CN105405970B - 基于ito纳米线网络的电阻开关及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于ITO纳米线网络的电阻开关及制备方法，利用电子束蒸镀的方式在镀有金属铝(Al)的蓝宝石基底上制备ITO纳米线网络，然后在ITO纳米线形成的网络薄膜上表面涂银(Ag)导电胶，构成Ag/ITO/Al三明治结构的电阻开关。本发明首次发现ITO纳米线构成的网络薄膜具有电阻开关效应，制备成Ag/ITO/Al三明治结构电阻开关具有良好的开关特性，且稳定性较好，电阻开关特性能够在室温下稳定循环300次以上。本发明中利用电子束蒸镀的方式制备ITO纳米线网络工艺简单，能够实现大面积均匀制备，易实现产业化生产，本发明能够作为用于制备电阻开关非挥发性存储器的原始模型。

Description

基于ITO纳米线网络的电阻开关及制备方法
技术领域
本发明涉及电阻开关技术领域，特别涉及一种电阻开关及其制备方法。
背景技术
存储器已经极为广泛的应用于各种电子产品中，成为重要的元器件之一。随着电子技术与集成电路的飞速发展，对存储器的性能也不断提出更高的要求，如高读写速度、高存储密度、功耗低、寿命长、最小单元尺寸小等。目前，传统的非挥发性闪存存储器虽具有断电后可长时间保存信息的特点，但随着器件尺寸向微纳量级发展，其所利用的浮栅存储电荷技术不断受到局限。其一，此技术是通过改变MOS管的电荷存储来实现数据的存储，信息存取周期较长；其二，浮栅氧化层厚度不能太薄，当其厚度达到纳米量级时，量子隧穿效应会导致器件出现漏电、散热等问题，影响存储器的可靠性和稳定性。寻求新的非挥发性随机存储技术是目前研究的一个热点。基于电阻开关现象的电阻式随机存储器被认为是下一代记忆器件的替代品之一。电阻式存储器具有制备简单、存储密度高、读写速度快、操作电压低和与CMOS工艺兼容性好等优点，因而开始被广泛研究。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于ITO纳米线网络的电阻开关及制备方法，制备的ITO纳米线网络电阻开关能够实现较高比率的开关性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，包括以下步骤：
(1)在洁净的衬底上蒸镀一层金属薄膜；
(2)用高温胶带将金属薄膜中作为电极的区域进行遮挡；
(3)在金属薄膜上非电极区域用自组装法沉积单层聚苯乙烯小球并自然晾干；
(4)将ITO靶材放置于电子束蒸镀坩埚内，带有聚苯乙烯小球的衬底卡入样品架，有聚苯乙烯小球的面正对靶材；
(5)对设备进行抽真空和腔体加热，温度达到300℃后，稳定5分钟，然后按0.1nm/s的沉积速率，沉积15-30分钟，停止蒸镀；在金属薄膜的非电极区域形成一层ITO纳米线网络薄膜；
(6)样品自然冷却至常温后取出，去除高温胶带；
(7)将样品放置在高温退火炉中退火，冷却后取出样品；
(8)在ITO纳米线网络薄膜上涂Ag导电胶，制备成Ag/ITO/金属三明治结构的基于ITO纳米线网络的电阻开关。
进一步的，所述衬底为蓝宝石衬底。
进一步的，所述金属薄膜为Al薄膜，厚度为1μm。
进一步的，聚苯乙烯小球的直径为500-670nm。
进一步的，ITO靶材中In：Sn＝9：1。
进一步的，步骤(7)中在纯度为99.999％的N2氛围中退火20-30分钟，退火温度为470℃。
基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法所制备的基于ITO纳米线网络的电阻开关。
基于ITO纳米线网络的电阻开关，包括衬底和依次设置于衬底上的Al薄膜、ITO纳米线网络薄膜和Ag电极；该电阻开关为Ag/ITO/Al三明治结构。
进一步的，所述ITO纳米线网络薄膜的厚度为90-180nm。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明首次发现ITO纳米线网络的电阻开关效应，具有良好的稳定性，电阻开关特性能够室温下稳定循环300次以上；利用电子束蒸镀的方式制备ITO纳米线网络工艺简单，能够实现大面积均匀制备，进一步高温退火，有效的提高了ITO纳米线的结晶程度和纯度；ITO纳米线利用电子束蒸镀方式自然形成，相互交织形成致密网络，其网络致密度可以通过调节蒸镀时间进行控制。
因此，本发明制备的Ag/ITO/Al三明治结构电阻开关能够实现较好的室温电阻开关特性，能够用于制备电阻开关非挥发性存储器的原始模型。
附图说明
图1为基于ITO纳米线网络构成的Ag/ITO/Al三明治结构电阻开关的结构示意图；其中，1-Ag电极；2-ITO纳米线网络薄膜；3-Al薄膜；4-衬底(蓝宝石)。
图2为形成的ITO纳米线网络的场发射扫描电子显微镜(SEM)图片；其中图2(a)表面形貌；图2(b)横截面形貌。
图3为ITO纳米线网络电阻开关的电压-电流特性曲线示意图。
具体实施方式
本发明一种基于ITO纳米线网络的电阻开关，包括衬底4和依次设置于衬底4上的Al薄膜3、ITO纳米线网络薄膜2和Ag电极1；该电阻开关为Ag/ITO/Al三明治结构。ITO纳米线网络薄膜2的厚度为90-180nm。
根据对本发明中所制备的Ag/ITO/Al三明治结构电阻开关样品特性分析，下面将基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法的最佳实施案例进行详细地说明：
实施例1：
一种基于ITO纳米线网络的电阻开关及制备方法，包括以下步骤：
(1)在洁净的2英寸蓝宝石衬底4上蒸镀厚度为1um的金属Al薄膜3；
(2)用高温胶带将作为Al电极的区域进行遮挡；
(3)在Al薄膜3面上用自组装法沉积直径为670nm的单层聚苯乙烯小球并自然晾干；
(4)将ITO靶材(In：Sn＝9：1)放置于电子束蒸镀坩埚内，带有聚苯乙烯小球的样品卡入样品架，有聚苯乙烯小球的面正对靶材；
(5)对设备进行抽真空(<5×10-4Pa)和腔体加热，温度达到300℃后，稳定5分钟后，按0.1nm/s的沉积速率，沉积30分钟，停止蒸镀；在Al薄膜3的非Al电极区域相乘形成一层ITO纳米线网络薄膜2；
(6)样品自然冷却至常温后取出，去除高温胶带；
(7)将样品放置在高温退火炉中470℃下，纯度为99.999％的N2氛围中退火20分钟，样品冷却后取出样品；
(8)在ITO纳米线网络薄膜2上涂Ag导电胶形成Ag电极1，制备成Ag/ITO/Al三明治结构电阻开关。
图2为形成的ITO纳米线网络的场发射扫描电子显微镜(SEM)图片；从图2中可以看出ITO纳米线相互交织，构成致密的网络薄膜。
用电流源/电压表测量样品的电压-电流特性，分别将测试探针正极插在Al薄膜3上，负极插在Ag电极1上，电压变化过程为0→3V→0→-3V→0，每隔0.1V测量一个数据点，结果如图3中实线所示。可以看出在相同的电压下，对应着不同的电流，表现出了不同的电阻值。在电压2.5V下，高低电阻比达到10以上，表现出高低电阻态，说明ITO纳米线网络具有良好的电阻开关效应。
实施案例2：
一种基于ITO纳米线网络的电阻开关及制备方法，包括以下步骤：
(1)在洁净的2英寸蓝宝石衬底4上蒸镀厚度为1um的金属Al薄膜3；
(2)用高温胶带将作为Al电极的区域进行遮挡；
(3)在样品Al薄膜面上用自组装法沉积直径为500nm的单层聚苯乙烯小球并自然晾干；
(4)将ITO靶材(In：Sn＝9：1)放置于电子束蒸镀坩埚内，带有聚苯乙烯小球的样品卡入样品架，有聚苯乙烯小球的面正对靶材；
(5)对设备进行抽真空(<5×10-4Pa)和腔体加热，温度达到300℃后，稳定5分钟后，按0.1nm/s的沉积速率，沉积20分钟，停止蒸镀；在Al薄膜3的非Al电极区域相乘形成一层ITO纳米线网络薄膜2；
(6)样品自然冷却至常温后取出，去除高温胶带；
(7)将样品放置在高温退火炉中470℃下，纯度为99.999％的N2氛围中退火25分钟，样品冷却后取出样品；
(8)在ITO纳米线网络薄膜上涂Ag导电胶，制备成Ag/ITO/Al三明治结构电阻开关。
用电流源/电压表测量样品的电压-电流特性，分别将测试探针正极插在Al膜上，负极插在Ag电极上，电压变化过程为-3V→0→3V→0→-3V，每隔0.1V测量一个数据点，结果如图3中虚线所示。可以看出在相同的电压下，对应着不同的电流，表现出了不同的电阻值。在电压2V下，高低电阻比达到5以上，表现出高低电阻态，说明ITO纳米线网络具有良好的电阻开关效应。

Claims (7)

1.基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在洁净的衬底上蒸镀一层金属薄膜；
(2)用高温胶带将金属薄膜中作为电极的区域进行遮挡；
(3)在金属薄膜上非电极区域用自组装法沉积单层聚苯乙烯小球并自然晾干；
(4)将ITO靶材放置于电子束蒸镀坩埚内，带有聚苯乙烯小球的衬底卡入样品架，有聚苯乙烯小球的面正对靶材；
(5)对设备进行抽真空和腔体加热，温度达到300℃后，稳定5分钟，然后按0.1nm/s的沉积速率，沉积15-30分钟，停止蒸镀；在金属薄膜的非电极区域形成一层ITO纳米线网络薄膜；
(6)样品自然冷却至常温后取出，去除高温胶带；
(7)将样品放置在高温退火炉中退火，冷却后取出样品；
(8)在ITO纳米线网络薄膜上涂Ag导电胶，制备成Ag/ITO/金属三明治结构的基于ITO纳米线网络的电阻开关。
2.根据权利要求1所述的基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1所述的基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，其特征在于，所述金属薄膜为Al薄膜，厚度为1μm。
4.根据权利要求1所述的基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，其特征在于，聚苯乙烯小球的直径为500-670nm。
5.根据权利要求1所述的基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，其特征在于，ITO靶材中In：Sn＝9：1。
6.根据权利要求1所述的基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法，其特征在于，步骤(7)中在纯度为99.999％的N2氛围中退火20-30分钟，退火温度为470℃。
7.权利要求1至6中任一项所述的基于ITO纳米线网络的电阻开关的制备方法所制备的基于ITO纳米线网络的电阻开关。
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