CN106289329B - 一种忆阻器和传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，三明治结构设置在衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M‑Ge‑N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或所述转换层M‑Ge‑N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。该忆阻器对不同频率的光均有强烈的吸收，产生不同响应波长的LSPR现象，从而实现对不同种类物质的传感。本发明还提供了包含该忆阻器的传感器。

Description

一种忆阻器和传感器
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种忆阻器和传感器。
背景技术
忆阻器，又称记忆电阻，是一类具有记忆效应的非线性电阻，它是继电阻、电容、电感之后的第四中无源基本电路元件，忆阻器的记忆效应使得其在存储器件、图像传感器、神经网络的传感等领域有广泛应用。
纳米粒子具有常规块体材质所不具备的优异性能，例如贵金属Au、Ag以及近年来发展的Cu或Ag的硫系化合物(如Ag2S、CuTe)可产生局域表面等离子体共振(简称为LSPR)现象，即当入射光子频率与纳米粒子的集体振动频率相匹配时，就会发生LSPR，纳米粒子在紫外-可见光区表现出特征吸收峰。LSPR的形状、位置等与纳米粒子的组成、大小、形状、周围介质折射率等因素密切相关，因此可利用纳米粒子的LSPR特性来对周围介质的折射率进行传感，间接应用到传感器方面。但是纳米粒子只能实现对单一频段光的响应，无法实现对不同种类物质的传感。
因此，有必要提供一种可产生不同响应波长的LSPR的器件，从而实现对不同种类物质的传感。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种忆阻器，所述忆阻器对不同频率的光有强烈的吸收，可产生不同响应波长的LSPR现象，从而实现对不同种类物质的传感。
第一方面，本发明提供了一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、 非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M-Ge-N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或在所述转换层M-Ge-N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Ag-Ge-Te，所述Ag-Ge-Te为Ag10Ge15Te75、Ag20Ge25Te55和Ag33Ge20Te47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Cu-Ge-Te，所述Cu-Ge-Te为Cu10Ge15Te75、Cu20Ge25Te55和Cu33Ge20Te47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Ag-Ge-Se，所述Ag-Ge-Se为Ag10Ge15Se75、Ag20Ge25Se55和Ag33Ge20Se47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Cu-Ge-Se，所述Cu-Ge-Se为Cu10Ge15Se75、Cu20Ge25Se55和Cu33Ge20Se47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述反应电极、转换层和非反应电极依次并排设置在所述衬底的表面。
本发明实施方式中，所述非反应电极的材质为钯、铂或金。
本发明实施方式中，所述转换层的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述反应电极的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述非反应电极的厚度为100-500nm。
本发明实施例第一方面提供的忆阻器，所述忆阻器在电场诱导作用下形成的MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状，使得该忆阻器对不同频率的光有强烈的吸收，产生不同响应波长的LSPR现象，从而实现对不同种类物质的传感，可以将该忆阻器用于传感器领域。
第二方面，本发明提供了一种传感器，所述传感器包括忆阻器、信号放大器和光纤耦合器，所述光纤耦合器用于将外界光信号引入所述忆阻器中，所述 信号放大器用于将通过所述忆阻器后的光信号进行放大、输出，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M-Ge-N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或在所述转换层M-Ge-N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
本发明实施例第二方面提供的传感器，能够产生不同的LSPR吸收峰，可实现对不同种类物质的传感，应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。
图1是本发明实施例提供的一种忆阻器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种忆阻器的制备流程图；
图3是本发明实施例提供的忆阻器中转换层在通电后的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图4是本发明实施例提供的忆阻器中转换层析出相的局部透射电子显微镜(TEM)图；
图5是本发明实施例提供的忆阻器中转换层析出相的高分辨透射电子显微镜图像，内插图为其傅里叶变换(FFT)图像；
图6是本发明实施例提供的忆阻器中转换层的图4的TEM图中点1的X射线能量色散光谱图(EDS)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一方面，本发明实施例提供了一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M-Ge-N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或在所述转换层M-Ge-N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
如本发明实施方式所述的，所述反应电极为银电极或铜电极。
本发明实施方式中，所述反应电极、转换层和非反应电极依次叠放在所述衬底表面。
本发明实施方式中，所述反应电极、转换层和非反应电极依次并排设置在所述衬底的表面。所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成横向三明治结构，相对于依次叠放在所述衬底表面，光可以避开转换层两侧的电极而直接照射在转换层上，更有利于该忆阻器在传感器方面的应用，提高传感的灵敏度、选择性、集成性。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Ag-Ge-Te，所述Ag-Ge-Te为Ag10Ge15Te75、Ag20Ge25Te55和Ag33Ge20Te47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Cu-Ge-Te，所述Cu-Ge-Te为Cu10Ge15Te75、Cu20Ge25Te55和Cu33Ge20Te47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Ag-Ge-Se，所述Ag-Ge-Se为Ag10Ge15Se75、Ag20Ge25Se55和Ag33Ge20Se47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述转换层的材质M-Ge-N为Cu-Ge-Se，所述Cu-Ge-Se为Cu10Ge15Se75、Cu20Ge25Se55和Cu33Ge20Se47中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述非反应电极的材质为钯、铂或金，但不限于此。
所述非反应电极为惰性导电金属，非反应电极起到惰性电极作用，不参与转换层的反应。
本发明实施方式中，所述转换层的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述反应电极的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述非反应电极的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述反应电极和非反应电极的厚度可以相同，也可以不同。
反应电极102、转换层103和非反应电极104的厚度限定为100-500nm，具有以下好处：一是缩小器件尺寸，二是有足够的横截面积可促进导电网络生长。
本发明实施方式中，所述反应电极和非反应电极的形状不作特殊限定，本实施例中所述反应电极和非反应电极优选为条状，宽度为1-100μm。
本发明实施方式中，所述转换层图形的形状为条状，所述转换层的宽度为1-100μm。
本发明实施方式中，所述柔性衬底101的材质可为Si、石英、聚二甲基硅氧烷，对苯二甲酸二乙酯中的任意一种，但不限于此。所述衬底用作整个忆阻器的支撑基础。
本发明实施方式中，所述转换层具有可变的M元素的离子浓度，用于在1-10V的电场诱导作用下调控MN纳米线的成核、生长、移动，可以理解的是，MN纳米线是指由M元素和N元素的材料构成的纳米线，所述MN纳米线可以包括Ag2Te、CuTe、Ag2Se或CuSe。
本发明实施方式中，在电场诱导作用下所述转换层中产生MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状，因此所述忆阻器可产生不同响应波长的局域表面等离子体共振(LSPR)。
所述MN纳米线生成的具体原理如下：反应电极接电源正极，非反应电极接电源负极，当反应电极加上正向电压时，在外加正向电场作用下，反应电极在其与转换层的接触界面发生氧化还原反应，反应电极中的金属原子M被氧化， 形成的M元素的阳离子进入转换层中，转换层的材质为M-Ge-N，该材质中M、Ge、N元素是非化学计量比的(即化合物的组分原子间不为小整数比,且组成可在一定的范围内变动,不符合定组成定律)，存在大量的本征缺陷，既能够捕获和释放载流子，又能利于M离子在转换层中的迁移；因此M离子优先在非晶态的转换层与反应电极的接触界面及转换层的缺陷处等区域富集，并与转换层中的Ge元素结合，从而在这些区域产生非均匀的成核现象产生新相MN，在新相MN形成后，一方面，新相MN在电场推动下向非反应电极生长，此为短程扩散的界面控制生长；另一方面，由于转换层中的原有的M离子与反应电极氧化反应生成的M离子，一起参与形成新相MN纳米线，新相MN的形成导致母相转换层中M离子的贫化，在新相MN附近产生M离子的浓度梯度，M离子在浓度梯度的驱动下将朝着新相MN做长程扩散，不断提供新相MN生长所需的M离子，此为长程扩散控制生长。新相MN纳米线自成核后，在短程、长程扩散的双重作用下，MN纳米线不断生长、粗化，直到MN纳米线与非反应电极连接，形成导电网络。所述导电网络是从反应电极开始出现，向非反应电极生长。
通过改变所加电场的幅值和时间长短，电场幅值范围为1V–10V，电场时间的范围是1min–1000min，可以动态调控导电网络的尺寸和结构，可实现MN纳米线的直径在10nm-10μm范围内变化，纳米线的LSPR可在1200-2000nm间变化，具体变化趋势如下：
当正向电场的幅值变大、时间变长时，导电网络变粗变密，MN纳米线的LSPR特征吸收波长红移，半峰宽变宽；当正向电场的幅值变小、时间变短时，导电网络变细变稀疏，MN纳米线的LSPR特征吸收波长蓝移，半峰宽变窄。
当加负向电场时，电场幅值为1V，电场时间范围是1min-1000min，即反应电极接电源负极，非反应电极接电源正极时，导电网络变细变稀疏，MN纳米线的LSPR特征吸收波长蓝移，半峰宽变窄。
当施加负向电压时，非晶态的转换层中的M离子将在电场作用下向反应电极电极迁移，再次造成M离子浓度梯度，在此浓度驱动下导电通道逐渐瓦解， M离子在M电极处被还原成M单质，MN纳米线发生瓦解和断裂。
本发明实施例第一方面提供的忆阻器，所述忆阻器在电场诱导作用下形成的MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状，使得该忆阻器对不同频率的光有强烈的吸收，产生响应波长在1200-2000nm的LSPR现象，从而实现对不同种类物质的传感。
如上所述忆阻器是采用如下的制备方法制得，所述忆阻器的制备方法包括以下步骤：
提供衬底，采用薄膜生长技术在所述衬底的表面制备反应电极、转换层和非反应电极，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构。
本发明实施方式中，在所述衬底的表面制备反应电极、转换层和非反应电极之前，先在所述衬底的表面利用图形转移技术制作忆阻器各部件的图形(包括反应电极图形、转换层图形、非反应电极图形)。
所述图形转移技术包括光刻、刻蚀、纳米压印，但不限于此。
本发明一优选实施例中，所述图形转移技术为无掩膜光刻技术。
本发明实施方式中，所述反应电极和非反应电极的图形形状不作特殊限定，本发明一优选实施方式中，所述反应电极和非反应电极均为条状，宽度为1μm-100μm。
本发明实施方式中，所述转换层图形的形状为条状，所述转换层的宽度为1-100μm。
本发明实施方式中，所述薄膜生长技术包括电子束蒸发、脉冲激光沉积法、电阻蒸发法、磁控溅射法和旋涂法。
本发明一优选实施例中，所述转换层是采用脉冲激光沉积法制备。其中，沉积腔的真空度为6×10-4-8×10-4Pa，激光的溅射能量为5-10mJ，激光的频率为1-10Hz，脉冲数为600-1000。
本发明实施方式中，所述转换层的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述电极(包括反应电极和非反应电极)可采用电子束蒸发或磁控溅射法制备，但不限于此。
本发明一优选实施方式中，所述电极采用磁控溅射法制备。本发明实施方式中，磁控溅射过程中的溅射功率为30-50W，溅射氩气压为1-4Pa。
本发明实施方式中，所述反应电极的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述非反应电极的厚度为100-500nm。
本发明实施方式中，所述反应电极和非反应电极的厚度可以相同，也可以不同。
本发明实施例第二方面提供的忆阻器的制备方法，工艺简单、可操作性强、成本低廉，其工艺技术能与现有半导体工艺完全兼容。
第二方面，本发明提供了一种传感器，所述传感器包括忆阻器、信号放大器和光纤耦合器，所述光纤耦合器用于将外界光信号引入忆阻器中，所述信号放大器用于将通过忆阻器后的光信号进行放大、输出，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M-Ge-N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或在所述转换层M-Ge-N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
本发明实施例第二方面提供的传感器，能够产生不同的LSPR吸收峰，可实现对不同种类物质的传感，应用范围广。
实施例一
一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底101、反应电极102、非反应电极104和位于反应电极、非反应电极之间的转换层103，所述反应电极102、转换层103和非反应电极104共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底101的表面，所述衬底101为石英，所述反应电极102的材质为Ag，所述转换层103的材质为Ag10Ge15Te75，所述非反应电极104的材质为铂Pt，所述反应电极、转换层、非反应电极的厚度均为100nm，其中，所述反应电极Ag单质用于在电场 诱导作用下氧化成Ag+，所述Ag+离子进入所述转换层并在所述反应电极Ag与所述转换层103的接触界面处或在所述转换层Ag10Ge15Te75的缺陷处参与形成Ag2Te纳米线，所述Ag2Te纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
该忆阻器的结构示意图如图1所示，从图1可看出，所述反应电极102、转换层103和非反应电极104依次并排设置在所述衬底101的表面，反应电极102和非反应电极104分别位于所述转换层的两侧并均与所述转换层形成电接触。
所述反应电极102、转换层103和非反应电极104共同构成横向三明治结构。相对于依次叠放在所述衬底表面，光可以避开转换层两侧的电极而直接照射在转换层上，更有利于该忆阻器在传感器方面的应用，提高传感的灵敏度、选择性、集成性。
参见附图2忆阻器的制备流程图，本实施例一中的所述忆阻器是通过以下方法制得：
S101、提供衬底，在所述衬底的表面利用光刻技术制作反应电极图形，并制备反应电极；
在石英衬底上旋涂光刻胶AR1805，利用正性光刻胶的性能和无掩膜紫外光刻法得到反应电极图形，所述无掩膜紫外光刻法包括匀胶-前烘-曝光-显影-去胶等，具体如下：
将石英衬底分别用乙醇和去离子水超声清洗5min，用氮气吹干，再将石英衬底置于匀胶机的旋转载物台上，使得衬底中心与载物台轴心重合，用滴管在衬底上滴上AR1805光刻胶使其铺满整个衬底，设定匀胶机的旋转速度如下：第一段为500rpm低转速匀胶，持续6s，第二阶段为3000rpm高转速甩胶，持续40s；然后将衬底在烘片上用100℃温度烘烤60s，使光刻胶固化，利用设计好的条状反应电极图形，用光刻机对光刻胶进行紫外曝光，曝光时间为3s；之后将曝光后的衬底浸入显影液中20s，对曝光后的光刻胶进行显影，得到反应电极图形，其中显影液为四甲基氢氧化铵(TMAH)；
在带有反应电极图形的衬底上，利用磁控溅射法生长反应电极Ag，利用 Ag单质作靶材，衬底温度为室温，磁控溅射过程中的溅射功率为15W，溅射气体为Ar，溅射氩气压为2Pa，溅射时间为10min，之后将衬底浸没在丙酮中超声清洗60s以去除残留的光刻胶，从而得到反应电极，所述反应电极101的材质为Ag，所述反应电极Ag的形状为条状，宽度为100μm，厚度为100nm。
S102、在所述衬底的表面利用光刻技术制作转换层图形，并制备转换层；
在生长有Ag反应电极的石英衬底上再旋涂光刻胶AR1805，利用正性光刻胶的性能和无掩膜紫外光刻法得到转换层图形，所述光刻参数同反应电极的制备；
之后在所述转换层图形上利用脉冲激光沉积(PLD)技术制备转换层Ag-Ge-Te，具体如下:
(1)所述制备Ag10Ge15Te75靶材；
Ag10Ge15Te75靶材是按照分子式中Ag、Ge、Te的摩尔比配制成固态Ag-Ge-Te，并将其放置在坩埚中，之后进行悬浮熔炼而制成，具体如下：将配制好的Ag、Ge的混合物在真空悬浮熔炼设备中于600℃左右熔化形成合金，之后掺入熔点较低的Te，将Ag-Ge合金与Te在450℃继续熔炼成块体，即得到Ag10Ge15Te75靶材。
(2)在沉积腔的真空度为6×10-4Pa下，使激光素聚焦在靶材上，在衬底上沉积厚度为100nm的转换层，其中所用激光的溅射能量为220mJ，溅射频率为5Hz，溅射时长为2min；
(3)将衬底浸没在丙酮中超声清洗60s,去除残留的光刻胶，从而制得转换层Ag-Ge-Te，所述转换层的宽度为1μm，厚度为100nm。
S103、在所述衬底的表面利用光刻技术制作非反应电极图形，并制备非反应电极；
在上述生长有转换层Ag-Ge-Te的石英衬底上再旋涂光刻胶AR1805，利用正性光刻胶的性能和无掩膜紫外光刻法得到非反应电极图形，所述光刻参数同反应电极的制备；
之后在所述非反应电极图形上利用磁控溅射技术制备非反应电极，利用Pt 单质作靶材，衬底温度为室温，磁控溅射过程中的溅射功率为15W，溅射气体为Ar，溅射氩气压为2Pa，溅射时间为11min，之后将衬底浸没在丙酮中超声清洗60s以去除残留的光刻胶，得到非反应电极，所述非反应电极102的材质为Pt，所述非反应电极Pt的形状为条状，宽度为100μm，厚度为100nm。
对本实施例1制得的忆阻器进行一系列性能测试，对忆阻器进行电学性能测试的仪器为Keithley 2400源表和Cascade Summit 12000B-M探针台，脉冲信号发生器为安捷伦81140A。
从反应电极Ag、非反应电极Pt引出导线，接入电流源表，反应电极Ag接电源正极，非反应电极Pt接电源负极，对所述忆阻器施加一个横向的电场。在室温下，对所述忆阻器施加1V的直流电压，电场的作用时间为10min，之后撤去电场，对所述转换层进行扫描电子显微镜(SEM)分析，结果如图3所示，非晶态度的转换层Ag-Ge-Te中析出了一些枝晶状的纳米线。将转换层中析出的纳米线转移到铜网上，用TEM电镜来观察，图4显示了电场处理后转换层中的析出相在铜网上的透射电子显微镜(TEM)图像，这些析出相是由许多直径约为10nm的颗粒构成。这些析出相的高分辨透射电子显微像(HRTEM)如图5所示，其傅里叶变换图像(FFT)显示在图5的内插图中，FFT图像中标出了析出相的晶面指数，(012)，(11-2)和(120)晶面的晶面间距分别计算为0.282nm、0.317nm和0.212nm，经鉴定其为单斜相的β-Ag2Te。
对图4TEM中的点1处采用高角环形暗场探头(HAADF)进行X射线能量色散光谱(EDS)表征，其结果如图6所示，图6的结果表明该析出的枝晶状的纳米线为Ag59Ge9Te32，Ag、Te的元素比基本与Ag2Te中的一样，都为2:1。注意：EDS只是证明其含量比，有部分Ge杂质属于正常。
纳米线Ag2Te的形成原理如下：在1V的正向电场作用下，反应电极Ag在其与转换层Ag-Ge-Te的接触界面发生氧化还原反应，反应电极中的Ag原子被氧化，形成的Ag+进入转换层Ag-Ge-Te中，由于转换层Ag-Ge-Te材质中Ag、Ge、N元素是非化学计量比的，存在大量的本征缺陷，既能够捕获和释放载流子，又能利于反应电极氧化形成的Ag+在转换层中的迁移；因此Ag+优先在非晶 态的转换层与反应电极的界面及转换层的位错等区域富集，从而在这些区域产生非均匀的成核现象产生新相Ag2Te，在新相Ag2Te形成后，一方面，新相Ag2Te在电场推动下向非反应电极移动，此为短程扩散的界面控制生长；另一方面，新相Ag2Te的形成会导致母相转换层中Ag+的贫化，在新相Ag2Te附件产生Ag+的浓度梯度，Ag+在浓度梯度的驱动下将朝着新相Ag2Te做长程扩散，不断提供新相新相Ag2Te生长所需的Ag+，此为长程扩散控制生长。新相Ag2Te纳米线自成核后，在短程、长程扩散的双重作用下，Ag2Te纳米线不断生长、粗化，直到纳米线Ag2Te与非反应电极Pt连接，形成导电网络。所述导电网络是从反应电极Ag开始出现，向非反应电极Pt生长。导电网络的形成过程实际上是非均匀相转变的成核、生长以及粗化过程。
改变1V的正向电场的作用时间，可以动态调节导电网络的直径，在1-100min内，其直径可实现在10-1000nm内进行改变。
通过改变对该忆阻器所施加的电场的幅值和时间，可以动态调控导电网络的尺寸和结构，具体如下：
当正向电场的幅值变大、时间变长时，导电网络变粗变密，MN纳米线的LSPR特征吸收波长红移，半峰宽变宽；当正向电场的幅值变小、时间变短时，导电网络变细变稀疏，MN纳米线的LSPR特征吸收波长蓝移，半峰宽变窄。
当加负向电场时，导电网络变细变稀疏，MN纳米线的LSPR特征吸收波长蓝移，半峰宽变窄。
实施例二
一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，所述衬底为石英，所述反应电极的材质为Ag，所述转换层的材质为Ag20Ge25Te55，所述非反应电极的材质为铂Pt，所述反应电极的厚度为200nm，所述转换层的厚度为200nm，所述非反应电极的厚度为200nm，其中，所述反应电极Ag单质用于在电场诱导 作用下氧化成Ag+，所述Ag+离子进入所述转换层并在所述反应电极Ag与所述转换层Ag20Ge25Te55的接触界面处或在所述转换层Ag20Ge25Te55的缺陷处参与形成Ag2Te纳米线，所述Ag2Te纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
实施例三
一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，所述衬底为Si，所述反应电极的材质为Ag，所述转换层的材质为Ag10Ge15Se75，所述非反应电极的材质为金Au，所述反应电极的厚度为500nm，所述转换层的厚度为500nm，所述非反应电极的厚度为500nm，其中，所述反应电极Ag单质用于在电场诱导作用下氧化成Ag+，所述Ag+离子进入所述转换层并在所述反应电极Ag与所述转换层Ag20Ge25Te55的接触界面处或在所述转换层Ag10Ge15Se75的缺陷处参与形成Ag2Se纳米线，所述Ag2Se纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
实施例四
一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，所述衬底为石英，所述反应电极的材质为Cu，所述转换层的材质为Cu10Ge15Te75，所述非反应电极的材质为钯Pd，所述反应电极的厚度为200nm，所述转换层的厚度为100nm，所述非反应电极的厚度为100nm，其中，所述反应电极Cu单质用于在电场诱导作用下氧化成Cu2+，所述Cu2+离子进入所述转换层并在所述反应电极Cu与所述转换层Cu10Ge15Te75的接触界面处或在所述转换层Cu10Ge15Te75的缺陷处参与形成CuTe纳米线，所述CuTe纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不 同的尺寸和形状。
实施例五
一种忆阻器，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，所述衬底为石英，所述反应电极的材质为Cu，所述转换层的材质为Cu10Ge15Se75，所述非反应电极的材质为金Au，所述反应电极的厚度为100nm，所述转换层的厚度为100nm，所述非反应电极的厚度为100nm，其中，所述反应电极Cu单质用于在电场诱导作用下氧化成Cu2+，所述Cu2+离子进入所述转换层并在所述反应电极Cu与所述转换层Cu10Ge15Te75的接触界面处或在所述转换层Cu10Ge15Se75的缺陷处参与形成CuSe纳米线，所述CuSe纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
实施例六
一种传感器，所述传感器包括忆阻器、信号放大器和光纤耦合器，所述光纤耦合器用于将外界光信号引入忆阻器中，所述信号放大器用于将通过忆阻器后的光信号进行放大、输出，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极依次叠放在所述衬底表面，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成横向三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，所述衬底为石英，所述反应电极的材质为Ag，所述转换层的材质为Ag10Ge15Te75，所述非反应电极的材质为铂Pt，所述反应电极、转换层、非反应电极的厚度均为100nm，其中，所述反应电极M单质用于在电场诱导作用下氧化后进入所述转换层并在所述M-Ge-N的缺陷处或在所述反应电极与所述转换层的接触界面处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
需要说明的是，本申请所提供的实施例仅仅是示意性的。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本发明实施例、权利要求以及附图中揭示的特征可以独立存在也可以组合存在。

Claims (10)

1.一种忆阻器，其特征在于，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M-Ge-N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或在所述转换层M-Ge-N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
2.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述反应电极、转换层和非反应电极依次并排设置在所述衬底的表面。
3.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述转换层的材质M-Ge-N为Ag-Ge-Te，所述Ag-Ge-Te为Ag10Ge15Te75、Ag20Ge25Te55和Ag33Ge20Te47中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述转换层的材质M-Ge-N为Cu-Ge-Te，所述Cu-Ge-Te为Cu10Ge15Te75、Cu20Ge25Te55和Cu33Ge20Te47中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述转换层的材质M-Ge-N为Ag-Ge-Se，所述Ag-Ge-Se为Ag10Ge15Se75、Ag20Ge25Se55和Ag33Ge20Se47中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述转换层的材质M-Ge-N为Cu-Ge-Se，所述Cu-Ge-Se为Cu10Ge15Se75、Cu20Ge25Se55和Cu33Ge20Se47中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述非反应电极的材质为钯、铂或金。
8.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述转换层的厚度为100-500nm。
9.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述反应电极的厚度为100-500nm；所述非反应电极的厚度为100-500nm。
10.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括忆阻器、信号放大器和光纤耦合器，所述光纤耦合器用于将外界光信号引入所述忆阻器中，所述信号放大器用于将通过所述忆阻器后的光信号进行放大、输出，所述忆阻器包括衬底、反应电极、非反应电极和位于反应电极、非反应电极之间的转换层，所述反应电极、转换层和非反应电极共同构成三明治结构，所述三明治结构设置在所述衬底的表面，其中，所述转换层的材质为M-Ge-N，所述反应电极的材质为M，M为银或铜，N为硒或碲，所述反应电极用于在电场诱导作用下氧化成M离子，所述M离子进入所述转换层并在所述反应电极与所述转换层的接触界面处或在所述转换层M-Ge-N的缺陷处参与形成MN纳米线，所述MN纳米线在电场的幅值和电场作用时间的控制下获得不同的尺寸和形状。
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