一种有机无机复合阻变存储器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电子器件的技术领域，更具体地，涉及一种有机无机复合阻变存储器及其制备方法。一种有机无机复合阻变存储器，其中包括衬底及依次在衬底上沉积的底电极、镶嵌锂离子化合物颗粒的有机无机复合介质层、顶电极。本发明专利技术1）利用镶嵌于有机介质中的锂离子化合物颗粒提供形成阻变细丝的金属锂离子；2）金属锂离子具有氧化还原反应活性强，原子半径小等特点，降低细丝形成能，提高阻变存储速度；3）纳米颗粒所形成的电场集中，降低阻变细丝形成的随机性，提高存储器件的均匀性与可靠性；4）器件具有柔性可印刷的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及电子器件的
，更具体地，涉及。一种有机无机复合阻变存储器，其中包括衬底及依次在衬底上沉积的底电极、镶嵌锂离子化合物颗粒的有机无机复合介质层、顶电极。本专利技术1）利用镶嵌于有机介质中的锂离子化合物颗粒提供形成阻变细丝的金属锂离子；2）金属锂离子具有氧化还原反应活性强，原子半径小等特点，降低细丝形成能，提高阻变存储速度；3）纳米颗粒所形成的电场集中，降低阻变细丝形成的随机性，提高存储器件的均匀性与可靠性；4）器件具有柔性可印刷的特点。【专利说明】—种有机无机复合阻变存储器及其制备方法
本专利技术涉及电子器件的
，更具体地，涉及。
技术介绍
随着信息技术的发展,对集成度的要求越来越高,传统的闪存(flash memory)由于器件尺寸缩小所带来的可靠性问题，使其越来越接近其物理极限，寻找另外一种集成度高，功耗低，成本低的非挥发存储器成为学术界和工业界关注的焦点。其中，阻变存储器(RRAM)作为新型非挥发性存储器引起了人们的广泛关注。它结构简单，为金属-介质层-金属(M-1-M)结构，具有读写电压小，功耗低，存储密度高和可靠性高等优点。另一方面，随着有机电子学的发展，基于有机半导体的薄膜晶体管、有机电子发光显不器、有机太阳能电池、有机传感器和有机存储器等不断问世，柔性可印刷的有机半导体器件将使印刷柔性电路成为可能，并使可穿戴电子学成为研究的热点，可以预见未来基于有机材料的集成电路将极大丰富人们的生产生活。其中，作为有机存储器的有机阻变非挥发存储器有望应用于柔性印刷电路的嵌入式系统，成为可穿戴电路的一种器件单元。 但是相比广泛研究的无机阻变非挥发存储器如过渡金属氧化物(ZnO、T1、N1等)、固态电解质(Ag或者Cu的硫化物)等，目前的有机阻变非挥发存储器存在特性不稳定、开关速度慢等缺点。为了解决这个问题必须从对阻变机理的剖析和阻变材料的结构设计上入手。大量对阻变材料机理的报道中，其阻变机理大致可以分为两类，即导电细丝模型和界面控制模型。其中金属细丝模型占据主流，原理在于导电细丝的产生和断裂。在初始情况下，介质层内并无导电细丝的存在，一般需要一个初始化的细丝形成过程。据文献报道，导电细丝主要是电极金属离子或金属氧化物介质层内的氧空位在电场作用下产生与迁移而形成的，且这样的导电细丝可以在反向电场或者大电流作用下被破坏。导电细丝尺寸小，与器件尺寸无关，故有利于集成度的提高。细丝的形成和破坏显著依赖于介质层内电场的大小。一般的，阻变非挥发存储器，其器件结构采用简单的电容式结构，即电极/介质层/电极结构。很显然，对于这样的结构，介质层内的电场分布一般是均勻的，于是细丝出现具有一定随机性，不利于器件的重复性和稳定性。另外，有机材料中并无金属离子，导电细丝的形成一般依赖于电极金属离子的扩散，开关速度慢，器件稳定性差。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供，有利于阻变存储器速度的提高，提高器件特性的均匀性，实现快速可靠存储。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:一种有机无机复合阻变存储器，其中包括衬底及依次在衬底上沉积的底电极、镶嵌锂离子化合物颗粒的有机无机复合介质层、顶电极。 本专利技术中，提出了在有机材料中引入锂离子化合物颗粒的方案。锂离子化合物颗粒可以提供形成导电细丝的金属离子，并且锂离子半径小，扩散速度快，活性高，易于发生氧化还原反应，是构成阻变细丝的理想物质，有利于阻变存储器速度的提高。另一方面，镶嵌于有机材料中的无机纳米颗粒将引起介质层中电场分布的集中区域，从而降低细丝形成的随机性，提高器件特性的均匀性，实现快速可靠存储。 本有机无机复合阻变存储器存储速度快、存储特性均匀可靠，适应柔性印刷电路和可穿戴电子学的发展需求。 进一步的，所述的镶嵌锂离子化合物颗粒的有机无机复合介质层为阻变介质材料；锂离子化合物颗粒的尺寸为纳米量级；有机介质材料为有机物半导体或者绝缘体，包括polymers, Fused Rings, Oligomers, Star-shaped Compound。 进一步的，所述的衬底是无机材料或者有机塑料衬底。优选的，所述的无机材料为硅片或石英片或玻璃片或蓝宝石片；有机塑料为PET或PI。 进一步的，所述的底电极和顶电极为金属或透明导电材料。优选的，所述的金属为Au、Al、Pt、Pd、T1、Cr、N1、TiN, Ag其中的一种或多种；透明导电材料为ITO、FT0, NTO和AZO其中的一种或多种。 一种所述的有机无机复合阻变存储器的制备方法，其中，包括以下步骤:1)选用衬底，经过清洗、烘干处理；2)在衬底上利用物理气相沉积技术(PVD)或者化学气相沉积技术(CVD)淀积金属或者透明导电材料形成底电极；3)空气中或者真空手套箱或者惰性气体气氛下通过旋涂、喷雾或者提拉工艺在底电极上大面积涂覆有机无机复合介质层，后经过热退火处理，形成稳定的有机无机复合介质层；4)利用物理气相沉积技术或者化学气相沉积技术，通过沉积金属或者导电化合物，并借助掩膜版，形成分立的顶电极，从而最终形成具有有机无机复合结构的非挥发阻变存储器。本步骤中，通过掩膜方式，利用物理气相沉积或者化学气相沉积方法沉积圆形或者条形分立顶电极。 进一步的，步骤3)中所述锂离子化合物颗粒的尺寸为纳米量级，在有机介质中具有良好的分散性；有机无机复合介质层表面平坦；锂离子化合物颗粒分散于有机介质层的下部。所述的步骤2)中所述底电极是大面积电极或进行图形化加工。 与现有技术相比，有益效果是:1)利用镶嵌于有机介质中的锂离子化合物颗粒提供形成阻变细丝的金属锂离子；2)金属锂离子具有氧化还原反应活性强，原子半径小等特点，降低细丝形成能，提高阻变存储速度；3)纳米颗粒所形成的电场集中，降低阻变细丝形成的随机性，提高存储器件的均匀性与可靠性；4)器件具有柔性可印刷的特点。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术整体结构示意图。 图2是本专利技术实施例1所制备的磷酸铁锂纳米颗粒的X-射线衍射图谱。 图3是本专利技术实施例1阻变存储器的截面扫描电镜照片(SEM)。 图4是本专利技术实施例1所制备的阻变存储器的工作曲线。 【具体实施方式】 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。 实施例1如图1 一 4所示，一种有机无机复合阻变存储器，其中包括衬底I及依次在衬底I上沉积的底电极2、镶嵌锂离子化合物颗粒5的有机无机复合介质层3、顶电极4。 将二价铁盐和磷酸溶液混合，在惰性气体保护下于25(T400 ° C预烧3?15小时以分解磷酸盐、草酸盐，然后在45(T800 ° C焙烧5?30小时，获得橄榄石结构的单相磷酸铁锂，经过纳米研磨机高速碾磨至50纳米以下颗粒，获得磷酸铁锂纳米颗粒。图2是粒径为50nm的磷酸铁锂粉末的X射线衍射图，分析所得的磷酸铁锂粉末为纯的橄榄石型正交晶系单相结构。 称取I毫克克的磷酸铁锂纳米颗粒，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机无机复合阻变存储器，其特征在于包括衬底（1）及依次在衬底（1）上沉积的底电极(2)、镶嵌锂离子化合物颗粒（5）的有机无机复合介质层（3）、顶电极（4）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴艳丽，梁军，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44