一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件及其制备方法技术

技术编号:19713442 阅读:113 留言:0更新日期:2018-12-08 18:49
一种基于a‑TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件及其制备方法,属于光电器件技术领域。本发明专利技术在传统忆阻开关器件结构的基础上,创新提出“a‑TSC:O薄膜/a‑TiOx薄膜”的介质层结构,拓宽了忆阻开关器件介质层材料的选择范围。由于a‑TSC:O薄膜的阻变性能大范围可调节,并且a‑TiOx薄膜透明且可提供氧缺位电迁移通道,因此使得a‑TSC:O薄膜具备良好的阻变性能,可用作忆阻开关器件的介质层。同时,由于本征a‑TSC陶瓷薄膜具有非常好的导电性以及近红外透过率,因此也可将其作为顶电极材料,与透明导电薄膜形成的顶电极共同构建近红外全透明忆阻开关器件。此外,本发明专利技术提出忆阻开关器件的制备工艺简单、成本低廉、可靠性高,有利于实现大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件及其制备方法
本专利技术属于光电器件
,具体涉及一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件及其制备方法。
技术介绍
忆阻器作为一种的新型非线性器件,已经受到研究者的广泛关注。到目前为止,Ag,Cu,Au,Pt以及W等材料都已被用作其电极材料;a-Si,a-SiOx以及TiO2等介质薄膜是忆阻开关器件常见的阻变层材料。近年来,国内外研究者基于各种电极和阻变层材料,已经构建和制备出了多种具有出色阻变功能的忆阻开关器件,使其成为下一代存储技术的宠儿。Ti3SiC2是一种三元层状碳化物,是唯一含Si元素的MAX相材料,同时具有陶瓷和金属的性能,可将其简称为TSC陶瓷材料。Ti3SiC2化合物结构上属于陶瓷材料,体现出陶瓷材料高熔点、高屈服强度和良好抗氧化、抗腐蚀性能以及抗热震性的特点。同时,Ti3SiC2化合物在电学、热学和力学性能上又像金属材料,具有高的导热性和电导率、较高的剪切模量和弹性模量、较低的硬度、良好的机械加工性能,并在高温时具有一定塑性。此外,由于Ti3SiC2特殊的层状结构,使得该材料具有良好的自润滑性能和损伤容限。基于现有技术对Ti3SiC2的性能研究,并且因为Ti3SiC2兼具金属和陶瓷的优良性能,加上其良好的可加工型,在汽车、化工、国防工业等领域有着十分诱人的应用前景。Ti3SiC2的电导率大,比石墨的电导率约大两个数量级,同时具有超低磨擦性,摩擦因数比石墨的摩擦因数更低,而且具有良好的自润滑性能,因此有望代替石墨制作新一代交流电机的电刷。Ti3SiC2具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、超低摩擦性和自润滑性能,可以用作金属熔炼的电极材料。Ti3SiC2的高温强度、抗氧化性和抗热震性优于Si3N4,可作为航空发动机的涡轮叶片和固定子的理想材料。Ti3SiC2的密度约为当前Ni基高温合金密度的一般,而强度却为它们的2倍,且在1400℃高温下仍然具有非常好的力学性能,而且更易于切削加工,因此将有可能取代当前市场上最好的高温合金。Ti3SiC2的良好可加工性和自润滑性,使其可以替代传统的可加工陶瓷。Ti3SiC2很容易硅化和碳化,硅化可以使其表面硬度达到12GPa,碳化可可达25GPa,这种表面处理可提高材料的性能,且操作容易,加工成本低。综合上述内容可知,现有对于Ti3SiC2应用的发展、研究主要集中在高温结构材料、电极材料、可加工陶瓷材料、减摩构件材料和抗腐蚀保护层,未见其在光电领域应用的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,提供一种基于TSC陶瓷薄膜的忆阻开关器件及其制备方法。本专利技术创新地发现氧化的非晶TSC陶瓷薄膜(a-TSC:O)具有良好阻变性能,并进一步发现非晶TSC陶瓷薄膜(a-TSC)具有近红外全透明特性,在此基础上构建得到一种具有近红外透明特性的忆阻开关器件。为了实现上述目的,本专利技术的技术方案是:本专利技术提供一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,所述忆阻开关器件自下而上为“底电极/第一阻变层/第二阻变层/顶电极”垂直四层结构,其特征在于:所述第一阻变层的材料为非晶氧化钛,所述第二阻变层的材料为氧化的非晶TSC,所述底电极的材料为ITO薄膜。进一步地,本专利技术中顶电极的材料选自非晶TSC、金属钨(W)或金属金(Au),为了使得本专利技术忆阻开关器件整体具有近红外透明特性,顶电极的材料优选为非晶TSC。在上述方案基础上,近红外波段的范围为800nm~1200nm。进一步地,本专利技术中顶电极的厚度50nm~200nm。进一步地,本专利技术中底电极的厚度100nm~200nm。进一步地,本专利技术中第一阻变层是基于PVD系统采用反应溅射制备得到的薄膜,其厚度为30nm~150nm。进一步地,本专利技术中第二阻变层是基于PVD系统采用反应溅射制备得到的薄膜,其厚度为50nm~300nm。本专利技术提供一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤A:准备洁净、干燥的ITO玻片;步骤B:在所述ITO玻片的上表面沉积非晶氧化钛薄膜作为第一阻变层;步骤C:利用直流反应溅射或者射频反应溅射法,在所述第一阻变层的上表面沉积氧化的非晶TSC陶瓷薄膜作为第二阻变层;步骤D:在第二阻变层的上表面沉积顶电极。进一步地,本专利技术步骤A中ITO玻片中ITO薄膜的厚度100nm~200nm。进一步地,本专利技术步骤B中可以采用直流反应溅射或射频反应溅射制备非晶氧化钛薄膜,也可以采用任何合适的成膜方式制备非晶氧化钛薄膜;非晶氧化钛薄膜的厚度为30nm~150nm。进一步地,本专利技术步骤C中直流溅射成膜工艺的参数如下:工作电流范围为0.20~0.35A,工作电压范围为360~475V,氩气压强为1.5Pa~5Pa,氩气流量为25~50sccm;射频溅射成膜工艺的参数如下:射频源功率为40W~200W,氩气压强为0.5Pa~2.5Pa,氩气流量为20sccm~40sccm,衬底加热温度25℃~200℃。进一步地,本专利技术步骤D中顶电极的材料选自非晶TSC、金属钨(W)或金属金(Au)。进一步地,本专利技术步骤D中顶电极可以采用直流溅射或磁控溅射制备,也可以采用任何合适的成膜方式制备;顶电极的厚度50nm~200nm。本专利技术的忆阻开关器件是建立在氧化的非晶TSC(a-TSC:O)陶瓷材料具有良好的阻变性能,即通过控制a-TSC:O的氧化程度,可实现a-TSC:O薄膜电阻性能的连续可调,而且,采用非晶氧化钛(a-TiOx)材料与a-TSC:O材料共同作为忆阻开关器件的双阻变层,a-TiOx能够提供氧空位迁移通道。具体工作原理是:当在器件顶电极与底电极之间施加正向电压时(电调制),作为第二阻变层的a-TSC:O薄膜中的氧离子会在电场作用发生迁移,甚至移动到作为第一阻变层的TiOx薄膜中,使得忆阻器阻变层中氧离子的分布发生重组;当在器件顶电极与底电极之间施加反向电压时(电调制),ITO玻片还可以提供氧离子,促使已迁移到TiOx薄膜中的氧离子在电场作用下回到a-TSC:O薄膜中,可使忆阻器阻变层中氧离子的分布再次发生重组,从而实现电阻的非线性连续变化。基于上述原理,本专利技术构建得到ITO玻片、“a-TiOx/a-TSC:O”双阻变层和顶电极构成的忆阻开关器件,并且由于a-TSC陶瓷薄膜具有近红外全透明特性,进一步将a-TSC陶瓷薄膜作为顶电极,ITO玻片作为导电透明基片,可构建得到具有整体近红外全透明特性的忆阻开关器件。相比现有技术,本专利技术的有益效果是:本专利技术在传统忆阻开关器件结构的基础上,创新提出基于a-TSC陶瓷材料的介质层结构(即阻变层),拓宽了忆阻开关器件介质层材料的选择范围。由于a-TSC:O薄膜的阻变性能大范围可调节,并且a-TiOx薄膜透明且可提供氧缺位(即氧空穴)电迁移通道,因此使得a-TSC:O薄膜具备良好的阻变性能,可用作忆阻开关器件的介质层。并且,由于a-TSC陶瓷薄膜具有非常好的导电性以及近红外透过率,因此也可作为顶电极材料,与透明导电薄膜形成的顶电极共同构建近红外全透明忆阻开关器件。此外,本专利技术提出忆阻开关器件的制备工艺简单、成本低廉、可靠性高,有利于实现大规模生产。附图说明图1是本专利技术具体实施例1提供的忆阻开关器件的结构示意图,图中1本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于a‑TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,所述忆阻开关器件自下而上为“底电极/第一阻变层/第二阻变层/顶电极”垂直四层结构,其特征在于:所述第一阻变层为非晶氧化钛薄膜,所述第二阻变层为氧化的非晶TSC薄膜,所述底电极为ITO薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,所述忆阻开关器件自下而上为“底电极/第一阻变层/第二阻变层/顶电极”垂直四层结构,其特征在于:所述第一阻变层为非晶氧化钛薄膜,所述第二阻变层为氧化的非晶TSC薄膜,所述底电极为ITO薄膜。2.根据权利要求1所述的一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,其特征在于,所述第一阻变层是基于PVD系统采用反应溅射制备得到的薄膜,其厚度为30nm~150nm。3.根据权利要求1所述的一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,其特征在于,所述第二阻变层是基于PVD系统采用反应溅射制备得到的薄膜,其厚度为50nm~300nm。4.根据权利要求1所述的一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,其特征在于,所述顶电极的材料选自本征非晶TSC、金属钨或金属金。5.根据权利要求1所述的一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,其特征在于,所述顶电极的厚度50nm~200nm。6.根据权利要求1所述的一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件,其特征在于,所述底电极的厚度100nm~200nm。7.一种基于a-TSC:O陶瓷薄膜的忆阻开关器件的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋宇浩次会聚陈奕丞刘诚李东阳李伟
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1