CN103840080A - 基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器及制备方法 - Google Patents

基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器及制备方法 Download PDF

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Abstract

基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器及制备方法，由单根一维镉掺杂氧化锌纳米线、金属电极、载玻片、封装层、导线组成；取单根一维镉掺杂氧化锌纳米线，放置在洁净的载玻片上，在一维镉掺杂氧化锌纳米线两端焊接金属电极，在金属电极上焊接金属导线，用封装材料将金属电极和一维镉掺杂氧化锌纳米线固定在载玻片上，然后放入在30℃恒温箱中，保温8小时。本发明通过改变电压来实现高阻态和低阻态之间相互转变，进而实现信息存取，其M-S-M结构具有优异的电阻开关效应，且制作过程简单，所需设备可重复使用，节省材料，有利于实际应用和工业生产。

Description

基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器及制备方法
技术领域
本发明属于微纳米器件及其应用领域。 
技术背景
自从20世纪80年代以来，光电材料与器件的迅速发展正好顺应了信息技术发展的要求，随着技术的不断深入，人们对材料的性能要求也越来越高，这就要求所制备的器件存储容量大，响应速度快，能耗低，携带更加方便，正是由于消费者有这些要求，世界各大公司都在投入巨资攻克该领域，同时也得到商界和科学界的高度关注。随着集成电路的快速发展，Flash存储器的尺寸不断缩小，为了保持集成电路的性能，其相应的栅级氧化层厚度也不断减小，从而影响了器件的可靠性和稳定性，这些很大程度上限制了Flash存储器的进一步发展。近些年来，替代Flash存储器的各种新型非挥发性存储器得到了迅速发展，它们分别以外界信号作用下晶态向非晶态的可逆转变的相变存储器（PCRAM），以磁隧穿结电学特性实现存储的磁存储器（MRAM），以铁电材料的极化特性来实现存储信息的铁电存储器（FeRAM），以金属/半导体/金属（M-S-M）结构来实现电阻在高阻态和低阻态之间相互转变的电阻式存储器（ReRAM）。因此，制备工艺简单、存储密度高、读取电压低的存储器必将成为今后研究的重点。 
电压存储器是通过改变电压大小来实现高阻态和低阻态之间相互转变，最终使一维纳米线实现电荷的存储：（1）当在一维纳米线的两端施加不同的交流电压时，所产生的电流相差很大，有的能达到几倍甚至几十倍、数百倍，这些主要与样品对电压的感应强弱有关；（2）当在一维纳米线的两端施加不同的直流偏置电压时，电阻也随之发生相应的变化，从而实现电荷的存储，擦除，读取。这些对数据存储器的制备提供了一种新的可能，并将在不久的将来应用于人类生活。 
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器及其相应的制备方法。 
本发明是通过以下技术方案实现的。 
本发明所述的基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器，由单根一维镉掺杂氧化锌纳米线（1）、金属电极（2）、载玻片（3）、封装层（4）、导线（5）组成。单根一维镉掺杂氧化锌纳米线（1）放置在载玻片（3）上，其两端焊接金属电极（2）并接上导线（5），封装层（4）将整个单根一维镉掺杂氧化锌纳米线（1）在载玻片（3）上。 
所述的金属电极为金(Au)/银（Ag）/铝（Al）。 
所述的封装层的封装材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）。 
本发明所述的一维镉掺杂氧化锌纳米线的制备方法是：按Zn:Cd元素的摩尔比为19:1的比例，将六水合硝酸锌（Zn(NO3)2﹒6H2O）和四水合硝酸化镉（Cd(NO3)2﹒4 H2O）放入水中溶解，然后再加入30ml-60ml的三乙醇胺，超声震荡十分钟，达到完全互溶后，放入130℃的烘箱中保温6-7个小时，使其水分蒸发干，然后放入预先设置好温度为120℃烘箱中进行燃烧，燃烧结束后，把该样品放入800℃马弗炉中进行退火处理，以除去样品表面的碳包裹物得到纳米线。 
本发明基于一维镉掺杂氧化锌纳米线电压控制存储器的具体制备方法是：取单根一维镉掺杂氧化锌纳米线，放置在洁净的载玻片上，在一维镉掺杂氧化锌纳米线两端焊接金属电极，在金属电极上焊接金属导线，用封装材料将金属电极和一维镉掺杂氧化锌纳米线固定在载玻片上，然后放入在30℃恒温箱中，保温8小时。 
本发明是一种电压控制器件，通过改变电压来实现高阻态和低阻态之间相互转变，进而实现信息存取，具体结构示意图如图1，本发明的M-S-M结构具有优异的电阻开关效应，且制作过程简单，所需设备可重复使用，节省材料，有利于实际应用和工业生产。 
附图说明
图1为本发明所述的存储器的立体结构示意图。 
图2为一维镉掺杂氧化锌纳米线800℃退火后的XRD测试分析图。 
图3为一维镉掺杂氧化锌纳米线所构成的电荷存储效果图(Y轴采用半对数取值)，图示扫描电压-5V~5V，通过I-V曲线所反映的电流在高阻态和低阻态之间的相互变化。 
图4为一维镉掺杂氧化锌纳米线所构成的电荷存储效果图(Y轴采用半对数取值)，图示扫描电压-10V~10V，通过I-V曲线所反映的电流在高阻态和低阻态之间的相互变化。 
图5为一维镉掺杂氧化锌纳米线在对应直流偏置电压下的电流的变化效果图，可以看出在5V直流电压的时，正在存储信息。 
图6为是图5所示虚线框区域放大图。 
具体实施方式
下面通过实施例，进一步描述本发明所提出的一维镉掺杂氧化锌纳米线结构的电压控制存储器。将图1的导线两端分别接上前置电流放大器和函数信号发生器，以测其电荷存储效果。 
实施例1。 
取已清洗洁净的载玻片（规格1cm×1cm×2mm）上，在其正上方轻轻放上已制备的一维镉掺杂氧化锌纳米线，将银浆分别接触纳米线两端，并焊接金属电极，在金属电极上焊接铜制导线（直径0.2mm），放入30℃恒温箱保温1小时，然后在其上方涂一厚度为10微米的PMMA封装层，再次放入30℃恒温箱保温8小时，最后让金属电极的铜制导线另一端分别接上前置电流放大器和函数信号发生器，测试条件：频率0.05HZ，扫描电压-5V~5V，室温。测量结果如图3所示。 
图3可以看出，起点坐标（0，0），从起始点开始，电流逐渐增大，电阻逐渐变小，进入低阻态，这是由于在此过程中，存储器在擦除电荷，当电荷擦除完毕，接着开始写入信息，电阻变大，电流逐渐变小，进入高阻态；正是由于可以不断实现高阻态和低阻态的相互转变，进而实现电荷存储。 
实施例2。 
取已清洗洁净的载玻片（规格1cm×1cm×2mm）上，在其正上方轻轻放上已制备的一维镉掺杂氧化锌纳米线，并将其两端焊上Au，作为金属电极，在金属电极上焊接铜制导线（直径0.2mm），放入30℃恒温箱保温1小时，然后在其上方涂一厚度为10微米的PMMA封装层，再次放入30℃恒温箱保温8小时，最后让金属电极的铜制导线另一端分别接上前置电流放大器和函数信号发生器，测试条件：频率0.05HZ，初始扫描电压-10V~10V，测量结果如图5所示。 
图4和图3相比，同样具有明显的存储效果，在高阻态和低阻态相互转化的时，电流更大，表明能存储更多信息。 
实施例3。 
取已清洗洁净的载玻片（规格1cm×1cm×2mm）上，在其正上方轻轻放上已制备的一维镉掺杂氧化锌纳米线，并将其两端焊上铝，作为金属电极，在金属电极上焊接铜制导线（直径0.2mm），放入30℃恒温箱保温1小时，然后在其上方涂一厚度为10微米的PMMA封装层，再次放入30℃恒温箱保温8小时，最后让金属电极的铜制导线另一端分别接上前置电流放大器和函数信号发生器，测试条件：频率0.05HZ，扫描电压为直流偏置电压，测量结果如图5，6所示。 
本发明不局限于上述实施例，很多电阻开关的制备都能采用上述方法，而且很多细节的变化也是可行的，但这并不因此违背本发明的范围和精神。 

Claims (2)

1.基于一维镉掺杂氧化锌纳米线的电压控制存储器，其特征是由单根一维镉掺杂氧化锌纳米线、金属电极、载玻片、封装层、导线组成；单根一维镉掺杂氧化锌纳米线放置在载玻片上，其两端焊接金属电极并接上导线，封装层将整个单根一维镉掺杂氧化锌纳米线封装在载玻片上；
所述的封装层的封装材料是聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷；
所述的一维镉掺杂氧化锌纳米线的制备方法是：按Zn:Cd元素的摩尔比为19:1的比例，将六水合硝酸锌和四水合硝酸化镉放入水中溶解，然后再加入30ml-60ml的三乙醇胺，超声震荡十分钟，达到完全互溶后，放入130℃的烘箱中保温6-7个小时，使其水分蒸发干，然后放入预先设置好温度为120℃烘箱中进行燃烧，燃烧结束后，把该样品放入800℃马弗炉中进行退火处理，以除去样品表面的碳包裹物得到纳米线。
2.权利要求1所述的电压控制存储器的制备方法，其特征是取单根一维镉掺杂氧化锌纳米线，放置在洁净的载玻片上，在一维镉掺杂氧化锌纳米线两端焊接金属电极，在金属电极上焊接金属导线，用封装材料将金属电极和一维镉掺杂氧化锌纳米线固定在载玻片上，然后放入在30℃恒温箱中，保温8小时。
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