一種基于pet薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，包括絲印金屬上電極層、絲印金屬下電極層及位于二者之間的納米線陣列層；所述納米線陣列層為金屬?有機絡(luò)合物納米線陣列層，該陣列層垂直生長于絲印下電極層表面，結(jié)合牢度大。然后與絲印金屬上電極層進行封裝。所述絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層為柔性PET基底上絲網(wǎng)印制納米銀漿或微納米銅漿而成。本發(fā)明提供一種能夠用于可穿戴設(shè)備的柔性納米線陣列憶阻器，在外加電場作用下，其電阻發(fā)生改變。該納米線陣列憶阻器可以用作一種存儲器件，且便于插取，該柔性薄膜憶阻器的制造方法簡單，成本低，具有重要的應(yīng)用價值。
【專利說明】
一種基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及納米電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性模擬型納米線陣列憶阻器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于互補金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CM0S)工藝的傳統(tǒng)存儲技術(shù)已接近其理論極限，無法滿足信息的爆炸式增長。鑒于憶阻器作為存儲器件具有速度快、功耗低、密度高、體積小及功能強、成本低等優(yōu)勢，該器件迅速成為物理、電子、材料、納米等領(lǐng)域的前沿和熱點。縱觀國際，自1971年著名華裔科學(xué)家蔡少棠在理論上指出自然界應(yīng)該還存在一種繼電阻、電感、電容后的第四種基本電路元件，它代表著電荷與磁通量之間的關(guān)系。2008年惠普實驗室首次制作出世界上第一款具有記憶功能的憶阻器，全稱記憶電阻(Memristor)。它是表示磁通量與電荷關(guān)系的電路器件。通過控制電場的變化可改變憶阻器的阻值，如果把低阻值定義為“O”，高阻值定義為“I”，如同計算機采用“O”和“I”組成代碼來存儲所有信息，憶阻器就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的功能。目前制作憶阻器的方法絕大多數(shù)是采用絕緣氧化物或單晶半導(dǎo)體Si等作為襯底，這樣制作的憶阻器具有不可彎曲和高成本的特點，從而在很大程度上限制了電子電路的集成度，阻礙了電子產(chǎn)品的柔性化、輕型化發(fā)展，限制了憶阻器的應(yīng)用范圍。尤其是隨著金屬-有機絡(luò)合物薄膜M-TCNQ為代表的電荷轉(zhuǎn)移型電雙穩(wěn)特性材料的問世，以及有機功能材料具有體積小、低成本、重量輕等優(yōu)良特性，使得M-TCNQ在電存儲材料與器件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在憶阻器件研究中，其潛在的高存儲密度應(yīng)用一直是研究的重要部分。常見的憶阻器件多采用薄膜層作為其阻變功能層，因此光刻、電刻等微納加工技術(shù)的使用是制備并集成高密度憶阻器件的關(guān)鍵。鑒于納米線陣列的高密度特性，開發(fā)具有納米線陣列層結(jié)構(gòu)的憶阻器件，是實現(xiàn)高密度存儲單元的簡便而有效途徑。同時，納米線陣列結(jié)構(gòu)的引入為憶阻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供新的方案，并為進一步研制以納米線陣列為存儲單元的憶阻器件提供研究基礎(chǔ)。因此，最近幾年憶阻器吸引了越來越多研究者的興趣，并有望成為電子學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域研究的新熱點。為了能夠?qū)崿F(xiàn)更大的集成，制備小尺寸的憶阻器器件是憶阻器發(fā)展的必然趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有憶阻器技術(shù)中存在的部分問題，提供一種柔性模擬型納米線陣列憶阻器及其制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]—種基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，包括絲印金屬上電極層、絲印金屬下電極層及位于二者之間的納米線陣列層;所述納米線陣列層為金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層;且金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層直接生長于絲印金屬下電極層表面;所述絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層為柔性基底上絲網(wǎng)印制納米銀漿或微納米銅漿而成。
[0006]優(yōu)選地，所述柔性基底為PET薄膜。
[0007]優(yōu)選地，所述金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層為垂直絲印金屬下電極層生長的Ag-TCNQ納米線陣列層或Cu-TCNQ納米線陣列層。
[0008]優(yōu)選地，所述納米線陣列層的直徑為70nm-250nm，長度為700nm-4ym。
[0009]優(yōu)選地，所述納米線陣列層的Ag-TCNQ或Cu-TCNQ為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，是準(zhǔn)一維的納米管或線。
[0010]優(yōu)選地，所述Ag-TCNQ或Cu-TCNQ的納米線陣列層為電荷轉(zhuǎn)移型M-TCNQ納米線陣列薄膜，單根Ag-TCNQ或Cu-TCNQ形成時，Ag原子或Cu原子與TCNQ分子間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。
[0011]優(yōu)選地，所述納米線陣列層生長于絲印金屬下電極層的表面。
[0012]優(yōu)選地，所述表面生長有納米線陣列層的絲印金屬下電極層與絲印金屬上電極層采用封裝組合。
[0013]本發(fā)明的另一方面為基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器的制備方法，包括如下步驟:
[0014](I)在柔性基底表面絲網(wǎng)印制納米銀漿或納米銅漿烘干后得到絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層；
[0015](2)將絲印金屬下電極層和TCNQ粉體置于密封容器抽真空，當(dāng)密封容器壓強低于2X 10—3Pa時，將密封容器恒熱處理，在絲印金屬下電極層的表面獲得垂直于下電極金屬膜生長的Ag-TCNQ納米線陣列層或Cu-TCNQ納米線陣列層，通過氣體離子派射處理納米線陣列層，誘導(dǎo)其上端產(chǎn)生氧缺陷；
[0016]所述步驟(I)烘干后的絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層的平均表面晶粒粒徑為1-1OOnm;所述步驟(2)的恒熱處理的溫度為50-130°C，時間為30-240min。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(I)的烘干溫度為50 °C -1 1 °C，時間為10min-30min。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供了一種基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器及其制備方法，能夠擴充憶阻器件的構(gòu)建方案。同時，該憶阻器件具有連續(xù)多阻態(tài)轉(zhuǎn)變、運行穩(wěn)定、性能可控、工藝簡單、成本低、高密度等優(yōu)點;所述M-TCNQ納米線陣列層垂直生長在絲印下電極上，在外加電場作用下表現(xiàn)出阻態(tài)變化，且阻態(tài)變化是一種漸變過程。如果用邏輯狀態(tài)“I”代表高阻態(tài)，狀態(tài)“O”代表低阻態(tài)，那么其記憶特性不僅包括簡單的“O”和“I”還包括從“O”到“I”之間所有的“灰色”狀態(tài)，具有模擬記憶特性。該基于PET薄膜的M-TCNQ納米線陣列憶阻器可用作一種存儲器件，該基于PET薄膜的M-TCNQ納米線陣列憶阻器結(jié)構(gòu)簡單、采用絲印工藝降低了憶阻器的制作成本，因此具有產(chǎn)業(yè)化價值，有利于本發(fā)明的廣泛推廣和應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019]圖1為實施例1所得基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]其中，I為PET薄膜;2為絲印金屬上電極層;3為絲印金屬下電極層表面垂直生長的金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層；
[0021]圖2是依照本發(fā)明所述憶阻器的制備流程。
【具體實施方式】
[0022]為了更好地說明本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0023]實施例1
[0024]該實施例所得柔性納米線陣列憶阻器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，PET薄膜1，絲印金屬上電極層2和金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層3組成；
[0025]其中，金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層3垂直生長于絲印金屬下電極層表面，絲印金屬上電極層2和絲印金屬下電極層分別絲印于兩片PET薄膜I表面。
[0026]構(gòu)成電極材料為PET薄膜上絲網(wǎng)印制導(dǎo)電銀漿，銀漿的厚度為30μπι-1000μπι，在90°c燒結(jié)后，冷卻至室溫，切成所需的圓形或方形。
[0027]在絲印金屬下電極層(Ag電極)表面采用真空飽和蒸汽反應(yīng)法生長納米線陣列層；該納米線陣列層垂直于絲印金屬下電極層生長，其中Ag-TCNQ納米線陣列層為實現(xiàn)阻變特性的核心元件。首先采用絲網(wǎng)印制技術(shù)在PET薄膜上印制一層納米銀薄膜電極，于110Γ恒溫干燥120min后并將其大小切割為所需形狀。將絲印有銀膜的絲印金屬下電極層和有機材料TCNQ粉體置于密封容器抽真空，當(dāng)密封容器壓強低于2 X 10—3Pa時，將密封容器恒熱60°C處理10min，在銀膜表面獲得金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層，通過氣體離子濺射處理納米線陣列薄膜，誘導(dǎo)其上端產(chǎn)生氧缺陷，形成阻變層。將絲印金屬上電極層2與表面生長金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層3的絲印金屬下電極層進行封裝，制備出基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器。
[0028]所述Ag-TCNQ或Cu-TCNQ的高導(dǎo)電方向沿TCNQ柱狀堆積的方向，在其它方向上是絕緣態(tài)，在電場作用下，Ag-TCNQ或Cu-TCNQ發(fā)生高阻態(tài)到低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變，有絕緣態(tài)躍迀為導(dǎo)電態(tài)。相當(dāng)于計算機存儲器中的“I”態(tài)和“O”態(tài)，那么，記憶特性不僅包括簡單的“O”和“I”還包括從“O”到“I”之間所有的“灰色”狀態(tài)，具有模擬記憶特性。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，包括絲印金屬上電極層、絲印金屬下電極層及位于二者之間的納米線陣列層;所述納米線陣列層為金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層;所述絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層為柔性PET基底上絲網(wǎng)印制納米銀楽或微納米銅楽而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述柔性基底為PET薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述金屬-有機絡(luò)合物納米線陣列層為垂直生長于絲印金屬下電極層表面的Ag-TCNQ納米線陣列層或Cu-TCNQ納米線陣列層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述納米線陣列層的直徑為70nm-250nm，長度為700nm-4ymo5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述Ag-TCNQ納米線陣列層的Ag-TCNQ為晶態(tài)結(jié)構(gòu)，是準(zhǔn)一維的納米管或線。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述M-TCNQ納米線陣列層為電荷轉(zhuǎn)移型M-TCNQ薄膜，單根Ag-TCNQ或Cu-TCNQ形成時，Ag原子或Cu原子與TCNQ分子間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述納米線陣列層生長于絲印金屬下電極層表面。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器，其特征在于，所述絲印金屬上電極層與表面生長有納米線陣列層的絲印金屬下電極層采用封裝組合。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在柔性PET基底表面絲網(wǎng)印制納米銀漿或納米銅漿烘干后得到絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層； (2)將絲印金屬下電極層和TCNQ粉體置于密封容器中抽真空，當(dāng)密封容器壓強低于2X10—3Pa時，將密封容器恒熱處理，在絲印金屬下電極層的表面獲得垂直生長的Ag-TCNQ納米線陣列層或Cu-TCNQ納米線陣列層，通過氣體離子濺射處理納米線陣列層，誘導(dǎo)其上端產(chǎn)生氧缺陷； 所述步驟(I)烘干后的絲印金屬上電極層和絲印金屬下電極層的平均表面晶粒為10-1OOnm;所述步驟(2)的恒熱處理的溫度為50-130°C，時間為30-240min。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于PET薄膜的模擬型納米線陣列憶阻器的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)的烘干溫度為50 °C-1 I (TC，干燥時間10-30min。
【文檔編號】H01L45/00GK105957963SQ201610500658
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】劉儒平, 王慰
【申請人】北京印刷學(xué)院