本发明专利技术属于纳米材料以及电存储薄膜技术领域，具体涉及一种混合价态的银纳米颗粒薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术以平整的固体表面为基底，在真空环境中沉积纳米厚度的银膜，然后在150-180℃的温度环境下退火，从而在基底表面上形成均匀分布的、具有混合价态的银纳米颗粒薄膜。本发明专利技术制备方法简单，退火温度低，特别适合于大面积银纳米颗粒薄膜的制备以及批量生产。本发明专利技术还将这种纳米颗粒薄膜包埋于两电极之间，从而构成性能优良的电存储薄膜器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料和电存储薄膜
，具体涉及一种具有混合价态的银纳米颗粒薄膜及其制备方法。本专利技术还将这种纳米颗粒薄膜作为一种电存储介质，用于制备电存储薄膜器件。
技术介绍
银(Ag)纳米颗 粒材料具有不同寻常的热、光、电、磁、催化和敏感等特性。纳米尺度的银颗粒还具有抗菌、除臭功能，并有很强的杀菌能力，在医药和抗菌领域已有广泛的应用。近年来，银纳米颗粒材料的应用领域被进一步拓展，比如在表面等离子光子学领域也有应用。与金属银不同，氧化银是一种重要的宽禁带(2.5-3. IeV)半导体材料.氧化银用途广泛，比如作为新型蓄电池电极，也可以作为催化剂使用.2001年Dickson等人发现氧化银纳米粒子在蓝光照射后，能发出色彩丰富的动态荧光。。最近，台湾的科研人员将3 10纳米厚的银膜沉积在氧化硅(Si02)薄膜表面上，在45(T650°C温度下退火处理，制备了比较均匀的银纳米颗粒薄膜。但是，由于退火温度较高，不利于大面积银纳米颗粒薄膜的制备，也不利于批量生产。。专利技术人的实验室一直从事合金的低温退火研究，曾经采用真空沉积法制备铜金(Cu-Au)合金膜，在大气环境中采用较低的温度进行退火，再用化学刻蚀方法制备自支撑的纳米孔金膜。。我们相信，低温退火技术在纳米材料的制备方面应该有更多的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于采用相对较低的温度来制备的具有混合价态的银纳米颗粒薄膜及其方法和应用。本专利技术提出制备混合价态银纳米颗粒薄膜的方法，具体步骤如下在压强为2X10—3 Pa的真空室中，通过真空热蒸发方法，在清洁、平整的基底表面上沉积3-6纳米厚的银薄膜。然后让银薄膜样品在15(T18(TC温度下、大气环境中，退火5分钟至5小时，即在基底表面上形成分布均匀、颗粒尺寸在10飞0纳米的、具有混合价态的银纳米颗粒薄膜。本专利技术中，所述基底材料具体可以采用云母、铝膜、硅片之一种。用扫描电子显微镜(SEM)观察银膜样品，证实已形成分布均匀、颗粒尺寸在10-60纳米的银纳米颗粒薄膜。X-射线光电子谱(XPS)分析显示，银纳米颗粒中银的价态有O价、+1价和+2价，说明这种银纳米颗粒是一种混合价态的银纳米颗粒。纳米颗粒中除了金属银以外，还有氧化银等。三种价态的组分比例与退火时间和退火温度有关。需要说明的是，在基底表面上生长金属纳米颗粒，颗粒的尺寸和形状通常都会受基底晶格结构的影响。但是，研究发现，在相同的退火温度下，尽管云母、铝膜和硅片的材料性质和表面微结构明显不同，但是形成的银纳米颗粒其形状和尺寸差别不明显。 本专利技术的关键之处在于采用较低的温度进行退火，退火温度为15(T18(TC。此外，氧化银在高温下容易分解，相对较低的退火温度(15(T18(TC )，使得氧化银得以存在。另外，从实际应用的角度来看，大气环境中、15(T180°C的退火温度对于大面积银纳米颗粒薄膜的制备比较有利。比如，可以将大面积薄膜放置在比较大的烘箱中进行退火处理，使用起来比较方便，容易批量生产。本专利技术还提出上述的混合价态的银纳米颗粒薄膜作为一种电存储介质，用于制备电存储薄膜器件，具体将所述混合价态的银纳米颗粒薄膜夹在二个薄膜电极之间，构成一次写入、多次读取的电存储薄膜器件。比如以铝膜为基底，在表面上沉积3-6纳米厚的银薄膜，在大气环境中、15(T18(TC温度下退火，冷却后，再在表面上沉积铜作为顶电极，这样就构成了一个二端器件，即铝/银纳米颗粒薄膜/铜(Al/Nano-Ag Film/Cu)器件。研究证实，这种铝/银纳米颗粒薄膜/铜器件是一种性能优良的非易失电存储器件，可以进行一次写入多次读取操作(write-once read-many-times memories,简称WORM)。研究还证实,采用这种工艺来制备WORM器件，不同器件之间的阈值电压很稳定，一致性较好。这种WORM器件在图书、档案以及航天数据的存储等方面有广泛的用途。附图说明图I退火10分钟处理后，云母表面上银纳米颗粒膜的SEM图像。图2退火90分钟处理后，云母表面上银纳米颗粒膜的SEM图像。图3银纳米颗粒的XPS分析(样品采用云母做基底，退火90分钟)。图4退火90分钟处理后，硅片表面上银纳米颗粒膜的SEM图像。图5退火90分钟处理后，铝膜表面上银纳米颗粒膜的SEM图像。图6退火90分钟处理后，云母表面上银纳米颗粒膜的SEM图像。图7铝/银纳米颗粒/铜器件的电写入过程。图8铝/银纳米颗粒/铜器件的二种状态用0. I伏电压信号读出。具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本专利技术提出的具有混合价态的银纳米颗粒薄膜及其应用实施例I 在压强为2X10_3 Pa的真空室中，通过真空热蒸发方法，在清洁、平整的云母表面上沉积约4. 5纳米厚的银膜。然后将薄膜样品在约150°C温度下、大气环境中进行退火。冷却后，再用扫描电子显微镜(SEM)观察。退火10分钟样品的SEM图像如图I所示；退火90分钟样品的SEM图像如图2所示。二幅图像都显示，颗粒分布均匀，大多数颗粒的尺寸在2(Γ40纳米，少数较大的约50纳米，少数较小的约10纳米。将退火90分钟的样品做XPS分析，如图3所示。表明该样品中单质银占56. 3%, 一价银占33. 2%，二价银占10. 5%。这说明纳米颗粒中的银处于混合价态。实施例2 在压强为2Χ10_3 Pa的真空室中，通过真空热蒸发方法，在在清洁、平整的硅片表面上沉积约4. 5纳米厚的银膜。然后将薄膜样品在约150°C温度下、大气环境中进行退火。冷 却后，再用扫描电子显微镜(SEM)观察。退火90分钟样品的SEM图像如图4所示。图像显示，颗粒分布均匀，大多数颗粒的尺寸在2(Γ40纳米，少数较大的约50纳米，少数较小的约10纳米。实施例3 在压强为2Χ10_3 Pa的真空室中，通过真空热蒸发方法，在在清洁、平整载玻片上沉积200纳米厚的铝膜，放置备用。再在铝膜表面上沉积约4. 5纳米厚的银膜。然后将薄膜样品在约150°C温度下、大气环境中进行退火。冷却后，再用扫描电子显微镜(SEM)观察。退火90分钟样品的SEM图像如图5所示。图像显示，颗粒分布均匀，大多数颗粒的尺寸在2(Γ40纳米，少数较大的约50纳米，少数较小的约10纳米。实施例4 在压强为2Χ10_3 Pa的真空室中，通过真空热蒸发方法，在清洁、平整的云母表面上沉积约4. 5纳米厚的银膜。然后将薄膜样品在约180°C温度下、大气环境中进行退火。冷却后，再用扫描电子显微镜(SEM)观察。退火90分钟样品的SEM图像如图6所示。图像显示，颗粒分布均匀，大多数颗粒的尺寸在2(Γ45纳米，少数较大的约60纳米，少数较小的约10纳米。实施例5 在压强为2Χ10_3 Pa的真空室中，通过真空热蒸发方法，在在清洁、平整载玻片上沉积200纳米厚的铝膜做为底电极，底电极为横向条状，均匀排列。再在铝膜表面上沉积约4. 5纳米厚的银膜。然后将薄膜样品在约150°C温度下、大气环境中进行退火，退火时间90分钟。这样，条状铝膜表面上已形成混合价银纳米颗粒薄膜(类似实施例3的结果)。然后在银纳米颗粒薄膜上蒸镀200纳米厚的铜膜做顶电极，顶电极为纵向条状，均匀排列。横向条状铝膜与纵向条状铜膜交叉重叠部分就构成了银纳米颗粒包埋的夹层器件，即铝/银纳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，李鲁曼，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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