器根据数据写入方法可以分为工艺写入器件和种类型。工艺写入器件通过工艺方法写入数据，例如通过采用不器件不同区域进行表面处理等手段，使得器件具备不同的阻值。在出厂前已经写入特定的数据，代表性的工作有导电聚合物电阻化学方法编程印刷存储器[43]、打印编程印刷存储器[33]等；电写入给器件施加一定的电压或者电流来改变器件的性能从而实现数据这类器件通常在出厂时不写入数据，由用户自己通过一定的设备想要的数据。这类器件的代表性工作有熔断式存储器和反熔断式。相比于反熔断式存储器，熔断式存储器在工作电压和稳定性方势。

图 3-1 熔断式印刷存储器的器件设计结构Fig. 3-1 The device structure of the fusing-type printable memory熔断式印刷存储器作为一个独立完整的电子元器件，由具备不同功能的部，包含衬底、电极、熔断功能区、图形化绝缘隔离层、隔热封装层等。图 3个器件同时制备在同一衬底上的示意图。每个器件为两端式结构，两端为用于连接外部电路进行电学性能测试或功能化改装。在每个器件之间为图缘隔离层，将并排的两个器件绝缘隔离起来，防止出现短路。在每两个电形化绝缘隔离层中间的区域便是熔断功能区，用于实现熔断功能的材料在分。最后，在熔断功能区表面会覆盖隔热封装层，用于减少该区域的热量优化器件性能；同时，该部分也可作为保护层，防止熔断区域直接暴露在，在一定程度上减少水分、氧化等外界环境对器件性能的负面影响。 器件制备所需材料在上文的内容中，，我们论述了通过减小熔断式印刷存储器的有效横截面面
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O614.122;TB383.1;TP333

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本文编号：2677744