阻變膜憶阻器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種憶阻器的制備方法，尤其涉及一種基于納米級單層Bi(1-X) Ca xFe03-x/2阻變膜憶阻器的制備方法;屬于非線性電路應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 憶阻器，又名記憶電阻，是繼電阻、電容和電感之后出現(xiàn)的第四種無源電路元件。 由于其具有非易失性、突觸功能和納米尺度結(jié)構(gòu)，在高密度非易失性存儲器、人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)、大規(guī)模集成電路、可重構(gòu)邏輯和可編程邏輯、生物工程、模式識別、信號處理等領(lǐng)域具有 巨大的應(yīng)用前景。并有望為制造存儲精度無限、超高存儲密度的非易失性存儲設(shè)備、具有能 夠調(diào)節(jié)神經(jīng)元突觸權(quán)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和類似人類大腦方式處理與聯(lián)系信息的模擬式計算 機等的發(fā)展鋪平道路，給計算機的制造和運行方式帶來革命性變革。
[0003] 目前的研究，憶阻性能實現(xiàn)機理劃分，可分為基于邊界迀移模型、基于電子自旋阻 塞模型、基于相變機制，以及基于絲導(dǎo)電機制等幾種。
[0004] 近年來，盡管憶阻器的研究已經(jīng)取得了較大的進展，但我們也要看到，作為一個基 本的電路元件來說，憶阻器的研究可以說是，才剛剛起步，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
[0005] (1)近年來，不斷有新的憶阻材料及憶阻體系報道，但物理實現(xiàn)的憶阻器模型還很 少，且相對單一，尚無統(tǒng)一的普適模型對憶阻器行為進行描述。
[0006] 近年來報道的實物憶阻器大都是針對某類應(yīng)用或模擬某種功能（如高密度非易失 性存儲器、Crossbar Latch技術(shù)、模擬神經(jīng)突觸）而提出的，大多采用與HP憶阻器相類似的 開關(guān)模型和工作機理，且制作工藝復(fù)雜、成本高，對于研究憶阻器特性、憶阻電路理論以及 電子電路設(shè)計等不具有一般性和普適性。
[0007] (2)目前尚未實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。
[0008] 大多數(shù)研究者難以獲得一個真正的憶阻器元件，致使很多研究者在研究憶阻器和 憶阻電路時，因為缺乏憶阻器元件而無法開展真正物理意義上的硬件實驗，更多的是依靠 仿真或模擬電路來進行實驗研究。然而，憶阻器仿真模型和模擬電路離實際的憶阻器特性 相差甚遠，用模擬電路進行的硬件實現(xiàn)更多考慮的也是模擬憶阻器數(shù)學模型而忽略了憶阻 器的本質(zhì)物理特性。
[0009] (3)已報道的實物憶阻器的制備，在原材料選擇和制備工藝方法上要求高、條件苛 亥IJ，條件一般的實驗室或科研單位難以完成相關(guān)實物憶阻器元件的制備。
[0010]在憶阻器的物理實現(xiàn)上，現(xiàn)有技術(shù)中，比較先進的是，中國專利申請CN103594620A 公開了一種單層納米薄膜憶阻器及其制備方法，其基于物理實現(xiàn)的方式制備出具有復(fù)合層 結(jié)構(gòu)形式的憶阻器，具體的制備方法:采用CaC0 3，SrC03和Ti03作原料，在900-1300°C下燒結(jié) 15-240min，制備出 Ca(1-x)SrxTi03-s陶瓷材料，然后以 Ca(1-x)SrxTi03-s作靶材(其中，0〈χ〈1，0〈 3〈3)，采用磁控濺射方法在?"110 2/5丨02/5丨襯底上鍍膜，鍍膜的厚度為20-900腹，再經(jīng)700-800°C熱處理10_30min ;最后在Ca(i-x)SrxTi〇3-s納米薄膜上鍍上一層電極。
[0011]其技術(shù)方案的實質(zhì)，概括而言就是:先制備出用作靶材的Ca(1-x)SrxTi〇3- S(其中，0〈 χ〈1，0〈δ〈3)陶瓷材料，后以該Ca(1-x)SrxTi0 3-滿瓷材料作靶材，采用磁控濺射方法在Pt/ Ti02/Si02/Si襯底上鍍膜，最后再在Ca (1-x)SrxTi03-s納米薄膜上鍍上一層電極。
[0012]上述技術(shù)方案的制備方法，其主要缺點和不足在于：
[0013] 1、所制備出的憶阻器憶阻性能較差。
[0014] 原因在于，其阻變層:Ca(1-x)SrxTi03-s納米薄膜是以Ca (1-x)SrxTi03-s陶瓷材料作靶 材(其中，〇〈x〈l，〇〈S〈3)，采用磁控濺射方法沉積在下電極表面上的。
[0015]這種結(jié)構(gòu)形式的單層納米膜，是以經(jīng)過較高溫度(900-1300°C)的煅燒被燒結(jié)成陶 瓷材料0&(1-^3611〇3-5為靶材，再通過磁控濺射沉積在下電極基材上的，其材料本身內(nèi)部結(jié) 構(gòu)致密，晶格缺陷和空穴數(shù)量偏少。
[0016] 2、制備工藝復(fù)雜，制備周期長，能耗偏高：
[0017] 原因在于，其制備工藝需要先在900-1300°C的高溫下煅燒，制備出Ca(1-x)Sr xTi03-S 陶瓷材料靶材;磁控濺射成型后，還需要再次在700-800°C下熱處理10_30min。
[0018] 此外，其還存在工藝條件相對嚴苛，產(chǎn)品率偏低的問題和不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的是，提供一種易于物理實現(xiàn)、制備工藝簡單、控制難度小、質(zhì)量穩(wěn)定、 生產(chǎn)效率高、成本低廉的單層納米阻變膜憶阻器的制備方法，其所制備出的憶阻器適于一 般電路理論研究和電路設(shè)計、具有一般性和普適性。
[0020] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，所采用的第一種技術(shù)方案是，一種單層納米阻變膜憶阻 器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0021] 第一步，制備Bi(i-x)CaxFe〇3-x/2革E1材，具體步驟如下：
[0022] (1)、原料混合：
[0023]將Bi(N03)3 · 5H2〇3、Ca(N03)2 · 4H2〇3和Fe(N03)3 · 9H2〇3,按（l_x):x:l的摩爾比混 合，其中，0〈χ〈1;
[0024] 將上述混合物溶于10 % -20 %的稀硝酸中，放在磁力攪拌器上，進行攪拌，使其完 全溶解；
[0025] (2)、粉體制備
[0026]向上述溶液中緩慢滴加NaOH溶液直至沉淀完全，過濾沉淀并用去離子水洗滌，滴 加NaOH溶液并調(diào)節(jié)pH值，并裝入反應(yīng)釜中，放入事先達到確定溫度200°C的恒溫干燥箱內(nèi)， 水熱反應(yīng)24小時；
[0027] 水熱反應(yīng)后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將反應(yīng)釜中所得的樣品用去離子水反復(fù) 清洗直到去除所有可溶性鹽，于60°C下烘干后得到Bia- x)CaxFe03-x/2粉體；
[0028] (3)、造粒：
[0029] 將上述粉體進行造粒：按待造粒混合料質(zhì)量的2-5 %，加入質(zhì)量百分比濃度為2-5%的聚乙烯醇溶液，拌和均勻后，過40目篩進行造粒；
[0030] (4)、Bi(1-x)CaxFe03- x/2靶材的壓制成型：
[0031] 將經(jīng)過造粒后的物料置于壓片機上壓制成塊;然后，將所得塊狀物料切割成直徑 為20-150mm，厚度為2-50mm的圓片，即得Bi (1-x)CaxFe03-x/ 2 靶材；
[0032]第二步，選取下電極：
[0033]取Si基片，以Pt或Au為靶材，采用脈沖激光方法或磁控濺射方法，將Pt或Au沉積在 Si基片上，形成以Si基片為襯底、材質(zhì)為Pt或Au的下電極；
[0034]第三步，將所得到的Bi(1-x)CaxFe03- x/2靶材，采用脈沖激光方法或磁控濺射方法沉 積在上述下電極的上表面上；
[0035] 然后，在700-900°C下熱處理10-30分鐘，得到化學成分為Bi(1-x)Ca xFe03-x/2的單層 陶瓷納米薄膜；
[0036] 第四步，以材質(zhì)為Au、Ag或Pt的靶材，采用脈沖激光方法、磁控濺射方法，將Au、Ag 或Pt沉積在上述的化學成分為Bi (1-x)CaxFe03-x/2的單層陶瓷納米薄膜上，制得上電極，即得 單層納米阻變膜憶阻器；
[0037] 或者：
[0038]將In-Ga電極液，采用表面印刷方法鍍在上述的化學成分為Bi(1-x)Ca xFe03-x/2的單 層陶瓷納米薄膜上，制得上電極，即得單層納米阻變膜憶阻器。
[0039] 上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，采用脈沖激光方法或磁控濺射方法，采用 化學成分為Bi(1-x)Ca xFe03-x/2的靶材，直接將Bi(1- x)CaxFe03-/2沉積在下電極的上表面上;