CN102222768A - 一种透明有机阻变存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明有机阻变存储器。所述阻变存储器由下电极、设于所述下电极上的有机阻变存储层和沉积于所述有机阻变存储层上的上电极组成；所述上电极和下电极均为氧化铟锡薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜或镓掺杂氧化锌薄膜；所述有机阻变存储层为由聚乙烯二氧噻吩和聚乙烯苯磺酸组成的聚合物薄膜。本发明提供的透明有机阻变存储器具有透光性好、存储密度高和稳定性好等优点，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种透明有机阻变存储器，属于存储器及微电子领域。
背景技术
存储器是计算机中的核心记忆部件，用来存放计算机的全部信息，包括各种数据、程序等。根据读写功能不同，存储器可以分为只读存储器和随机读写存储器。只读存储器的内容固定不变，只能读出，无法写入。而随机读写存储器则可以反复擦写。根据数据的保存时间不同，存储器又可分为易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器的数据断电消失，而非易失性，是指在断电的情况下，存储器依然可以保留原来的数据。这使得存储更加简单、安全、可靠，不需要电力的供给来保持数据的完整性。
除了传统的磁记录，现在市场上应用最广泛的新型非易失性存储器是基于电荷存储的闪存。其原理是通过施加强电场，将电子注入或拉出浮栅来实现编写和擦除过程。但由于电荷隧穿的存在，闪存的存储密度已经接近极限。另外，由于闪存的机理所限，需要较高的写入电压和较长的时间(＞1μs)，于是，人们加快了研究新一代非易失性存储器的脚步。
在这样的背景下，以电阻为特征标志状态的阻变存储器应运而生。阻变存储器通常以“0”(高阻态)、“1”(低阻态)表示两个不同的状态。它兼容了内存的高速、闪存和硬盘的非易失性的特点，制备简单，与半导体工业相容性好，是新一代非易失性存储器的重点研发对象之一。
透明阻变存储器有以下优点。首先，透明阻变存储器可以作为未来全透明电子器件的存储元件；其次，透明阻变存储板可以与触摸屏、显示屏集合，实现触控、显示、存储一体化，为下一代手写电脑、手绘板提供了全新的概念。
随着科学技术的发展，人们对于阻变存储器已经有了一定的研究。例如北京大学的专利“一种有机阻变存储器及制备方法”阐述了一种以钛氧酞菁薄膜为主体的阻变存储器(专利公开号CN101826597A)；株式会社东芝的专利“具有变阻元件的半导体存储器”，则设计了一种串联的变阻元件和转换元件和读字线结构(专利公开号CN101067966)。
但是，在透明阻变存储器领域，尤其是引入有机体系的透明阻变存储器，报道的研究结果还很少。无机透明阻变存储器尽管也有一些研究成果，但从器件小型化和柔软性灵活度的方面，无机体系都不如有机体系。
发明内容
本发明的目的是提供一种透明有机阻变存储器。
本发明提供的透明有机阻变存储器由下电极、设于所述下电极上的有机阻变存储层和沉积于所述有机阻变存储层上的上电极组成；所述上电极和下电极均为氧化铟锡薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜或镓掺杂氧化锌薄膜；所述有机阻变存储层为由聚乙烯二氧噻吩和聚乙烯苯磺酸组成的聚合物薄膜。
上述的阻变存储器中，所述下电极可沉积于玻璃基底、聚萘乙烯基底或聚酰亚胺基底上；所述上电极和下电极均与导线相连，所述导线用于与外界探测器件相连。
上述的阻变存储器中，所述上电极的厚度可为80nm-100nm，如100nm，可通过射频溅射法进行制备；所述下电极的厚度可为50nm-80nm，如50nm或60nm，可通过射频溅射法进行制备；所述有机阻变存储层的厚度可为50nm-100nm，如80nm或100nm，可通过旋涂的方法进行制备。
上述的阻变存储器中，所述氧化铟锡薄膜中，氧化铟的质量百分含量可为80％-90％，如90％，氧化锡的质量百分含量可为10％-20％，如10％。
上述的阻变存储器中，所述铝掺杂氧化锌薄膜中铝的原子百分数可为2％-3％，如2％。
上述的阻变存储器中，所述镓掺杂氧化锌薄膜中镓的原子百分数可为2％-3％，如2％。
上述的阻变存储器中，所述聚合物薄膜中聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)和聚乙烯苯磺酸(PSS)的质量份数比可为1∶(1-2)，如1∶1.3。
上述的阻变存储器中，所述聚乙烯二氧噻吩为以3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)为单体的聚合物，聚合度约为20-30，分子量约2000-4000；其电导率高，环境稳定性强，透光性好；所述聚乙烯苯磺酸的聚合度约为50-100，分子量约为10000-20000；聚乙烯苯磺酸(PSS)与聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)的混合物能够在水中形成一种稳定的、深蓝色的微悬浮体。
本发明提供的透明有机阻变存储器的优点如下：
1、透光性好。首先，透明阻变存储器可以作为未来全透明电子器件的存储元件；其次，透明阻变存储板可以与触摸屏、显示屏集合，实现触控、显示、存储一体化，为下一代手写电脑、手绘板提供了全新的概念。本发明方提供的阻变存储器，由于采用无色透明的玻璃基片，淡黄色透明氧化铟锡的上电极和下电极，淡蓝色透明的PEDOT:PSS有机薄膜介质层，因此具有透光性好的优点。
2、存储密度高。存储密度是表征存储器的重要参数之一。存储密度越高，器件在小型化方面越有优势。另外，如果阻变存储板与触摸屏、显示屏集合，实现触控、显示、存储一体化，存储密度便代表了存储板的解析度。存储密度越高，解析度越好。由于基于PEDOT:PSS的阻变存储器的导电机制是分子导电细丝，因此存储单元可以达到纳米量级。所以，本发明提供的阻变存储器具有存储密度高的特点。
3、稳定性好。阻变存储器的稳定性是器件走向实用化的另一重要指标。本发明提供的基于PEDOT:PSS的阻变存储器，断电后数据不会丢失，保持时间长；这是由于PEDOT:PSS的阻变机理是PEDOT与PSS的氧化还原反应，在没有外界电场扰动的情况下，这种氧化还原反应能持续存在。
附图说明
图1为本发明实施例1的透明有机阻变存储器的结构示意图。
图中各标记如下：1上电极、2有机阻变存储层、3下电极、4玻璃基底、5和6导线。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、透明有机阻变存储器的制作
(1)采用射频溅射的方法，在玻璃基底4上沉积氧化铟锡(ITO)下电极3：以氧化铟锡作为靶材，使溅射腔的背底真空为10-5帕斯卡，溅射气体为氩气，溅射气压为0.4帕斯卡，入射功率为210瓦，反射功率为10瓦，溅射时间为10分钟，使下电极3的厚度为50纳米，该下电极中氧化铟的质量百分含量为90％，氧化锡的质量百分含量为10％。
(2)采用旋涂的方法，在上述得到的下电极3上沉积PEDOT:PSS有机阻变存储层2：利用孔径为0.45微米的过滤网过滤PEDOT:PSS水溶液，滴加到下电极上进行匀胶；匀胶机设置三档转速：600转每分下10秒，3000转每分下30秒，1500转每分下20秒；将匀胶完毕的样品在130摄氏度下烘烤20分钟即得PEDOT:PSS有机阻变存储层2，厚度为100nm，其中，PEDOT和PSS的质量分数比为1∶1.3，所述PEDOT聚合度约为20，分子量约2800；所述PSS的聚合度约为100，分子量约为20000。
(3)采用射频溅射的方法，在上述得到的PEDOT:PSS有机阻变层2上沉积氧化铟锡(ITO)上电极1：以氧化铟锡作为靶材，使溅射腔的背底真空为10-5帕斯卡，溅射气体为氩气，溅射气压为0.4帕斯卡，入射功率为210瓦，反射功率为10瓦，溅射时间为20分钟，使上电极的厚度为100纳米，该下电极中氧化铟的质量百分含量为90％，氧化锡的质量百分含量为10％。
(4)在上述得到的上电极1和下电极3上用银胶粘接导线5和6，通过导线5和6连入探测设备即得透明有机阻变存储器。
实施例2、透明有机阻变存储器的制作
(1)采用脉冲激光沉积的方法，在玻璃基底上沉积铝掺杂氧化锌(AZO)下电极：以高纯氧化铝粉末和氧化锌粉末烧结而成的陶瓷作为靶材，使溅射腔的背底真空为10-5帕斯卡，氧气流量为5cm3/min。激光能量密度为1.5-2.0J/cm2，重复频率5Hz。下电极的厚度为50纳米，该下电极氧化锌中铝的原子百分数为2％。
(2)采用旋涂的方法，在上述得到的下电极上沉积PEDOT:PSS有机阻变存储层：利用孔径为0.45微米的过滤网过滤PEDOT:PSS水溶液，滴加到下电极上进行匀胶；匀胶机设置三档转速：600转每分下10秒，3000转每分下30秒，1500转每分下20秒；将匀胶完毕的样品在130摄氏度下烘烤20分钟即得PEDOT:PSS有机阻变存储层，厚度为100nm，其中，PEDOT和PSS的质量份数比为1∶1.3，所述PEDOT聚合度约为20，分子量约2800；所述PSS的聚合度约为100，分子量约为20000。
(3)采用脉冲激光沉积的方法，在玻璃基底上沉积铝掺杂氧化锌(AZO)下电极：以高纯氧化铝粉末和氧化锌粉末烧结而成的陶瓷作为靶材，使溅射腔的背底真空为10-5帕斯卡，氧气流量为5cm3/min。激光能量密度为1.5-2.0J/cm2，重复频率5Hz。下电极的厚度为100纳米，该下电极氧化锌中铝的原子百分数为2％。
(4)在上述得到的上电极和下电极上用银胶粘接导线，通过导线连入探测设备即得透明有机阻变存储器。
实施例3、透明有机阻变存储器的制作
(1)采用射频溅射的方法，在聚萘乙烯基底上沉积镓掺杂氧化锌(GZO)下电极：以高纯氧化锌粉末和氧化镓粉末烧结而成的陶瓷作为靶材，使溅射腔的背底真空为10-5帕斯卡，溅射气体为氩气，溅射气压为0.4帕斯卡，入射功率为210瓦，反射功率为10瓦，溅射时间为20分钟，使下电极的厚度为60纳米，该下电极氧化锌中镓的原子百分数为2％。
(2)采用旋涂的方法，在上述得到的下电极上沉积PEDOT:PSS有机阻变存储层：利用孔径为0.45微米的过滤网过滤PEDOT:PSS水溶液，滴加到下电极上进行匀胶；匀胶机设置三档转速：600转每分下10秒，3000转每分下30秒，1500转每分下20秒；将匀胶完毕的样品在130摄氏度下烘烤20分钟即得PEDOT:PSS有机阻变存储层，厚度为100nm，其中，PEDOT和PSS的质量份数比为1∶1.3，所述PEDOT聚合度约为20，分子量约2800；所述PSS的聚合度约为100，分子量约为20000。
(3)采用射频溅射的方法，在上述得到的PEDOT:PSS有机阻变层上沉积镓掺杂氧化锌(GZO)上电极：以高纯氧化锌粉末和氧化镓粉末烧结而成的陶瓷作为靶材，使溅射腔的背底真空为10-5帕斯卡，溅射气体为氩气，溅射气压为0.4帕斯卡，入射功率为210瓦，反射功率为10瓦，溅射时间为27分钟，使上电极的厚度为80纳米，该上电极氧化锌中镓的原子百分数为2％。
(4)在上述得到的上电极和下电极上用银胶粘接导线，通过导线连入探测设备即得透明有机阻变存储器。
本发明提供的透明阻变存储器的工作原理为：在上电极上施加-5V电压，可以将该阻变存储器置为导通(低阻)状态，即“1”；在上电极上施加5V电压，可以将该阻变存储器置为关闭(高阻)状态，即“0”；读取电压为0.1V，即在0.1V电压下，该阻变存储器会保持在其低阻或高阻状态。
Claims (7)
1.一种透明有机阻变存储器，其特征在于：所述阻变存储器由下电极、设于所述下电极上的有机阻变存储层和沉积于所述有机阻变存储层上的上电极组成；所述上电极和下电极均为氧化铟锡薄膜、铝掺杂氧化锌薄膜或镓掺杂氧化锌薄膜；所述有机阻变存储层为由聚乙烯二氧噻吩和聚乙烯苯磺酸组成的聚合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的存储器，其特征在于：所述下电极沉积于玻璃基底、聚萘乙烯基底或聚酰亚胺基底上；所述上电极和下电极均与导线相连。
3.根据权利要求1或2所述的存储器，其特征在于：所述上电极的厚度为80nm-100nm；所述下电极的厚度为50nm-80nm；所述有机阻变存储层的厚度为50nm-100nm。
4.根据权利要求1-3中任一所述的存储器，其特征在于：所述氧化铟锡薄膜中，氧化铟的质量百分含量为80％-90％，氧化锡的质量百分含量为10％-20％。
5.根据权利要求1-3中任一所述的存储器，其特征在于：所述铝掺杂氧化锌薄膜中，铝的原子百分数为2％-3％。
6.根据权利要求1-3中任一所述的存储器，其特征在于：所述镓掺杂氧化锌薄膜中，镓的原子百分数为2％-3％。
7.根据权利要求1-6中任一所述的存储器，其特征在于：所述聚合物薄膜中聚乙烯二氧噻吩和聚乙烯苯磺酸的质量份数比为1∶(1-2)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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