CN110504357B - 一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及阻变存储器技术领域,尤其涉及一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和应用。所述多值阻变存储器包括:底电极、PMMA层、ZnO QDs层和顶电极;其中,所述PMMA层和ZnO QDs层交替设置后夹在底电极和顶电极之间,且所述ZnO QDs为纳米级颗粒,其分布在PMMA层表面;所述PMMA层的主要作为电荷阻挡层;所述ZnO QDs层的主要作为电子俘获与脱陷中心层。相比于现有的RRAM,本发明的制备方法简单,展现出的低操作电压与无需电激活的特性有利于降低器件的功耗,而且通过调控施加在器件上的限制电流实现了多值存储,制备的器件在高密度低功耗存储中展现出了巨大的应用潜力。

Description

一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及阻变存储器技术领域,尤其涉及一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
基于MIM结构的阻变存储器(RRAM),由于其具备尺寸小、结构简单、响应速度快且与CMOS工艺相兼容等的优点,在未来的非易失性存储器中展现出巨大的潜力。传统的RRAM一般具有两个阻态,分别对应于高阻态与低阻态,其能够在电压脉冲的操作下实现高低阻态的转变进而实现二值数据存储。
然而,在当今大数据时代下,二值存储模式已经难以满足高密度与低功耗存储的要求。目前已有大量材料被发现具有阻变行为,包括二元氧化物、硫化物以及有机材料,但其往往不具备多值存储的能力,而且往往存在操作电压高、需要电激活操作等缺点,这会导致器件功耗的增加与性能的降低。事实上,在RRAM的应用中,更高的存储密度,更低的功耗及更小的芯片面积已成为制约RRAM发展的关键因素。
一般来讲,阻变功能层的制备方法大致分为物理方法与化学方法,物理方法有磁控溅射、脉冲激光沉积、原子层沉积等;化学方法有水热、旋涂、化学气相沉积等。相比于物理方法,化学法具有操作简单、合成方法便捷、成本低等的优点。例如,专利文献CN103035842A公开了一种基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器及其制备方法,其在涂覆有底电极的衬底上旋涂石墨烯量子点掺杂的聚合物溶液,然后在真空环境下采用热蒸发法蒸镀阴极材料;得到了在绝缘衬底上形成包括底电极、有机功能层以及顶电极的三层结构的阻变存储器。
发明内容
本发明研究认为:针对现有的一些RRAM存在的制备工艺复杂、操作电压高、需要电激活与不具备多值存储能力的缺点,选择合适的多值阻变功能层材料,采用简单高效的制备方法,是解决如今RRAM中存在问题的关键。为此,本发明提供一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和应用。本发明基于旋涂法制备的含有“PMMA/ZnO QDs”单元结构的多值RRAM不仅操作电压低,而且无需电激活。
为实现上述目的,本发明公开了下述技术方案:
一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器,包括:底电极、PMMA层、ZnO QDs层和顶电极;其中,所述PMMA层和ZnO QDs层交替设置后夹在底电极和顶电极之间,且所述ZnO QDs为纳米级颗粒,其分布在PMMA层表面;所述PMMA层的主要作为电荷阻挡层;所述ZnO QDs层的主要作为电子俘获与脱陷中心层。
本发明多值阻变存储器的特点之一是:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被用来作为电荷阻挡层,可以有效防止器件的泄漏电流进而降低功耗,而ZnO QDs作为电荷俘获与脱陷中心,是引起器件发生阻变行为的决定性材料。在向顶电极施加正压时,电子缓慢的注入到纳米复合层(由PMMA层和ZnO QDs层交替形成)中,随着正压升高,电子越过底电极/PMMA界面的势垒被ZnO QDs的缺陷俘获,这时形成的局域内电场促进了Al离子(以顶电极材料为Al为例)在纳米复合层中的扩散,进而形成了Al导电丝,ZnO QDs的存在促进了导电丝的形成,因此在操作过程中无需电激活过程,并且展现出了较低的操作电压,这有利于降低器件的功耗。一旦Al导电丝形成,流过器件的电流就会迅速增大进而完成从HRS到LRS的转变,此过程为Set过程。施加负压时,ZnO QDs中俘获的电子在电场的作用下脱陷,导致了局域内电场强度的降低,导电丝断裂,器件由LRS回到HRS,对应于器件的Reset过程。
与现有技术相比,本发明取得了以下有益效果:相比于现有的RRAM,本发明的制备方法简单,展现出的低操作电压与无需电激活的特性有利于降低器件的功耗,而且通过调控施加在器件上的限制电流实现了多值存储,制备的器件在高密度低功耗存储中展现出了巨大的应用潜力。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为下列实施例制备的氧化锌量子点的多值阻变存储器的结构示意图(左图)和SEM图(右图)。
图2为本发明实施例1制备的ZnO QDs的HRTEM表征图。
图3为在不同限制电流下对本发明实施例1制备的ZnO QDs基器件的直流循环稳定性测试。
图4为在不同限制电流下对本发明实施例1制备的多值阻变存储器的脉冲循环耐久性能测试。
图5为在不同限制电流下对本发明实施例1制备的多值阻变存储器的脉冲时间保留性能测试。
上述附图3中标记分别表示:1-Al顶电极;2-PMMA薄膜;3-ZnO QDs;4-FTO导电玻璃底电极。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如,在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述,现有一些RRAM仍然存在的制备工艺复杂、操作电压高、需要电激活与不具备多值存储能力的缺点。因此,本发明提供一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法。
在一些典型实施方式中,所述PMMA层为三层,对应地,所述ZnO QDs层为两层,即形成了“顶电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/底电极”结构的多值RRAM。
在一些典型实施方式中,所述PMMA还可以替换为PVP、PVDF、PEDOT:PSS等中的任意一种。
在一些典型实施方式中,所述底电极包括FTO、ITO导电玻璃中的任意一种。相对于硅衬底或者PET、云母、PDMS、PEN等衬底,FTO、ITO上具有可以做底电极的掺氟SnO2层,能够避免底电极的制备步骤。
在一些典型实施方式中,所述顶电极包括铝、铜、银、钛中的任意一种或几种。
在一些典型实施方式中,本发明还出了上述基于氧化锌量子点的多值阻变存储器的制备方法,包括如下步骤:
(1)热溶剂法制备ZnO QDs乙醇溶液:
将二水醋酸锌溶于乙醇中升温搅拌,得到醋酸锌溶液,备用;
将氢氧化钾溶于乙醇中并超声至溶液无色透明,得到氢氧化钾溶液,备用;
将上述氢氧化钾溶液在加热与强烈搅拌的条件下缓慢滴入所述醋酸锌溶液中,进行热溶剂反应,得到ZnO QDs溶液;
将正己烷滴入所述ZnO QDs溶液中获得ZnO QDs沉淀,分离ZnO QDs沉淀,洗涤,得到纯净ZnO QDs沉淀;
将所述纯净ZnO QDs沉淀冷冻干燥后溶于乙醇中,得到ZnO QDs乙醇溶液。
(2)旋涂法制备多值阻变存储器:
将PMMA溶于DMF有机溶剂中制备PMMA溶液。
将PMMA溶液滴于清洁后的底电极表面,旋涂并退火,得到“底电极/PMMA”结构。
将所述ZnO QDs乙醇溶液滴于上述的PMMA层上,旋涂退火,得到“底电极/PMMA/ZnOQDs”结构,该ZnO QDs为纳米级颗粒物,其分散在PMMA层表面。
重复上述步骤,以得到“底电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构。
在所述PMMA层行制备顶电极,得到“底电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA/顶电极”结构,即得基于氧化锌量子点的多值阻变存储器。
在一些典型实施方式中,所述顶电极采用磁控溅射的方法完成。
在一些典型实施方式中,所述多值阻变存储器的结构为“底电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/顶电极”。经试验证明,采用上述结构时,存储器的各项性能更优。
在一些典型实施方式中,所述升温搅拌为在60-100℃搅拌条件下将二水醋酸锌溶于乙醇中。
在一些典型实施方式中,所述热溶剂反应的条件为:在60-120℃下维持80-120min。
在一些典型实施方式中,所述分离ZnO QDs沉淀的方法为离心分离,转速可选为3000-10000rpm,离心时间可选为5-20min。
在一些典型实施方式中,所述正己烷与ZnO QDs溶液的体积比为2-4:1。
在一些典型实施方式中,所述ZnO QDs乙醇溶液中,ZnO QDs的质量分数为0.1-0.4%。
在一些典型实施方式中,旋涂PMMA层时,旋涂的工艺参数为:以1500-3000rpm的转速旋涂150-200s,随后放在热板上在100-120℃下加热20-40min。
在一些典型实施方式中,旋涂ZnO QDs层时,旋涂的工艺参数为:以1500-3000rpm的转速旋涂30-60s,随后放在热板上以100-120℃加热5-5min。
在一些典型实施方式中,溅射沉积参数如下:a、基准压强为8.0×10-4Pa;b、工作压强为0.2-1Pa;c、溅射温度为20-50℃;d、气体流速为10-30sccm;e、溅射能量为40-80W;f、预溅射时间为50-200s;g、溅射时间30-90min。
在一些典型实施方式中,所述基于氧化锌量子点的多值阻变存储器被应用于信息技术领域,如用于数据的存储等。
现结合附图1-5和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
实施例1
1、一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器的制备方法,具体步骤如下:
A.热溶剂法制备ZnO QDs乙醇溶液:
1)60℃下将0.9790g二水醋酸锌溶于乙醇中,并连续搅拌至溶液无色透明,以形成浓度为0.01M的醋酸锌溶液,备用。
2)将0.4859g氢氧化钾溶于乙醇中,超声至无色透明,以形成浓度为0.28M氢氧化钾溶液,备用。
3)剧烈搅拌条件下将氢氧化钾溶液在10min内滴入至醋酸锌溶液中,90℃下维持100min后得到无色透明的ZnO QDs乙醇溶液。
4)按照正己烷:ZnO QDs乙醇溶液体积比3:1,将正己烷滴入ZnO QDs乙醇溶液中以沉淀ZnO QDs,并以5000rpm离心5min分离出ZnO QDs沉淀,将该ZnO QDs沉淀重新分散至乙醇中并交替超声离心清洗3次,得到的沉淀冷冻干燥24h,得到纯净的ZnO QDs粉末。
5)将所述纯净的ZnO QDs粉末重新分散于乙醇中,得到质量分数为0.2wt%的ZnOQDs乙醇溶液。
B.旋涂法制备多值阻变存储器:
1)将PMMA溶于DMF中制备PMMA溶液,吸取PMMA溶液70μl滴于FTO表面,以2000rpm的转速旋涂180s,随后放在热板上在110℃下加热30min,得到“FTO/PMMA”结构。
2)吸取制备好的ZnO QDs乙醇溶液70μl滴于“FTO/PMMA”结构中的PMMA表面,以2000rpm的转速旋涂50s,随后放在热板上在110℃下加热10min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs”结构,其中,ZnO QDs层由纳米级的ZnO QDs颗粒组成,其分散在PMMA层表面。
3)吸取70μl的PMMA溶液滴于所述“FTO/PMMA/ZnO QDs”结构中的ZnO QDs成表面,以2000rpm的转速旋涂180s,随后放在热板上以110℃加热30min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构。
4)再次吸取70μl的ZnO QDs溶液滴于“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构上,以2000rpm的转速旋涂50s,随后放在热板上在110℃下加热10min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs”结构。
5)再次吸取70μl的PMMA溶液滴于所述“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs”结构上,以2000rpm的转速旋涂180s,随后放在热板上在110℃下加热30min,得到“FTO/PMMA/ZnOQDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构。
C.磁控溅射顶电极:
通过直流射频溅射在Ar环境下沉积了50nm厚度的Al顶电极。溅射沉积参数如下:a、基准压强为8.0×10-4Pa;b、工作压强为0.6Pa;c、溅射温度为25℃;d、气体流速为20sccm;e、溅射能量为60W;f、预溅射时间为120s;g、溅射时间60min。至此得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/Al”结构的多值阻变存储器。
实施例2
1、一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器的制备方法,具体步骤如下:
A.热溶剂法制备ZnO QDs乙醇溶液:
1)100℃下将0.9790g二水醋酸锌溶于乙醇中,并连续搅拌至溶液无色透明,以形成浓度为0.03M的醋酸锌溶液,备用。
2)将0.4859g氢氧化钾溶于乙醇中,超声至无色透明,以形成浓度为0.84M氢氧化钾溶液,备用。
3)剧烈搅拌条件下将氢氧化钾溶液在5min内滴入至醋酸锌溶液中,60℃下维持120min后得到无色透明的ZnO QDs乙醇溶液。
4)按照正己烷:ZnO QDs乙醇溶液体积比4:1,将正己烷滴入ZnO QDs乙醇溶液中以沉淀ZnO QDs,并以3000rpm离心20min分离出ZnO QDs沉淀,将该ZnO QDs沉淀重新分散至乙醇中并交替超声离心清洗5次,得到的沉淀冷冻干燥24h,得到纯净的ZnO QDs粉末。
5)将所述纯净的ZnO QDs粉末重新分散于乙醇中,得到质量分数为0.1wt%的ZnOQDs乙醇溶液。
B.旋涂法制备多值阻变存储器:
1)将PMMA溶于DMF中制备PMMA溶液,吸取PMMA溶液50μl滴于FTO表面,以1500rpm的转速旋涂150s,随后放在热板上在100℃下加热40min,得到“FTO/PMMA”结构。
2)吸取制备好的ZnO QDs乙醇溶液50μl滴于“FTO/PMMA”结构中的PMMA表面,以1500rpm的转速旋涂30s,随后放在热板上在100℃下加热15min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs”结构,其中,ZnO QDs层由纳米级的ZnO QDs颗粒组成,其分散在PMMA层表面。
3)吸取50μl的PMMA溶液滴于所述“FTO/PMMA/ZnO QDs”结构中的ZnO QDs成表面,以1500rpm的转速旋涂150s,随后放在热板上以100℃加热40min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构。
4)再次吸取50μl的ZnO QDs溶液滴于“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构上,以1500rpm的转速旋涂30s,随后放在热板上在100℃下加热15min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs”结构。
5)再次吸取50μl的PMMA溶液滴于所述“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs”结构上,以1500rpm的转速旋涂150s,随后放在热板上在100℃下加热40min,得到“FTO/PMMA/ZnOQDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构。
C.磁控溅射顶电极:
通过直流射频溅射在Ar环境下沉积了50nm厚度的Al顶电极。溅射沉积参数如下:a、基准压强为8.0×10-4Pa;b、工作压强为1.0Pa;c、溅射温度为50℃;d、气体流速为10sccm;e、溅射能量为40W;f、预溅射时间为200s;g、溅射时间30min。至此得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/Al”结构的多值阻变存储器。
实施例3
1、一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器的制备方法,具体步骤如下:
A.热溶剂法制备ZnO QDs乙醇溶液:
1)80℃下将0.9790g二水醋酸锌溶于乙醇中,并连续搅拌至溶液无色透明,以形成浓度为0.02M的醋酸锌溶液,备用。
2)将0.4859g氢氧化钾溶于乙醇中,超声至无色透明,以形成浓度为0.50M氢氧化钾溶液,备用。
3)剧烈搅拌条件下将氢氧化钾溶液在20min内滴入至醋酸锌溶液中,120℃下维持80min后得到无色透明的ZnO QDs乙醇溶液。
4)按照正己烷:ZnO QDs乙醇溶液体积比2:1,将正己烷滴入ZnO QDs乙醇溶液中以沉淀ZnO QDs,并以10000rpm离心5min分离出ZnO QDs沉淀,将该ZnO QDs沉淀重新分散至乙醇中并交替超声离心清洗5次,得到的沉淀冷冻干燥24h,得到纯净的ZnO QDs粉末。
5)将所述纯净的ZnO QDs粉末重新分散于乙醇中,得到质量分数为0.4wt%的ZnOQDs乙醇溶液。
B.旋涂法制备多值阻变存储器:
1)将PMMA溶于DMF中制备PMMA溶液,吸取PMMA溶液150μl滴于FTO表面,以3000rpm的转速旋涂200s,随后放在热板上在120℃下加热20min,得到“FTO/PMMA”结构。
2)吸取制备好的ZnO QDs乙醇溶液150μl滴于“FTO/PMMA”结构中的PMMA表面,以3000rpm的转速旋涂60s,随后放在热板上在120℃下加热5min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs”结构,其中,ZnO QDs层由纳米级的ZnO QDs颗粒组成,其分散在PMMA层表面。
3)吸取150μl的PMMA溶液滴于所述“FTO/PMMA/ZnO QDs”结构中的ZnO QDs成表面,以3000rpm的转速旋涂200s,随后放在热板上在120℃下加热20min,得到“FTO/PMMA/ZnOQDs/PMMA”结构。
4)再次吸取150μl的ZnO QDs溶液滴于“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构上,以3000rpm的转速旋涂60s,随后放在热板上在120℃下加热5min,得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs”结构。
5)再次吸取150μl的PMMA溶液滴于所述“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs”结构上,以3000rpm的转速旋涂200s,随后放在热板上在120℃下加热20min,得到“FTO/PMMA/ZnOQDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA”结构。
C.磁控溅射顶电极:
通过直流射频溅射在Ar环境下沉积了50nm厚度的Al顶电极。溅射沉积参数如下:a、基准压强为8.0×10-4Pa;b、工作压强为0.2Pa;c、溅射温度为20℃;d、气体流速为30sccm;e、溅射能量为80W;f、预溅射时间为50s;g、溅射时间90min。至此得到“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/Al”结构的多值阻变存储器。
进一步地,为了便于理解上述实施例制备的“FTO/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/Al”结构的多值阻变存储器,本发明提供了该多值阻变存储器的结构示意图,如图1中左图所示,所述多值阻变存储器包括:Al顶电极1;PMMA薄膜2;ZnO QDs 3;FTO导电玻璃底电极4;其中,所述PMMA薄膜2和ZnO QDs3形成的膜层交替设置后夹在Al顶电极1和FTO导电玻璃底电极4之间,且所述ZnO QDs为纳米级颗粒,其分布在PMMA层表面。
进一步地,为了验证本发明制备的基于氧化锌量子点的多值阻变存储器的传感性能,本发明以实施例1为例,测试了其制备的ZnO QDs的微观形貌以及多值阻变存储器的各项性能,结果如图1-5所示。
图1中,右图为实施例1制备的氧化锌量子点的多值阻变存储器的横截面SEM,其中,ZnO QDs层厚度约为130nm,FTO导电玻璃底电极厚度约为350nm。
图2为实施例1制备的ZnO QDs的HRTEM表征图。从图中可以看出:合成的ZnO QDs集中分布在5.3±1.5nm,并且测试得到的0.259nm与0.238晶面间距分别对应为纤锌矿氧化锌的(002)与(101)面,说明合成了粒径分散均匀与结晶度良好的ZnO QDs。
图3为在5mA、10mA与20mA的限制电流下对实施例1制备的ZnO QDs基器件的直流循环稳定性测试,从图中可以看出:通过施加三种不同的限制电流,得到了四种均匀分布的阻态,分别对应于LRS1、LRS2、LRS3与HRS,其中三种限制电流下获得的高阻态由于其差别微乎其微,所以统称为HRS。在不同限制电流下,Set过程中ZnO QDs的陷阱填充水平是不同的。较高的限制电流下ZnO QDs俘获的电子增多,导致局域内电场强度的增加,进而形成的导电丝强度变大,流过器件的电流也随之增大;而在较低的限制电流下,形成的导电丝强度较小,流经器件的电流也较小;导电丝强度取决于限制电流大小的特点是产生多阻值的决定性原因。
图4为在5mA、10mA与20mA的限制电流下对实施例1制备的多值阻变存储器的脉冲循环耐久性能测试。从图中可以看出:器件在脉冲测试展现出了四个均匀分布的阻态,分别对应于5mA下的LRS1、10mA下的LRS2与20mA下的LRS3,以及一个HRS。四种阻态在至少100次的脉冲循环下保持高度的稳定性。
图5为在5mA、10mA与20mA的限制电流下对实施例1制备的多值阻变存储器的脉冲时间保留性能测试。从图中可以看出:四种阻态能够在在至少5000s的时间下保持高度稳定性,表明了多种阻态都具有优异的非易失性。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器,其特征在于,包括:底电极、PMMA层、ZnOQDs层和顶电极;其中,所述PMMA层和ZnO QDs层交替设置后夹在底电极和顶电极之间,且所述ZnO QDs为纳米级颗粒,其分布在PMMA层表面;
所述PMMA层为三层,对应地,所述ZnO QDs层为两层,即形成了顶电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA/ZnO QDs/PMMA/底电极结构的多值RRAM;
所述多值阻变存储器的制备方法是先用热溶剂法制备ZnO QDs乙醇溶液;再利用旋涂法制备多值阻变存储器;
制备方法包括如下步骤:
(1)热溶剂法制备ZnO QDs乙醇溶液:
将二水醋酸锌溶于乙醇中升温搅拌,得到醋酸锌溶液,备用;
将氢氧化钾溶于乙醇中并超声至溶液无色透明,得到氢氧化钾溶液,备用;
将上述氢氧化钾溶液在加热与强烈搅拌的条件下缓慢滴入所述醋酸锌溶液中,进行热溶剂反应,得到ZnO QDs溶液;
将正己烷滴入所述ZnO QDs溶液中获得ZnO QDs沉淀,分离ZnO QDs沉淀,洗涤,得到纯净ZnO QDs沉淀;
将所述纯净ZnO QDs沉淀冷冻干燥后溶于乙醇中,得到ZnO QDs乙醇溶液;
(2)旋涂法制备多值阻变存储器:
a、将PMMA溶于DMF有机溶剂中制备PMMA溶液;
b、将PMMA溶液滴于底电极表面,旋涂并退火,得到底电极/PMMA结构;
c、将所述ZnO QDs乙醇溶液滴于PMMA层上,旋涂退火,得到底电极/PMMA/ZnO QDs结构,该ZnO QDs为纳米级颗粒物,其分散在PMMA层表面;
重复步骤a-c,得到底电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA结构;
在所述PMMA层行制备顶电极,得到底电极/PMMA/ZnO QDs/PMMA/顶电极结构,即为基于氧化锌量子点的多值阻变存储器;
所述顶电极采用磁控溅射的方法完成。
2.如权利要求1所述的基于氧化锌量子点的多值阻变存储器,其特征在于,所述底电极包括FTO、ITO导电玻璃中的任意一种;
所述顶电极包括铝、铜、银、钛中的任意一种或几种。
3.如权利要求1所述的基于氧化锌量子点的多值阻变存储器,其特征在于,所述升温搅拌为在60-100℃搅拌条件下将二水醋酸锌溶于乙醇中;
所述热溶剂反应的条件为:在60-120℃下维持80-120min;
所述分离ZnO QDs沉淀的方法为离心分离,转速为3000-10000rpm,离心时间为5-20min。
4.如权利要求1所述的基于氧化锌量子点的多值阻变存储器,其特征在于,所述正己烷与ZnO QDs溶液的体积比为2-4:1;
所述ZnO QDs乙醇溶液中,ZnO QDs的质量分数为0.1-0.4%;
旋涂PMMA层时,旋涂的工艺参数为:以1500-3000rpm的转速旋涂150-200s,随后放在热板上以100-120℃加热20-40min;
旋涂ZnO QDs层时,旋涂的工艺参数为:以1500-3000rpm的转速旋涂30-60s,随后放在热板上在100-120℃下加热5-5min。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于氧化锌量子点的多值阻变存储器,其特征在于,
所述溅射沉积参数如下:a、基准压强为8.0×10-4Pa;b、工作压强为0.2-1Pa;c、溅射温度为20-50℃;d、气体流速为10-30sccm;e、溅射能量为40-80W;f、预溅射时间为50-200s;g、溅射时间30-90min。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于氧化锌量子点的多值阻变存储器在信息技术领域中的应用,用于数据的存储。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111477740B (zh) * 2020-05-14 2023-09-26 天津理工大学 一种可模拟神经突触的聚合物/量子点薄膜忆阻器及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533890A (zh) * 2009-04-03 2009-09-16 中国科学院上海硅酸盐研究所 氧化锌基同质结构的透明rram元器件及制作方法
CN102136487A (zh) * 2010-12-31 2011-07-27 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种基于氧化锌材料的电阻式ram存储单元及制备方法
CN102222768A (zh) * 2011-06-22 2011-10-19 清华大学 一种透明有机阻变存储器
CN102496631A (zh) * 2011-11-25 2012-06-13 中山大学 背电极结构的ZnO基全透明非挥发存储器及制备方法
CN102496630A (zh) * 2011-11-25 2012-06-13 中山大学 顶电极结构的ZnO基全透明非挥发存储器及制备方法
CN105762276A (zh) * 2014-12-20 2016-07-13 天津市龙旺诚数码喷绘有限公司 一种复合阻变存储器件及其制备方法
CN107680973A (zh) * 2017-09-01 2018-02-09 河北大学 一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器及其制备方法
CN108831992A (zh) * 2018-04-24 2018-11-16 湖北大学 一种铪掺杂氧化锌阻变层的阻变存储器及其制备方法
CN109292812A (zh) * 2018-12-04 2019-02-01 淮阴工学院 单分散性ZnO量子点水溶胶的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100909365B1 (ko) * 2007-12-05 2009-07-24 한양대학교 산학협력단 비휘발성 유기 쌍안정성 기억소자 및 그 제조방법
KR101016266B1 (ko) * 2008-11-13 2011-02-25 한국과학기술원 투명 전자소자용 투명 메모리.

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533890A (zh) * 2009-04-03 2009-09-16 中国科学院上海硅酸盐研究所 氧化锌基同质结构的透明rram元器件及制作方法
CN102136487A (zh) * 2010-12-31 2011-07-27 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种基于氧化锌材料的电阻式ram存储单元及制备方法
CN102222768A (zh) * 2011-06-22 2011-10-19 清华大学 一种透明有机阻变存储器
CN102496631A (zh) * 2011-11-25 2012-06-13 中山大学 背电极结构的ZnO基全透明非挥发存储器及制备方法
CN102496630A (zh) * 2011-11-25 2012-06-13 中山大学 顶电极结构的ZnO基全透明非挥发存储器及制备方法
CN105762276A (zh) * 2014-12-20 2016-07-13 天津市龙旺诚数码喷绘有限公司 一种复合阻变存储器件及其制备方法
CN107680973A (zh) * 2017-09-01 2018-02-09 河北大学 一种基于氧化石墨烯量子点的大存储窗口电荷俘获存储器及其制备方法
CN108831992A (zh) * 2018-04-24 2018-11-16 湖北大学 一种铪掺杂氧化锌阻变层的阻变存储器及其制备方法
CN109292812A (zh) * 2018-12-04 2019-02-01 淮阴工学院 单分散性ZnO量子点水溶胶的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
纳米ZnO的制备与应用;王岳等;《信阳师范学院学报(自然科学版)》;20050710(第03期);全文 *
零维、一维和二维ZnO纳米材料的应用研究进展;杨丰等;《材料工程》;20181018(第10期);全文 *

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