CN108807665B - 一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,所述Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器包括衬底,所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极,所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线。本发明的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器通过在ZnO层中包裹金属纳米线来增强器件的性能,该ZnO层的厚度小,有效地降低了制备的成本和器件的尺寸;通过在ZnO层中包裹金属纳米线,可以提高ZnO阻变存贮器的相应速率,赋予阻变存贮器良好的稳定性。

Description

一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法
技术领域
本发明属于传感技术领域,具体涉及一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法。
背景技术
存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备,其主要功能是存储各种数据和程序。大数据、云计算、物联网等技术的发展,使得存储分析信息的需求呈爆炸式增长,在集成电路产业中,半导体存储器颇为重要,其广泛应用于信息、安全、国防等领域,因此,不断提高存储器的性能成为信息技术发展的关键之一。
ZnO是一种具有六角纤锌矿结构的宽禁带金属氧化物,其原料低廉易得,制备工艺简单,具有优异的光电性能和优良的压电性、气敏性、压敏性及湿敏性,是一种性能优异的的导体材料。目前的常见的ZnO阻变存贮器,主要是通过掺杂和引入金属插入层来增强器件的性能,但这存在一定的缺点,例如金属插入层的厚度过大,造成器件的体积较大;器件的相应速率较低,器件稳定性较差。
因此,需要一种相应速率高、具有良好稳定性的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器。
发明内容
本发明的目的是提供一种相应速率高、具有良好稳定性的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法。
本发明采用的技术方案是:一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,包括衬底,所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极,所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线。
优选的,所述Pt薄膜的厚度为30-200nm。更优选的,Pt薄膜的厚度为50nm。
优选的,所述第一ZnO层的厚度为10-30nm。
优选的,所述Ag纳米线的直径为10-100nm,长度为5-200μm。更优选的,Ag纳米线的直径为30nm,长度为5-100μm。更优选的,Ag纳米线的体积占第二ZnO层体积的1-10%。
优选的,所述第二ZnO层的厚度为20-120nm;所述第三ZnO层的厚度为150-350nm。更优选的,第二ZnO层的厚度为200nm;第三ZnO层的厚度为150nm。
优选的,所述电极为Pt电极或Al电极,电极的厚度为30-200nm。更优选的,电极的厚度为50nm。
本发明还提供了Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上制备Pt薄膜;
2)在Pt薄膜上制备第一ZnO层;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线;
4)在Ag纳米线上制备第二ZnO层,使ZnO完全包裹Ag纳米线;
5)在第二ZnO层上制备第三ZnO层;
6)在第三ZnO层上制备电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器。
优选的,步骤1)中,采用磁控溅射制备Pt薄膜,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3-1×10-6Pa,溅射温度为300-600℃,溅射功率为300-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa。
优选的,步骤2)中,采用磁控溅射制备第一ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3-1×10-6Pa,溅射温度为400-600℃,溅射功率为350-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa。
优选的,步骤4)中,采用磁控溅射制备第二ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3-1×10-6Pa,溅射功率为300-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa,然后在真空为1×10-3-1×10-6Pa下,升温至300℃退火30-240min,使ZnO完全包裹Ag纳米线。
优选的,步骤5)中,采用磁控溅射制备第三ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3-1×10-6Pa,溅射温度为400-600℃,溅射功率为350-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa。
优选的,步骤6)中,采用磁控溅射制备电极,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3-1×10-6Pa,溅射温度为300-600℃,溅射功率为300-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa。
本发明的有益效果是:本发明的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器通过在ZnO层中包裹金属纳米线来增强器件的性能,该ZnO层的厚度小,有效地降低了制备的成本和器件的尺寸;通过在ZnO层中包裹金属纳米线,可以提高ZnO阻变存贮器的相应速率,赋予阻变存贮器良好的稳定性。
附图说明
图1为Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的结构示意图,其中11为衬底,12为Pt薄膜,13为第一ZnO层,14为Ag纳米线,15为第二ZnO层,16为第三ZnO层,17为电极。
图2为Ag纳米线溅射ZnO薄膜的照片。
具体实施方式
本发明提供了一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,包括衬底,所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极,所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线。
本发明还提供了Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜;
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线;
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,使ZnO完全包裹Ag纳米线;
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层;
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器。
本发明制备的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的结构示意图如图1所示,其中11为衬底,12为Pt薄膜,13为第一ZnO层,14为Ag纳米线,15为第二ZnO层,16为第三ZnO层,17为电极。
在本发明中,步骤4)中,Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,照片如图2所示。由图2可知,Ag纳米线穿插于第二ZnO层中。
实施例1
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3Pa,溅射温度为300℃,溅射功率为300W,Ar气的气压为0.01Pa,Pt薄膜的厚度为30nm;
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3Pa,溅射温度为400℃,溅射功率为350W,Ar气的气压为0.01Pa,第一ZnO层的厚度为10nm;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线,其中,Ag纳米线的直径为10nm,长度为5μm;
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3Pa,溅射功率为300W,Ar气的气压为0.01Pa,然后在真空为1×10-3Pa下,升温至300℃退火30min,使ZnO完全包裹Ag纳米线,第二ZnO层的厚度为20nm;
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3Pa,溅射温度为400℃,溅射功率为350W,Ar气的气压为0.01Pa,第三ZnO层的厚度为150nm;
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Pt电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其中磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-3Pa,溅射温度为300℃,溅射功率为300W,Ar气的气压为0.01Pa,电极的厚度为30nm。
实施例2
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为5×10-3Pa,溅射温度为350℃,溅射功率为400W,Ar气的气压为1Pa,Pt薄膜的厚度为50nm;
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为5×10-3Pa,溅射温度为450℃,溅射功率为350W,Ar气的气压为1Pa,第一ZnO层的厚度为12nm;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线,其中,Ag纳米线的直径为20nm,长度为10μm;
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-4Pa,溅射功率为400W,Ar气的气压为1Pa,然后在真空为1×10-4Pa下,升温至300℃退火60min,使ZnO完全包裹Ag纳米线,第二ZnO层的厚度为30nm;
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为5×10-3Pa,溅射温度为450℃,溅射功率为350W,Ar气的气压为1Pa,第三ZnO层的厚度为200nm;
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Al电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其中磁控溅射过程控制的条件为:真空为5×10-3Pa,溅射温度为350℃,溅射功率为400W,Ar气的气压为1Pa,电极的厚度为50nm。
实施例3
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-4Pa,溅射温度为400℃,溅射功率为500W,Ar气的气压为0.01Pa,Pt薄膜的厚度为50nm;
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-4Pa,溅射温度为400℃,溅射功率为500W,Ar气的气压为0.01Pa,第一ZnO层的厚度为20nm;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线,其中,Ag纳米线的直径为30nm,长度为50μm;
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-4Pa,溅射功率为550W,Ar气的气压为0.01Pa,然后在真空为1×10-4Pa下,升温至300℃退火60min,使ZnO完全包裹Ag纳米线,第二ZnO层的厚度为20nm;
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-4Pa,溅射温度为400℃,溅射功率为500W,Ar气的气压为0.01Pa,第三ZnO层的厚度为250nm;
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Pt电极,其中磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-4Pa,溅射温度为400℃,溅射功率为500W,Ar气的气压为0.01Pa,电极的厚度为50nm。
实施例4
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-5Pa,溅射温度为500℃,溅射功率为450W,Ar气的气压为5Pa,Pt薄膜的厚度为100nm;
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-5Pa,溅射温度为450℃,溅射功率为450W,Ar气的气压为5Pa,第一ZnO层的厚度为25nm;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线,其中,Ag纳米线的直径为80nm,长度为120μm;
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为6×10-5Pa,溅射功率为500W,Ar气的气压为2Pa,然后在真空为6×10-5Pa下,升温至300℃退火120min,使ZnO完全包裹Ag纳米线,第二ZnO层的厚度为100nm;
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-5Pa,溅射温度为450℃,溅射功率为450W,Ar气的气压为5Pa,第三ZnO层的厚度为25nm;
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Pt电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其中磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-5Pa,溅射温度为500℃,溅射功率为450W,Ar气的气压为5Pa,电极的厚度为150nm。
实施例5
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6Pa,溅射温度为600℃,溅射功率为550W,Ar气的气压为10Pa,Pt薄膜的厚度为200nm;
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6Pa,溅射温度为600℃,溅射功率为550W,Ar气的气压为10Pa,第一ZnO层的厚度为30nm;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线,其中,Ag纳米线的直径为100nm,长度为200μm;
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6Pa,溅射功率为550W,Ar气的气压为10Pa,然后在真空为1×10-6Pa下,升温至300℃退火240min,使ZnO完全包裹Ag纳米线,第二ZnO层的厚度为120nm;
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层,其中,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6Pa,溅射温度为600℃,溅射功率为550W,Ar气的气压为10Pa,第三ZnO层的厚度为350nm;
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Al电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其中磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6Pa,溅射温度为600℃,溅射功率为550W,Ar气的气压为10Pa,电极的厚度为200nm。

Claims (7)

1.一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其特征在于,所述Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器包括衬底,所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极,所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线;
所述Ag纳米线的直径为10-100nm,长度为5-200μm;
所述Ag纳米线的体积占第二ZnO层体积的1-10%;
所述Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法,包括以下步骤:
1)在衬底上制备Pt薄膜;
2)在Pt薄膜上制备第一ZnO层;
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线;
4)在Ag纳米线上制备第二ZnO层,使ZnO完全包裹Ag纳米线;
5)在第二ZnO层上制备第三ZnO层;
6)在第三ZnO层上制备电极,得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器;
采用磁控溅射制备第二ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6-1×10-3Pa,溅射功率为300-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa,然后在真空为1×10-6-1×10-3Pa下,升温至300℃退火30-240min,使ZnO完全包裹Ag纳米线。
2.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其特征在于,所述Pt薄膜的厚度为30-200nm。
3.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其特征在于,所述第一ZnO层的厚度为10-30nm。
4.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其特征在于,所述第二ZnO层的厚度为20-120nm;所述第三ZnO层的厚度为150-350nm。
5.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器,其特征在于,所述电极为Pt电极或Al电极,电极的厚度为30-200nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,采用磁控溅射制备Pt薄膜,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6-1×10-3Pa,溅射温度为300-600℃,溅射功率为300-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,采用磁控溅射制备第一ZnO层,磁控溅射过程控制的条件为:真空为1×10-6-1×10-3Pa,溅射温度为400-600℃,溅射功率为350-550W,Ar气的气压为0.01-10Pa。
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