本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于有機(jī)鐵電薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，阻變存儲(chǔ)器作為一種新型的非易失性存儲(chǔ)器受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。這種存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)速度快、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可高密度集成等優(yōu)點(diǎn)，更有望集合動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的成本優(yōu)勢(shì)、靜態(tài)存儲(chǔ)器的高速讀寫(xiě)和閃存的非易失性的特點(diǎn)，成為一種通用存儲(chǔ)器。

電阻開(kāi)關(guān)特性首先由Hickmott等人在1962年發(fā)現(xiàn)，但是直到2000年，Ignatiev研究小組發(fā)現(xiàn)了氧化物薄膜的電阻開(kāi)關(guān)特性后，人們才把目光聚焦在這種非常有應(yīng)用價(jià)值的特性上。電阻開(kāi)關(guān)存在于很多材料中，如鈣鈦礦材料、有機(jī)材料、非晶硅、金屬氧化物材料等。目前，研究較多的是二元金屬氧化物，如ZnO、NiO、TiO₂、CuOx、Nb₂O₅、ZrO₂等。

當(dāng)下，基于有機(jī)材料的電子器件因其便攜性和可延展性而受到非常多的關(guān)注。然而，基于有機(jī)材料的電阻開(kāi)關(guān)器件卻鮮有報(bào)道，這主要是有機(jī)材料的電阻開(kāi)關(guān)性能都不是很穩(wěn)定，尤其是循環(huán)性能和疲勞性能都非常差。

為適應(yīng)下一代電子產(chǎn)品便攜性、形狀可變性和人體適用性等方面的進(jìn)一步需求，基于有機(jī)材料的電子器件逐漸演變?yōu)殡娮赢a(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。然而在有機(jī)阻變存儲(chǔ)器方面卻一直沒(méi)有得到有效的突破。當(dāng)下研究比較多的阻變存儲(chǔ)器，雖然性能優(yōu)異，但是這種阻變特性大多是在無(wú)機(jī)材料中才有，這嚴(yán)重制約了存儲(chǔ)器件的多樣化發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器及其制備方法，利用溶膠凝膠技術(shù)(Sol-Gel)，通過(guò)甩膜可以制作出性能非常優(yōu)異的基于P(VDF-TrFE)的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器，包括：襯底、襯底上的阻變介質(zhì)層以及阻變介質(zhì)層上的電極膜；其中，襯底從上至下依次為Pt、Ti、SiO₂和Si；阻變介質(zhì)層為有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜。

一種制備本發(fā)明的基于有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器的方法，包括以下步驟：將物質(zhì)的量比為70:30的有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)顆粒溶于有機(jī)溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫?cái)嚢枰允筆(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到有機(jī)溶劑中，最后溶液放置到遮光環(huán)境中靜置20～28h；甩膠時(shí)的旋涂速率為2000～2500r/min，旋涂時(shí)間為35～45s；將所得的薄膜在80～90℃的溫度下預(yù)燒，至溶劑蒸發(fā)完；為了使薄膜比較好的結(jié)晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在120～160℃的條件下熱處理10～16h，之后自然冷卻至室溫；在結(jié)晶良好的薄膜表面蒸鍍一層電極膜。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明以P(VDF-TrFE)顆粒和有機(jī)溶劑丁酮、碳酸二乙酯為前驅(qū)體，原料簡(jiǎn)單，成本低。本發(fā)明采用溶膠凝膠技術(shù)，制備方法簡(jiǎn)單易操作，不論是反應(yīng)的原料還是反應(yīng)過(guò)程都無(wú)毒害，環(huán)境友好。本發(fā)明制備了有機(jī)材料阻變存儲(chǔ)器件，為有機(jī)電子器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的基于有機(jī)鐵電薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器的Set和Reset過(guò)程示意圖；

圖3是本發(fā)明的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器的循環(huán)性能；

圖4是有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的表面SEM圖；

圖5是有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的XRD圖譜。

具體實(shí)施方案

下面通過(guò)具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

有機(jī)鐵電材料P(VDF-TrFE)具有很多獨(dú)特的特性，像鐵電、壓電和熱釋電等，這些特性可以被應(yīng)用在傳感器、高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、換能器和調(diào)制器等電子和機(jī)電器件中。然而經(jīng)過(guò)不斷的探索和細(xì)致的研究發(fā)現(xiàn)，P(VDF-TrFE)還具有非常良好的電阻開(kāi)關(guān)特性，這使得P(VDF-TrFE)這種材料的應(yīng)用有了更廣闊的前景，也為微電子器件的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

如附圖1所示，本發(fā)明的基于有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器包括：襯底、襯底上的阻變介質(zhì)層以及阻變介質(zhì)層上的電極膜；其中，襯底從上至下依次為Pt 103、Ti 104、SiO₂105和Si 106；阻變介質(zhì)層為有機(jī)鐵電P(VDF-TrFE)薄膜101，電極膜102可采用Au。

本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單可行的制備方法，通過(guò)控制溶膠凝膠配制、甩膜速度和退火條件，可以得到性能優(yōu)異的電阻開(kāi)關(guān)薄膜。本發(fā)明所涉及的主要生長(zhǎng)條件為：溶劑的選用、攪拌速度和溫度、靜置時(shí)間、甩膜速率、基底、退火時(shí)間和條件。

實(shí)施例1

將物質(zhì)的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于丁酮溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫70℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到丁酮溶劑中，最后溶液放置到遮光環(huán)境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長(zhǎng)有一層50nm導(dǎo)電Pt的硅片上邊。甩膠時(shí)的旋涂速率為2500r/min，旋涂時(shí)間為40s。將所得的薄膜在90℃的溫度下預(yù)燒10min，讓溶劑蒸發(fā)完，為了使薄膜比較好的結(jié)晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在120℃的條件下熱處理10h，之后自然冷卻至室溫。在結(jié)晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過(guò)電學(xué)性能測(cè)試，這種三明治結(jié)構(gòu)具有非常好的電阻開(kāi)關(guān)特性，附圖2為P(VDF-TrFE)的表面形貌。

實(shí)施例2

將物質(zhì)的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于丁酮溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫70℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到丁酮溶劑中，最后溶液放置到遮光環(huán)境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長(zhǎng)有一層50nm導(dǎo)電Pt的硅片上邊。甩膠時(shí)的旋涂速率為2500r/min，旋涂時(shí)間為40s。將所得的薄膜在80℃的溫度下預(yù)燒10min，讓溶劑蒸發(fā)完，為了使薄膜比較好的結(jié)晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在135℃的條件下熱處理10h，之后自然冷卻至室溫。在結(jié)晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過(guò)電學(xué)性能測(cè)試，這種三明治結(jié)構(gòu)具有非常好的電阻開(kāi)關(guān)特性，如附圖3所示為阻變開(kāi)關(guān)過(guò)程中的Set和Reset過(guò)程，可以看出基于P(VDF-TrFE)的電阻開(kāi)關(guān)的阻變?cè)?個(gè)多數(shù)量級(jí)。

實(shí)施例3

將物質(zhì)的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于碳酸二乙酯溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫60℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到碳酸二乙酯溶劑中，最后溶液放置到遮光環(huán)境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長(zhǎng)有一層50nm的Pt的硅片上邊。甩膠時(shí)的旋涂速率為2000r/min，旋涂時(shí)間為40s。將所得的薄膜在90℃的溫度下預(yù)燒10min，讓溶劑蒸發(fā)完，為了使薄膜比較好的結(jié)晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在140℃的條件下熱處理10h，之后自然冷卻至室溫。在結(jié)晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過(guò)電學(xué)性能測(cè)試，這種三明治結(jié)構(gòu)具有非常好的電阻開(kāi)關(guān)特性，如附圖4所示為電阻開(kāi)關(guān)的循環(huán)特性，這種薄膜具有非常好的循環(huán)性能。

實(shí)施例4

將物質(zhì)的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于碳酸二乙酯溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫60℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到碳酸二乙酯溶劑中，最后溶液放置到遮光環(huán)境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長(zhǎng)有一層50nm的Pt的硅片上邊。甩膠時(shí)的旋涂速率為2000r/min，旋涂時(shí)間為40s。將所得的薄膜在80℃的溫度下預(yù)燒10min，讓溶劑蒸發(fā)完，為了使薄膜比較好的結(jié)晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在160℃的條件下熱處理16h，之后自然冷卻至室溫。在結(jié)晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過(guò)電學(xué)性能測(cè)試，這種三明治結(jié)構(gòu)具有非常好的鐵電特性，附圖5為其XRD圖譜。因此可以通過(guò)控制退火的溫度和時(shí)間來(lái)調(diào)控P(VDF-TrFE)薄膜的性質(zhì)，制作不同原理的存儲(chǔ)器。

本發(fā)明的方法所制得的基于有機(jī)鐵電薄膜的電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器，有機(jī)鐵電薄膜的厚度為300-1500納米。

本發(fā)明相比于當(dāng)下常見(jiàn)的電阻開(kāi)關(guān)最大的特點(diǎn)是阻變大(大于3個(gè)數(shù)量級(jí)突變)、循環(huán)和疲勞性能優(yōu)異。制備P(VDF-TrFE)薄膜所需的原料簡(jiǎn)單，操作方便，容易控制，產(chǎn)物結(jié)晶好，制備溫度低，無(wú)毒且環(huán)境友好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，所得薄膜可以被廣泛用于電子器件，尤其是電阻開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。