一种改善忆阻器性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种改善忆阻器性能的方法，此方法属于半导体纳米材料及存储器技术领域。基于二次阳极氧化法的忆阻器制备工艺，本专利采用热处理工艺对已制备的忆阻器进行后处理，可极大提高忆阻器的循环次数并增强忆阻器的阻变性能。由于本方法操作简单、设备常见，可进行较大规模实际应用，这将为忆阻器广泛的应用奠定基础。奠定基础。奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种改善忆阻器性能的方法


[0001]本专利技术属于半导体纳米材料及存储器
，具体涉及一种利用热处理工艺处理忆阻器而使其忆阻性能得到改善的方法。

技术介绍

[0002]自惠普公司宣布成功研制出了固态忆阻器，从而证明了蔡绍棠预测的第四种无源基本电路元件的存在，此后对于忆阻器的探索引发了全球科学家极大的热情。
[0003]忆阻器最为经典的结构为“三明治”形式，即顶电极、中间介质层、底电极。当忆阻器被施加正偏置电压时，顶电极(底电极)就会逐步形成导电丝连接底电极(顶电极)，此时忆阻器件就会由未导通的高电阻(HRS)变成低电阻(LRS)状态。如果此时电压的极性不再改变或者直接撤出电压的作用，导电丝仍然存在且连接着忆阻器的底电极和顶电极，忆阻器依旧会保持着低电阻(LRS)的状态，这就是忆阻器的非易失性。正是由于忆阻器的导电丝的变化决定着忆阻器的阻值变化，因而导电丝的稳定性和唯一性就成为了衡量忆阻器性能好坏的一个重要标准。
[0004]本专利对以电化学金属化效应(ECM)为主要导电机理的忆阻器为例，通过对已制备的忆阻器进行热处理，可极大改善忆阻器的循环次数，推动了忆阻器商业化进程，这为今后的工业化生产指明了一条可行的道路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的创新点在于通过可以进行工业化生产的方法提高了忆阻器的性能以解决目前忆阻器领域中忆阻器循环次数达不到商业化要求的困境。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种改善忆阻器性能的方法，包括以下步骤：对忆阻器进行热处理，所述热处理的温度为230
‑
450℃，时间为0.5
‑
4h，优选热处理温度为250
‑
280℃，时间为0.5
‑
3h；所述热处理的气氛为空气气氛；所述热处理的升温和降温速率范围均为15
‑
20℃/min。
[0007]所述忆阻器的底电极为纯钛片，纯度为99.99％，中间层介质采用阳极氧化法制得。
[0008]进一步的，所述忆阻器的中间介质层为氧化钛纳米管，顶电极为活性电极。
[0009]进一步的，所述底电极厚度为0.1
‑
5mm，中间介质层厚度为0.01
‑
60μm。
[0010]进一步的，所述活性电极包括Ag及以Ag为基的合金、Cu及以Cu为基的合金。
[0011]进一步的，所述忆阻器的中间层介质采用阳极氧化法制得前，需对所述忆阻器的底电极进行抛光处理。
[0012]进一步的，所述抛光处理的方法为：依次进行机械抛光、超声清洗、化学抛光和超声清洗。
[0013]进一步的，所述机械抛光的方法为：利用600#
‑
3000#砂纸对底电极钛进行打磨。以达到去除钛表面的氧化膜并且能够在一定程度上保证钛片粗糙度均匀的目的。为接下来的
阳极氧化工艺做准备。
[0014]进一步的，所述机械抛光后进行超声清洗的方法为：将打磨过后的钛片依次置于丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗3
‑
15min，优选方案为10min。
[0015]进一步的，所述化学抛光的抛光液为：HF：HNO3：H2O＝1：4：5，化学抛光的时间为70
‑
160s，优选方案为120s。
[0016]进一步的，所述化学抛光后进行超声清洗的方法为：放入酒精中进行超声波清洗，以去除化学抛光步骤中的物质残留。
[0017]进一步的，每次进行超声波清洗过后都需要对钛片进行吹干处理。
[0018]进一步的，阳极氧化方法采用恒压源模式，两次阳极氧化电压范围均为10
‑
200V，进一步优化方案为20
‑
80V。钛片被氧化的时间范围均为0.5h
‑
4h，阳极氧化的温度范围均为20
‑
30℃。电压的取值和氧化时间视目标氧化钛膜的厚度和孔径大小而定。
[0019]进一步的，阳极氧化法的阳极氧化次数为两次。由于采用电化学的方法获得氧化钛膜，一次氧化的氧化膜的孔径不规则且孔道不理想，故一次氧化过后将已氧化的钛片放入去离子水中超声清洗3
‑
15min，优选方案为10min，以去除一次氧化形成的氧化钛膜并留六边形的坑底；在二次阳极氧化中，钛片依旧在一次氧化所使用的电解液中进行氧化，此次二次氧化时间和电压根据所需氧化钛膜的厚度和孔径大小而定。
[0020]进一步的，所述阳极氧化法的电解液组成成分包括作为溶剂的乙二醇，0.1
‑
1wt.％的氟化铵、体积分数1
‑
5vol.％的蒸馏水。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用热处理工艺将已制备的忆阻器放入热处理炉中处理30min
‑
3h，增大了忆阻器的循环次数、并增强忆阻器的阻变性能，为获得性能优良的忆阻器提供了一条简单有效的途径。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1未热处理的忆阻器的线性I
‑
V曲线；
[0023]图2为本专利技术实施例2 280℃热处理0.5h后的忆阻器的线性I
‑
V曲线。
具体实施方式
[0024]下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。
[0025]对照例1
[0026]将纯度为99.99％的钛片裁剪为20
×
10
×
0.5mm的尺寸，再使用600#、1000#、1500#、2000#、3000#的金刚砂纸进行打磨处理，再将打磨好的钛片依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗10min后，吹干备用。
[0027]将上述已处理的钛片放入抛光液((HF:HNO3:H2O＝1:4:5)中抛光120s后，取出钛片放入无水乙醇中超声清洗3min并吹干。配置质量分数0.3wt.％的氟化铵和体积分数2vol.％的蒸馏水的乙二醇溶液作为电解液，以铂片作为阴极，以钛片为阳极，在60V直流电压下氧化2h，以获得氧化钛纳米管薄膜，生长温度为20℃，再放入去离子水中超声清洗5min以去除一次氧化所形成的氧化膜；二次氧化基于一次氧化的电解液氧化时间为2min，氧化膜的生长温度为20℃。
[0028]基于已进行二次氧化的忆阻器试样在中间介质层氧化钛膜上制备直径为2mm的Ag胶作为顶电极，采用电化学工作站I
‑
V模式进行测试，测得循环次数以及阻变比，可测得该器件未热处理时的I
‑
V曲线，如图1所示。
[0029]对照例2
[0030]与对照例1的区别是，直流电压为100V。其阻变比和循环次数如表1所示。
[0031]实施例1
[0032]与对照例1的区别是对上述对照例1的试样进行热处理，热处理温度范围在250℃，热处理时间均为3h，升温速率17℃/min和降温速率为15℃/min，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善忆阻器性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：对忆阻器进行热处理，所述热处理的温度为230
‑
450℃，时间为0.5
‑
4h，所述忆阻器的底电极为纯钛片，中间层介质采用阳极氧化法制得。2.根据权利要求1所述的一种改善忆阻器性能的方法，其特征在于，所述忆阻器的中间介质层为氧化钛纳米管，顶电极为活性电极。3.根据权利要求2所述的一种改善忆阻器性能的方法，其特征在于，所述底电极厚度为0.1
‑
5mm，中间介质层厚度为0.01
‑
60μm。4.根据权利要求2所述的一种改善忆阻器性能的方法，其特征在于，所述活性电极包括Ag及以Ag为基的合金、Cu及以Cu为基的合金。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种改善忆阻器性能的方法，其特征在于，所述忆阻器的中间层介质采用阳极氧化法制得前，需对所述忆阻器的底电极进行抛光处理。6.根据权利要求5所述的一种改善忆阻器性能的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远星，赵朝政，姚淑一，朱宗涛，陈辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：