CN1670863A - 有机聚合物存储元件 - Google Patents

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Abstract

公开了对于重复READ(读出)存取操作稳定的有机聚合物系存储元件(1202、1204、1206、1208、1210)的实施方案。有机聚合物系存储元件会蒙受重复READ存取操作时由于电子向有机聚合物层中的导入而发生的积累性降解。一般而言，电子向该有机聚合物层中的进入通常使得在对该存储元件施加电压之后该有机聚合物层内空穴流的启动滞后。因此，导入电子阻断层(1208)和/或限制READ存取操作期间施加电压的持续时间(1002，1003)，就能制造稳定的存储元件。

Description

有机聚合物存储元件
技术领域
本发明涉及电子存储，尤其涉及采用了可以稳定且重复地存取以读出该存储元件中存储的信息的导电聚合物系存储元件的存储器及其它电子器件。
背景技术
两态电子开关广泛用于现代电子学中，从基础电路到微处理器和电子存储器。一个电子存储器包含为数众多的有序且电子标引的开关，每个开关的状态代表一种二元“1”或“0”值，或者换言之，一毕特信息。很多不同类型的电子存储器目前用于计算机中、各种类型的智能电子器件和控制器中、和很多通俗商业性产品包括数码照相机和录像机中。虽然很多应用需要可以重复写和读的动态电子存储器，但很多其它应用只需要可以只写一次然后重复读出的静态电子存储器。写一次读多次(“WORM”)存储器件的实例包括常用且光存取的致密碟片、各种众所周知的只读存储器(“ROM”)、和各种类型的电子存取的微熔断系交叉点存储器。WORM存储器，与可以重复读和写的存储器相比，可以是显著不太昂贵的，而且可以大量用于需要大型、耐用和弹性存储器件的用途，包括数码照相，其中，不昂贵的WORM存储器可以用于以类似于在照相底片上存储类似光学影像的方式存储数码影像。
图1说明一种最近公开的有机聚合物系存储元件的类型。该有机聚合物系电子存储元件包含一个夹持于导电信号线104-105之间的p-型有机聚合物半导体层102。另一个n-型半导体层106使该p-型有机聚合物半导体层与这些信号线之一分开，在与该p-型有机聚合物半导体层的界面上形成一个pn结，充当一个为使通过该存储元件的电流只在一个方向上流动而选择的二极管。在其初始后制造状态下，该有机聚合物层是相对高导电性的，当对导电元件施加电压差时，能使电流在这两个导电信号线或导电元件之间以相对低电阻导通。该有机聚合物的这种高导电状态构成可以用来代表一种二元毕特“1”或“0”的存储元件第一稳定状态，这取决于采用两种可能的二元编码惯例中的哪一种。
这两个导电元件之间可以通过相对高的电压脉冲，导致这两个导电元件之间夹持的有机聚合物层的电流载带能力显著降低。有机聚合物层的这种电导率变化一般是不可逆的，并构成可以用来给一个二元毕特“0”或“1”编码的存储元件第二稳定状态，这再次取决于采用两种可能的编码惯例中的哪一种，而且与第一稳定状态编码的二元毕特相反。有机聚合物系存储元件的二维阵列可以这样得到：形成第一层平行导电信号线，给第一层平行导电信号线涂布一层第一半导体例如n-型掺杂硅层，施用该有机聚合物层，然后在该有机聚合物层上制作第二层导电信号线，第一层的信号线是以相对于第二层的信号线而言一般为30～120度的角度取向的。第一层信号线的信号线与第二层信号线的信号线的每次重叠，连同该重叠区中第一层与第二层信号线之间的半导体层和有机聚合物一起，构成一个单一存储元件。该存储元件用一种高电压尖峰脉冲写入，使该有机聚合物层的电导率从高变低，并以一个足以检测高电导率状态与低电导率状态之间的电导率差的低电压读出。
图2显示商品名为BaytronP的PEDT/PSS聚合物混合物的化学结构。PEDT/PSS导电聚合物混合物是聚(3，4-乙二氧基噻吩)聚合物202与聚(苯乙烯磺酸盐)聚合物204的混合物。BaytronP是作为PEDT与PSS聚合物的混合物的水分散液制备的。一般来说，该PEDT/PSS水分散液旋涂到一个它干燥时粘附于其上的表面上，形成一种固有地导电的、透明的、和实际上无色的涂层。PEDT/PSS对于有机聚合物有相对高的电导率，而且可以支持200安培/cm2以上的电流密度。PEDT/PSS有良好光稳定性和良好热稳定性，而且是相对耐水解的，因而适合用来作为图1中所示存储元件中的p-型有机聚合物半导体层102。
不幸的是，图1中所示类型的存储元件的重复读出存取已经揭示，随着时间的推移，即使为该存储元件的读出存取而采用的低电压也导致该有机聚合物层的降解。当该存储元件有诸如一种代表该两个二元值之一的高电导率状态时，重复的读出存取可能导致该存储元件转变成一种低电导率状态，从而破坏该存储元件内存储的信息。高密度电子存储器及其它含有存储元件的电子器件的设计师和制造商因此而认识到需要一种对重复的存储信息存取操作稳定的有机聚合物系存储元件。
发明内容
本发明提供对于重复READ存取操作稳定的有机聚合物系存储元件的各种实施方案。有机聚合物系存储元件的研究表明，因重复READ存取操作而发生的积累性降解可以归因于电子向该有机聚合物层的导入。这些研究也已经显示，一般来说，电子向该有机聚合物层的进入一般会使在该存储元件上施加电压势之后该有机聚合物层内空穴流的启动滞后。因此，通过导入电子阻断层和/或限制READ存取操作期间施加电压的持续时间，就可以制作稳定的存储元件。
附图简要说明
图1说明一种最近公开的有机聚合物系存储元件类型。
图2显示一种PEDT/PSS聚合物混合物的化学结构。
图3说明图1中显示的存储元件的有机聚合物层的电导率状态转变。
图4A-E说明一种双稳定有机聚合物层的理想开关性能。
图5A-B说明有机聚合物层对重复READ存取操作的不稳定性。
图6、7A-F、和8A-F说明当对PEDT/PSS有机聚合物层施加电压时该PEDT/PSS有机聚合物层中发生的物理过程。
图9说明认为参与该有机聚合物层的电流载带能力的高电压势降解的一些机理。
图10和11说明可以用来提高存储元件对READ存取操作的稳定性的两种基本技术。
图12说明一个单一存储元件。
图13-14说明一种增强的有机聚合物存储元件。
具体实施方式
本发明的一种实施方案是一种WORM存储元件，包含一薄层p-型有机聚合物半导体，该半导体在很多实施方案中夹持于另外两层之间，这两层又与两个电极接触。一种适用的导电性p-型有机聚合物半导体是从一种包括聚(3，4-乙二氧基噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)(“PEDT/PSS”)的两成分导电性聚合物混合物得到的。该PEDT/PSS层初始制作后是相对高电电性的。然而，该PEDT/PSS层可以遭遇一种相对高的电压脉冲，以不可逆地切换到一种低电导率状态。当遭遇到可以用来在相对短时间内查验该存储器的状态的相对低电压电流时，两种状态都是稳定的。在本发明的各种实施方案中，这些另外层充当电子和电子与空穴阻断层，以防止该存储元件的READ存取使一个高导电状态PEDT/PSS层慢慢退化成低导电状态，从而破坏该存储器中存储的信息，这些另外层在某些实施方案中也可以包括空穴和空穴与电子发生剂。在其它实施方案中，为READ存取而在该存储元件上施加的电压或电流在时间上限于READ阈值，以防止该存储元件的READ存取使高导电状态的PEDT/PSS层慢慢退化成一种低导电状态。在某些实施方案中，电子和电子与空穴阻断剂和限时电压或电流两者并用，以期确保在READ存取操作期间大电子通量不进入该有机聚合物层中。
图3说明图1中所示存储元件的有机聚合物层的导电状态转变。在其初期制造后状态，在暴露于高电压之前，该有机聚合物层显示出图3中所示曲线302那样的电流密度/电压关系。在该有机聚合物层暴露于高电压之后，该有机聚合物层显示出图3中所示曲线304那样的电流密度/电压关系。该有机聚合物层的高导电状态与低导电状态之间的电导率差306有大约3个数量级。
图4A-E说明一种双稳定有机聚合物层的理想开关性能。图4A显示一个电流密度表面的三维图，即一种以电导率的基准的直线响应存储器材料在一段对y轴403作图的时间内施加对x轴402作图的电压水平之后所得到对z轴401作图的电流密度。如图4A中所示，当要么施加时间为0(水平线404)要么施加电压为0(水平线405)时对该材料来说所得到电流密度或电导率是恒定的，但当在某一数量的非零时间内施加任何非零电压时就粗略地线性倾斜，并在不断增大的时间内施用不断增大的电压时有不断增陡的倾斜。图4A中所示体积的一个恒定电压x＞0的yz切片显示于图4B中，且z轴是垂直的、z轴是水平的。图4B中所示线性关系代表对该材料施加一个固定电压x时，该以电导率为基准的线性响应存储器材料的电流密度或电导率随时间量y而降低。重要的是说明，即使对单一的短时间施用来说，该材料的电流密度也下降。因此，即使当使用相对低的电压进行该材料的电流密度状态的READ存取时，该READ存取依然导致电流密度的少量降低。该材料导电状态的多次重复READ存取可能使电流密度下降到该导电状态与非导电状态分离的阈限水平以下，基本上破坏该材料中作为导电状态存储的信息。以电导率为基础的线性响应存储器件材料的另一个问题是，在限定的电压施用时间间隔406范围内，电流密度相对温和地降低407。这种电流密度温和降低可能导致高电导率状态与低电导率状态区分上的问题，或者需求大的阈限电压施用时间隔来改变该材料的电导率状态，导致缓慢的WRITE(写入)存取操作。
图4C使用与图4A使用的相同图和标记惯例，显示一种电流密度表面的三维图，即一种以电导率为基础的非线性响应存储器件材料在一段对y轴作图的时间内施加对x轴作图的电压水平之后得到的对z轴作图的电流密度。对于以电导率为基础的非线性响应存储器件材料来说，有阈值电压Vt 408，在该电压以下无论施加多长时间的低电压都观察不到所得到的电流密度降低。在大于阈限电压Vt的电压时，要么随着在数量不断增大的时间内施加阈限以上的电压，要么随着在某一固定量的时间内施用不断增大的电压，电流密度都相对徒地降低。图4A中所示体积的一个恒定温和电压x＞0的yz切片显示于图4D中，其z轴是垂直的、y轴是水平的。图4D中所示反曲形关系代表以电导率为基础的非线性响应存储器材料的电流密度或电导率随对该材料施加某一固定电压x的时间量y而降低。重要的是要注意，对于持续时间短的电压施加来说，该材料的电流密度不降低。因此，当用一个相对低的电压来READ存取该材料的电流密度状态时，对该材料导电状态的多次重复READ存取不会使该电流密度降低到使该导电状态与该非导电状态分离开的阈限水平以下，从而保全在该材料中作为导电状态存储的信息。以导电率为基础的非线性响应存储器材料的另一个优点是，在限定的电压施加时间间隔409内，观察到非常大的电流密度降低407。这种电流密度大幅度降低导致差别显著的高电导率状态和低电导率状态，而且不需要大的电压施加时间间隔阈限就能改变该材料的电导率状态，从而导致快速的WRITE(写入)存取操作。该三维体积的一个xz切片会显示类似的反曲形关系，表明对于所施加电压的一个相对小的差异就可以从一种非线性响应材料得到差异显著的电导率状态。
图4A-4D显示在第一次施加一个电压之后初期电流密度降低的假设曲线。因材料而异，对于第二次和随后各次电压施加来说，可以观察到类似的但也许不同形状的曲线。
图4E显示图1中所示存储元件的有机聚合物层内在各种不同施加电压时的时间依赖性电流密度。在时间t＝0(440)对该有机聚合物层施加一个电压，图4E中430-435每一条曲线都代表一个不同电压的施加，从曲线430所代表的12伏特降低到曲线435所代表的5伏特。在较高施加电压情况下，430-432这些曲线在t＝0.2μsec(442)就迅速上升到初始电流平台，在此空穴载体传递的稳态电流一直继续到t＝0.75～1.0μsec(444)，各该隐态电流间隔的确切长度取决于所施加的电压，施加的电压越高时间就越短。在t＝0.75-1.0μsec(444)时，该电导率迅速上升到t＝1.0～1.2μsec(446)时的峰值电导率，然后突然降回到基本上非导电状态。特别值得说明的是，电导率的突然下降一般是不可逆的。
该平台区的时间和电压条件是电导率变化速率小的条件。重复施加非常小的电压，或在比电导率迅速增大所需要的时间更短的时间内施加一个大电压，初步认为不会产生不可逆电导率变化。另一方面，对于在更长时间内施加更大电压(图4E中444和446)来说，电导率显示出导速、永久的变化。例如，即使该器件一次暴露于比图4E中时间间隔444更长的12V脉冲也会导致电导率的大幅永久降低。如果该有机聚合物层以前已经遭遇到一个足以产生短暂高电导率状态的量级和持续时间的电压并确保突然的电导率降低，则当再次施加电压时在整个时间范围内都显示出无电导率或低电导率。
对于以前未曾暴露于足以显示高导电状态的施加电压的给定有机聚合物层来说，达到最大电导率的时间可能取决于所施加的电压、薄膜厚度、薄膜面积、以及该有机聚合物层的化学组成和状态。该有机聚合物层从高电导率状态向低电导率状态的不可逆转变的切换时间是相对快速的。高导电状态有足够大的电导率来确保低导电状态与高导电状态之间区分的良好信-噪比。为了有如此良好的信-噪比，需要让可快速测量的电流通过一个亚微米面积的器件。亚微米器件是获得高密度存储器所需要的。可测量电流是如此需要的，以致在可与包括影像应用在内的电流存储应用兼容的时间尺度上可以区分该存储器的高导电状态。对于这样的器件面积和时间尺度来说典型地是，高导电状态必须通过＞100A/cm2。双稳定状态之间明确界定和高反差的差异表明，该有机聚合物层即所述实施方案中的PEDT/PSS层是电子存储器内信息存储层的优异候选者。
如同以上讨论的，有机聚合物系存储元件例如图1中所示存储元件的研究已经揭示，高电导率有机聚合物层状态不一定是对得复READ存取操作稳定的，因而显示出在低施加电压时有图4A中所示线性响应痕迹的响应。图5A-B说明该有机聚合物层对重复READ存取操作的不稳定性。如图5A中所示，即使在少数几次READ存取操作之后，该有机聚合物层的电流密度/电压关系也可能显示出相对于该有机聚合物层在暴露于高电压势之前的电流载带能力504而言对所有施加电压都减少的电流载带能力502。如图5B中所示，经过很多重复的READ存取操作，该有机聚合物层的电流载带能力可能稳步地从初始电流载带能力504降低到电流载带能力506，后者并不比施加一个WRITE存取高电压势即opr WRITE阈限之后该有机聚合物层的低电导率状态508高多少。随着该有机聚合物层的电流载带能力下降，起初大的电流密度差异510稳步地降低至越来越小的值512。在若干次信息存储取出操作之后，该有机聚合物层的电导率状态可能就无法与WRITE存取操作进程期间该有机聚合物层对高电压尖峰的暴露而诱发的低电导率状态加以区分。
图6、7A-F、和8A-F说明当对PEDT/PSS有机聚合物施加电压时该PEDT/PSS有机聚合物层中发生的物理过程。图6显示一种类似于图4E中所示曲线的理想化电流密度施加电压响应曲线。在图6中，电流密度对所施加电压的响应的各个阶段标为A～F，分别代表：(A)无施加电压；(B)施加电压后1微秒的初始部分，此时空穴载体传递的电流上升到稳态空穴载体传递电流；(C和D)该稳态空穴载体传递的电流的终点；(E)因所施加电压的量级而异的、某一时间的峰值电流；和(F)该峰值电导率后电导率突然降低之后的基本上非导电状态。图7A-F显示上述图6中点A～F处该有机聚合物层的最高占有分子轨道(“HOMO”)和最低未占有分子轨道(“LUMO”)能量图，而图8A-F显示上述图6中点A～F处该有机聚合物层内空穴载体和电子存在与运动的表述。因此，以下将图6、7A-F、和8A-F一起讨论。
图7A和8A显示在对电极施加电压之前一个简单三层器件内PEDT/PSS有机聚合物层的初始后制造状态。在图8A中，有机聚合物层802夹持于两个电极804与806之间。属于p-型半导体的有机聚合物层802包括许多空穴载体，例如空穴载体808，代表可以容纳额外电子的未充满价带轨道。在图7A-F和8A-F中，空穴载体显示为未充满圆盘，而电子显示为充满圆盘。聚合物内毗邻分子或不饱和键的电子和空穴交换导致空穴和载体的位移。在电场中，空穴可以优先在一个方向上位移，而电子则在相反方向上位移，两者都沿电场线进行。因此，在一种材料内，空穴、电子、或空穴和电子两者都可以载带电流。在图7A中，在电阴极708与电阳极710之间，在有机聚合物薄膜706的整个宽度上，该有机聚合物层的能量上间隔紧密的分子轨道构成杂化HOMO和LUMO带702和704。为了电子流动，需要使电子从以分子亚单元或键为中心的HOMO带跃迁到离域LUMO带。在该有机聚合物薄膜的整个宽度上LUMO带704的能量都高于LUMO带704，其中该图上能量垂直地增加，而且没有电场或力来使HOMO电子跃迁到LUMO带以便利电子流动。
图7B和8B显示刚对该电极施加电压势之后的有机聚合物层。如同图7A中所示，在这些电极上施加一个电压势有效地使负极界面上LUMO带和HOMO带的能量高于正极界面上的LUMO带和HOMO带，建立一个经由该有机聚合物层的电场，空穴载体便开始沿该电场从电正极向电负极移动。如同图8B中所示，空穴从电正极注入该有机聚合物层中，并在该有机聚合物层内建立一个空穴梯度。
图7C和8C显示对该电极施加一个电压势之后的有机聚合物层，如同在图6中点C建立一种稳态空穴载体传递电流流动一样。如同图7B中所示，通过跨电极施加电压势建立的空穴载体梯度充分地降低壁垒，使电子能从电正极跃迁到LUMO带。要说明的是，电负极界面HOMO与电正极界面LUMO之间的能量差进一步减少，使得该有机聚合物层内的电子能从HOMO带过渡到LUMO带，便利电子经由该有机聚合物层流动。如图8C中所示，由于电子向该有机聚合物层毗邻电负极的区域流入，因而空穴以更高的速率从电正极连续注入该有机聚合物层中。在该有机聚合物层中电子的移动性比空穴低得多，因而如图6、7D、和8D所示，从稳态空穴载体传递电流流动的建立和图6中电流流动开始陡峭爬升的点D经历了可观的时间。
图7E和8E显示，流入的电子使空穴空间电荷减少，并使得能在电正接触点注入更多空穴。电流流动锐增到图6中的点E。在一个短的峰值间隔内，电子传递和空穴载体传递的电流开始经由该有机聚合物层自由流动，如图8E中所示。
然而，达到峰值电导率之后不久，该有机聚合物层开始遭遇以下要讨论的化学改性，而突然地且不可逆地使该有机聚合物层的电流载带能力降低。如以下所讨论的，电子向该有机聚合物层中流入不可逆地降低了该有机聚合物层的电流载带能力。图7F和8F显示对电极施加一个电压势之后电流流动突然减少到图6中点F时的有机聚合物层。如图7F中所示，该有机层中的变化破坏了该有机聚合物层中的离域分子轨道带。该电负极界面HOMO再次处于比电正极界面LUMO更低的能量。无论空穴传递的电流还是电子都无法自由地通过现在处于比该有机聚合物层更高能量的电负极界面HOMO。这些峰和谷代表该材料内载体传输的壁垒。如同图8F中所示，电流减少了，随后该有机聚合物层变得基本上不导电。
图9说明一些参与该有机聚合物层电流载带能力的高电压势降解的机理。半导电性和导电性有机聚合物一般依靠离域π电子通过高度共轭主链产生用来载带电流的分子轨道。因此，在图9中，该有机聚合物抽象地由平行共轭主链902-905代表。该有机聚合物层一般都掺杂缺电子的原子或化合物，在图9中由来充满圆圈906-909代表。在初始后制造高电导率状态910下，掺杂物成分从该聚合物吸取电子而产生空穴载体，或换言之，未充满价带轨道。然而，当对该有机聚合物施加一个高电压且电子因应所施加电压而流入该有机聚合物层中时，发生许多对该有机聚合物层电流载带能力有害的效应。这样的效应包括通过对不饱和键的加成反应产生各聚合物之间的共价键的聚合物交联912，有机聚合物914中掺杂物经由电子还原而失活，产生能与掺杂物918相互作用而使该掺杂物失活的抗衡掺杂物实体916，和能减少该有机聚合物层内空穴载体移动性和/或降低联接该有机聚合物层的各层的空穴注入性能的各种破坏类型。
在初次施加高电压和该有机聚合物层电流载带能力降低之间的极短时间间隔期间该有机聚合物层内部状态的分析推动了两项可以单独或组合用来生产更稳定存储元件的基础技术。见图10和11。如图10中所示，一种技术涉及减少为了取出该存储元件内所存储信息而对该存储元件施加大电压势的时间间隔。在图10中，只在短暂时间间隔内施加READ存取电压1002，使得电子没有时间注入该有机聚合物层中。在电子流入之前稳态空穴载体传递的电流可以流经该有机聚合物层的时间取决于对该有机聚合物层施加的电压势的相对量级、该负电极的电子注入性能、该有机聚合物层以及毗邻层和成分的物理与化学特征、及其它这样的因素。然而，一般来说，大多数有机聚合物导体在电压势的施加与电子的导入之间都有某一时间间隔。通过在READ存取操作期间只施加极短暂的电势，就可以避免电子进入该有机聚合物层中，从而避免导致重复READ存取操作之后信息破坏的电流载带能力降低，如图5A-B中所示。替而代之，也可以使用更长的较低电压读出脉冲来避免电子注入和不可逆的有机聚合物层改性，如曲线1003中所示。要说明的是，如图10中所示，通过要么使用相对高的电压尖峰1004要么使较低的电压尖峰1006延伸更长的时间段，都可以成功地执行WRITE存取操作。两者中任意一种情况下，该有机聚合物层电流载带能力的降低，如图7E中所示，都可靠地发生。
代表本发明另一种实施方案的第二种技术是在该有机聚合物层与电极之间导入一个电子阻断层，如图11中所示。电子阻断层1102用来显著增大电子从电负极1106进入有机聚合物层1104的壁垒。该电子阻断层可以显著增大READ存取操作的可允许电压施加时间和/或增大READ存取操作的可允许电压。该电子阻断层的插入用来防止在READ存取操作所需要的所施加电压势和所施加电压势持续时间电子向该有机聚合物层中迁移、和随之而来的该有机聚合物层电流载带能力降低。图11中所示实施方案的电子注入层可以由PEDT-PSS/Au双层组成，或替而代之，可以由一种低功功能材料例如钙或MgAl组成。一种替代电子注入层可以从n型聚合物制作。
图12说明一种单一存储元件。图12中所示实施方案是一种能通过稳定地保留要么高电导率状态要么低电导率状态来存储一个二元值的单一存储元件。该存储元件包括第一电极1202、空穴载体注入层1204、一个有机聚合物聚合物层例如PEDT/PSS层1206，后者容易地输送空穴载体而不显著改变电流载带能力而且可以传导100安培/cm2或更高的空穴电流密度。如以上所讨论的，在能诱导电子向该有机聚合物层中注入的高电压势之下，该有机聚合物层的电流载带能力不可逆地下降。在一种实施方案中包含铟锡氧化物/PEDT/PSS的电子阻断层1208用来显著增大对电子的电压势壁垒，从而当对该存储元件施加一个适度电压势时抑制电子免于进入有机聚合物层1206，使得电极1210相对于电极1202而言是电负性的但当施加大电势时注入电子。
图13-14说明一种增强的有机聚合物存储元件。在本发明的替代实施方案中，有机聚合物层1302，连同空穴载体阻断层和电子阻断层1304一起，夹持于两个电极1306和1308之间。当如图13中所示对该存储元件施加第一极性的电压势时，就经由该存储元件传输一种空穴载体传递电流，如同图13中未充满箭头1310所指出的。然而，如图14中所示，当逆转所施加电压的极性时，电子就流进有机聚合物层1302，如同图14中充满箭头1402所指出的。因此，该存储元件可以利用如图13中所示第一极性施加电压来读出，而利用如图14中所示第二极性施加电压势来写入。要说明的是，图13-14中所示替代实施方案在需要一种二极管型存储元件的情况下会不管用，但诸如当使用在这样的存储元件阵列内寻址的晶体管时会是适当的。
尽管已经针对特定实施方案描述了本发明，但无意将本发明限定于这一实施方案。本发明精神之内的改变对于业内人员来说将是显而易见的。例如，PEDT和PSS聚合物两者中任意一种或两者的各种化学改性可以赋予以导电性有机聚合物层为基础的电子存储元件和高密度电子存储器以各种理想的优点。各种不同的聚合物长度和不同的PEDT/PSS比值，以及这些聚合物内官能团的不同离子化状态，都可以用来有利地改变PEDT/PSS层的性能。进而，还可以使用其它类型的导电性有机聚合物，包括由当前导电性有机聚合物研究产生的有机聚合物。用于该存储元件的可转变导电性有机层的各种改性PEDT/PSS混合物、或其它导电性有机聚合物或材料中任何一种都需要在相对低电压时显示出上述相对高导电状态，而且可以在施加相对高电压尖峰时转变成一种容易区别于相对高导电状态的低电导率状态。可以采用许多不同类型的高密度电子存储器构造来并入本发明存储元件。纵横制类矩阵构造可以证明具有很高效率和有效性，但其它类型的构造也可以证明是同等有效的。电子存储元件的尺度和从它们制造的电子存储器的密度只受到可供利用制造技术和微观信号线所显示的实际有用电阻的限制。例如，若纳米规模制造技术证明是实用的且纳米规模信号线的电阻率证明是足够低的，就可以用以上所述技术制造纳米规模尺寸的电子存储元件。虽然二维阵列和矩阵为当前消费产品应用提供合理高密度存储器，但未来电子存储器可以并入更多层的电子存储元件，从而构成三维体积的电子存储元件。
以上描述为解释之目的而使用特定命名法来提供对本发明的充分理解。然而，对业内人员来说显而易见的是，不需要这些特定细节就能实施本发明。以上对本发明特定实施方案的描述是为了举例说明和描述之目的而提供的。它们无意穷尽其所有或将本发明限定于所公开的准确形式。虽然，从上述公开内容来看，很多改性和变异是可能的。这些实施方案是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用而显示和描述的，从而使得业内其它人员能最好地利用本发明和各种实施方案，并进行适合于所期待特定用途的各种改性。意图是本发明的范围是由以下权利要求及其特效物界定的。

Claims (9)

1.一种有机聚合物存储元件(1202、1204、1206、1208、1210)，包含：
一个第一电极(1202)；
一个第二电极(1210)；和
该第一电极与该第二电极之间的一个导电性有机聚合物层(102、1104、1206、1302)，其电导率在所施加电压势下导入电子之后可检测地降低，该存储元件可通过施加一个WRITE阈限使该有机聚合物层进入第一电导率状态来重复写入并可通过施加一个READ阈限使该有机聚合物层进入第二电导率状态来重复读出。
2.权利要求1的有机聚合物存储元件，其中，WRITE阈限是下列之一：
一个相对高电压的电压势(1004)；和
一个相对长持续时间的电压势(1006)。
3.权利要求1的有机聚合物存储元件，其中，READ阈限是一个在小于对该电极施加一个电压势之后电子进入该有机聚合物层所需要的时间的时间长度内的相对低电压势(1003)。
4.权利要求1的有机聚合物存储元件，进一步包括下列中的一个或多个：
在该两个电极之一与该有机聚合物层之间的一个电子阻断层(1102，1208)，该电子阻断层提高了从毗邻电极经由该电子阻断层向该有机聚合物层中注入电子所需要的电压势；
在该两个电极之一与该有机聚合物层之间的一个电子阻断层(1102，1208)，该电子阻断层有一个电子注入电压阈限，在该阈限以下只能注入极少量电子，而在该阈限以上容易注入电子；
一个能在捕获电子时提高空穴注入速率的空穴注入层(1204)；
在该两个电极之一与该有机聚合物层之间的一个电子阻断层(1102，1208)，该电子阻断层有一个电子注入时间延迟；
在该两个电极之一与该有机聚合物层之间的一个电子和空穴阻断层(1304)，该电子和空穴阻断层提高了当对该存储元件施加第一极性的电压势时从毗邻电极经由该电子阻断层向该有机聚合物层注入电子所需要的电压势，并提高了当对该存储元件施加第二即相反极性的电压势时向该有机聚合物层注入空穴所需要的电压势。
5.权利要求1的有机聚合物存储元件(1202、1204、1206、1208、1210)，用于选自下列的聚合物系电子器件中采用的存储元件阵列的每一个元件：
电子存储器；
处理器；
控制器；
影像记录器件；
声频记录器件；和
电子通讯器件。
6.一种包括在两个电极(1202，1210)之间的有机聚合物层(1206)的有机聚合物系存储元件(1202、1204、1206、1208、1210)的操作方法，该方法包含：
用下列中的一种或多种限制读出操作期间电子向该有机聚合物层的导入：
确定一个阈限，即对该存储元件施加一个相对低电压势(1002、1003)而不向该有机聚合物层中注入电子的时间长度，且当对该存储元件施加一个相对低电压势以读出该有机聚合物层的电导率状态时，在小于所确定阈限的时间内对该存储元件施加该相对低电压势；和
确认一种电子阻断物质并在一个电极与该有机聚合物层之间导入一个包含所确认电子阻断物质的附加电子阻断层(1208)。
7.权利要求6的方法，其中，该电子阻断层(1208)提高了从毗邻电极经由电子阻断层向该有机聚合物层中注入电子所需要的电压势。
8.权利要求6的方法，其中，该电子阻断层(1208)有一个电子注入电压阈限，在该阈限以下只能注入极少量电子，而在该阈限以上容易注入电子。
9.权利要求14的方法，其中，该电子阻断层(1208)有电子注入时间延迟。
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