CN106601912A - 一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法,其中,所述方法包括步骤:A、在柔性衬底上沉积底电极;B、在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层高分子复合薄膜;C、在所述高分子复合薄膜上沉积顶电极。本发明先采用溶液法制备金纳米棒掺杂的高分子复合材料,再基于所述高分子复合材料制备存储器;本发明的制备方法简单可控、成本低、易于大规模合成。

Description

一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法
技术领域
本发明涉及存储器领域,尤其涉及的是一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法。
背景技术
随着电子和信息产业的快速发展,人们在日常生活中所面对的信息量呈爆炸式的增长。各种新型电子设备的出现使得人们对存储设备有了更高的要求,存储器向着更快的存取速率、更高的存储密度、以及更长的存储寿命等特点发展。目前市场上的常见的存储材料仍以无机半导体材料为主,在过去的半个世纪中,基于硅半导体材料的研究和生产在微电子领域取得了巨大的成功。然而,随着硅半导体器件中集成电路线宽的不断减小,量子效应开始显现,很多不确定因素影响了存储器件的稳定性;另外,集成化程度的提高使得基于硅的集成电路的功耗不断增加,影响了存储器件的使用寿命,制约了硅器件在信息和电子工业等领域的进一步发展和应用。因此,由于硅材料的这些缺陷,激发了研究人员在存储领域开展对其他材料的研究。
相对于无机材料较差的机械加工性能、复杂的光刻工艺、随尺寸缩小而明显增加生产成本来讲,采用高分子复合材料方式来制备存储器件更加简单易实现,且生产成本低。然而,高分子复合材料以及器件的规模化制备是个难点,器件的制备工艺、稳定性、存储性能也需要进一步地提高。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法,旨在解决现有基于高分子复合材料的存储器难以实现规模化制备以及现有存储器的稳定性和存储性能较差的问题。
本发明的技术方案如下:
一种基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,包括步骤:
A、在柔性衬底上沉积底电极;
B、在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层高分子复合薄膜;
C、在所述高分子复合薄膜上沉积顶电极。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述高分子复合薄膜的厚度为50~100nm。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述底电极和顶电极均为铝电极,且所述底电极和顶电极的厚度均为80~120nm。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述高分子复合材料的制备过程为:将预定浓度的官能团修饰后的金纳米棒溶液掺杂到聚甲基丙烯酸甲酯溶液中,搅拌混匀后制得高分子复合材料。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述官能团修饰后的金纳米棒溶液的预定浓度为0.1~2mg/ml。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为:12~35万。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述官能团修饰后的金纳米棒的制备过程为:
S1、先将十六烷基三甲基溴化铵和四氯合金酸混合均匀,随后加入硼氢化钠搅拌1~5min,再在室温下放置2~4h后,得到种子溶液备用;
S2、将十六烷基三甲基溴化铵与硝酸银、四氯合金酸以及维生素C混合均匀,之后加入所述种子溶液,放置28~36h后生成金纳米棒溶液;
S3、先将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,再快速加入二氯苯,即可得到官能团修饰后的金纳米棒溶液。
较佳地,所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其中,所述表面修饰材料为吡啶、十二烷胺或十八胺中的一种。
一种基于高分子复合材料的存储器,其中,采用如上所述任意一项方法制备得到。
有益效果:本发明提供一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法,先采用溶液法制备金纳米棒掺杂的高分子复合材料,再基于所述高分子复合材料制备存储器;本发明的优势在于:制备简单可控、成本低、易于大规模合成。
附图说明
图1为本发明一种基于高分子复合材料的存储器制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明中金纳米棒官能团修饰过程示意图。
图3为本发明一种基于高分子复合材料的存储器结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种基于高分子复合材料的存储器制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,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。
本发明提供一种基于高分子复合材料的存储器的制备方法,如图1所示,其中,包括步骤:
S100、在柔性衬底上沉积底电极;
S200、在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层高分子复合薄膜;
S300、在所述高分子复合薄膜上沉积顶电极。
具体地,在本发明中,所述柔性衬底优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),首先将底电极沉积在所述柔性衬底上,之后将预先合成的高分子复合材料旋涂在所述底电极上,经过热退退火处理后形成一层高分子复合薄膜,所述高分子复合薄膜的厚度为50~100nm;最后在所述高分子薄膜上沉积顶电极;所述底电极和顶电极均为铝电极,且所述底电极和顶电极的厚度均为80~120nm。
优选地,所述高分子薄膜的厚度为80nm,所述底电极和顶电极的厚度均为100nm,在该厚度值时,制备出的存储器的电学性能较佳,存储器中的数据保持时间也较长。
进一步,在本发明制备存储器的过程中,需要预先制备所述高分子复合材料:将预定浓度的官能团修饰后的金纳米棒溶液掺杂到聚甲基丙烯酸甲酯溶液中,搅拌混匀后制得高分子复合材料。具体地,预先筛选分子量为12~35万的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有机高分子聚合物,将浓度为0.1~2mg/ml的官能团修饰后的金纳米棒溶液掺杂到所述PMMA溶液中,搅拌混匀后,即可实现PMMA/Au高分子复合储能材料的可控制备。
较佳地,通过对金纳米棒的尺寸和组分含量进行调节能够调控高分子复合材料的电学性能,具体地,可通过调控金纳米棒的掺杂浓度,进而优化复合材料的电学性能。通过大量试验得出,当掺杂到所述PMMA溶液中的官能团修饰后的金纳米棒的浓度为0.15mg/ml时,得到的PMMA/Au高分子复合储能材料的电学性能最佳。
进一步,在本发明中,所述官能团修饰后的金纳米棒的制备过程为:
S1、先将十六烷基三甲基溴化铵和四氯合金酸混合均匀,随后加入硼氢化钠搅拌1~5min,再在室温下放置2~4h后,得到种子溶液备用;
S2、将十六烷基三甲基溴化铵与硝酸银、四氯合金酸以及维生素C混合均匀,之后加入所述种子溶液,放置28~36h后生成金纳米棒溶液;
S3、先将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,再快速加入二氯苯,即可得到官能团修饰后的金纳米棒溶液。
具体地,可先将5ml的0.2M的十六烷基三甲基溴化铵和5ml 0.5*10-3M四氯合金酸相互混合,随后加入0.6ml 0.01M的硼氢化钠搅拌两分钟;得到的溶液在室温放置3小时作为种子溶液备用;
随后,将9.5ml的0.1M 十六烷基三甲基溴化铵和80uL的0.01M的硝酸银溶液、0.5ml的0.01M的四氯合金酸溶液以及55uL的0.1M的维生素C混合,随后加入12uL的种子溶液持续搅拌;样品放置1天后完全生长成金纳米棒;
最后,将10mL含有10-2 M表面修饰剂加入到10mL的5*10-3 M 十六烷基三甲基溴化铵包覆的金纳米棒溶液混合后,迅速加入二氯苯;随着水相变成无色,有机相变成深红色,在这个过程中表面修饰剂成功置换了十六烷基三甲基溴化铵,即制得了官能团修饰后的金纳米棒溶液。
进一步,在有机溶剂中的金纳米棒溶液可通过离心再分散的方法调节浓度,得到均匀分散的金纳米棒溶液。
进一步,在本发明中,所述表面修饰材料为Pyridine(吡啶)、Dodecylamine(十二烷胺)或Octadecylamine(十八胺)中的一种,如图2所示,通过将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,即可得到表面修饰后的金纳米棒。
进一步,本发明还提供一种基于高分子复合材料的存储器,其中,采用如上所述任意一项方法制备得到,如图3所示,所述存储器从下至上依次包括:基片10、底电极20、高分子复合材料30以及顶电极40。
下面通过具体实施例对本发明一种基于高分子复合材料的存储器的制备方法进行解释说明:
实施例1
官能团修饰后的金纳米棒的制备:
先将十六烷基三甲基溴化铵和四氯合金酸混合均匀,随后加入硼氢化钠搅拌1min,再在室温下放置2h后,得到种子溶液备用;
将十六烷基三甲基溴化铵与硝酸银、四氯合金酸以及维生素C混合均匀,之后加入所述种子溶液,放置28h后生成金纳米棒溶液;
先将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,再快速加入二氯苯,即可得到官能团修饰后的金纳米棒溶液。
基于高分子复合材料的存储器的制备:
在柔性衬底上沉积厚度为80nm的底电极;在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层厚度为50nm的高分子复合薄膜;在所述高分子复合薄膜上沉积厚度为80nm的顶电极。
实施例2
官能团修饰后的金纳米棒的制备:
先将十六烷基三甲基溴化铵和四氯合金酸混合均匀,随后加入硼氢化钠搅拌3min,再在室温下放置3h后,得到种子溶液备用;
将十六烷基三甲基溴化铵与硝酸银、四氯合金酸以及维生素C混合均匀,之后加入所述种子溶液,放置33h后生成金纳米棒溶液;
先将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,再快速加入二氯苯,即可得到官能团修饰后的金纳米棒溶液。
基于高分子复合材料的存储器的制备:
在柔性衬底上沉积厚度为100nm的底电极;在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层厚度为70nm的高分子复合薄膜;在所述高分子复合薄膜上沉积厚度为100nm的顶电极。
实施例3
官能团修饰后的金纳米棒的制备:
先将十六烷基三甲基溴化铵和四氯合金酸混合均匀,随后加入硼氢化钠搅拌5min,再在室温下放置4h后,得到种子溶液备用;
将十六烷基三甲基溴化铵与硝酸银、四氯合金酸以及维生素C混合均匀,之后加入所述种子溶液,放置36h后生成金纳米棒溶液;
先将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,再快速加入二氯苯,即可得到官能团修饰后的金纳米棒溶液。
基于高分子复合材料的存储器的制备:
在柔性衬底上沉积厚度为120nm的底电极;在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层厚度为100nm的高分子复合薄膜;在所述高分子复合薄膜上沉积厚度为120nm的顶电极。
综上所述,本发明提供的一种基于高分子复合材料的存储器及其制备方法,先采用溶液法制备金纳米棒掺杂的高分子复合材料,再基于所述高分子复合材料制备存储器;本发明的优势在于:制备简单可控、成本低、易于大规模合成。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,包括步骤:
A、在柔性衬底上沉积底电极;
B、在底电极上旋涂高分子复合材料,经热退火处理后形成一层高分子复合薄膜;
C、在所述高分子复合薄膜上沉积顶电极。
2.根据权利要求1所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述高分子复合薄膜的厚度为50~100nm。
3.根据权利要求1所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述底电极和顶电极均为铝电极,且所述底电极和顶电极的厚度均为80~120nm。
4.根据权利要求1所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述高分子复合材料的制备过程为:将预定浓度的官能团修饰后的金纳米棒溶液掺杂到聚甲基丙烯酸甲酯溶液中,搅拌混匀后制得高分子复合材料。
5.根据权利要求4所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述官能团修饰后的金纳米棒溶液的预定浓度为0.1~2mg/ml。
6.根据权利要求4所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为:12~35万。
7.根据权利要求4所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述官能团修饰后的金纳米棒的制备过程为:
S1、先将十六烷基三甲基溴化铵和四氯合金酸混合均匀,随后加入硼氢化钠搅拌1~5min,再在室温下放置2~4h后,得到种子溶液备用;
S2、将十六烷基三甲基溴化铵与硝酸银、四氯合金酸以及维生素C混合均匀,之后加入所述种子溶液,放置28~36h后生成金纳米棒溶液;
S3、先将表面修饰材料添加到所述金纳米棒溶液中混合均匀后,再快速加入二氯苯,即可得到官能团修饰后的金纳米棒溶液。
8.根据权利要求7所述的基于高分子复合材料的存储器的制备方法,其特征在于,所述表面修饰材料为吡啶、十二烷胺或十八胺中的一种。
9.一种基于高分子复合材料的存储器,其特征在于,采用如权利要求1~8任意一项方法制备得到。
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