CN112909163A - 一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，由导电衬底、电阻存储薄膜层和导电顶电极组成，电阻存储薄膜层为煤基石墨烯量子点薄膜；本发明一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，该石墨烯量子点薄膜的电阻式随机存储器件具有优异的高低电阻态转变窗口和大的开/关比，带来优异的循环稳定性和保持特性，同时具有稳定的高低阻态循环特性和保持特性，有利于存储数据时稳定性和保持性的选择，有利于设计外围电路时识别器件所存储的状态，且该电阻式随机存储器件制备方法简单，成本低廉，存储性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储器件，特别涉及一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，属于微电子新型非易失性存储器技术领域。
背景技术
目前，大数据、云计算、人工智能等新型技术的发展使得对存储及信息分析需求呈指数爆炸式增长，其中，非易失性存储器市场主流的浮栅结构型Flash存储器面临着微缩化引起的信息失效瓶颈问题，改进Flash存储器的存储技术缺陷，探索研究新兴的非易失性存储器已成为半导体存储器领域的研究热点，阻变存储器作为下一代非易失性存储器的有力竞争者，其具有结构简单、操作速度快、功耗低、高密度以及可微缩性等优点，在非易失性随机存储器领域具有潜在的应用前景。
长期以来新疆煤炭资源优势难以发挥，仅仅作为低附加值的化石燃料被消耗，因此，结合新疆区域经济的特点和国家低碳经济发展战略，针对新疆煤炭资源的优势进行煤基炭功能材料的相关科学研究对拉伸新疆煤化工产业链及提升煤炭资源的高效利用具有十分重要的研究价值和实际应用意义，但是国内以新疆丰富的煤基炭资源开展先进功能碳材料的制备及应用的系统研究较少，尤其是探索煤基炭资源(如煤基石墨烯量子点)材料在电致阻变存储方面的研究尚未见报道。
石墨烯量子点作为一种准零维的石墨烯材料，具有石墨烯独特的电子输运特性、低毒性、较好的生物相容性、量子限域及光致发光等特性，广泛应用于光电储能器件、传感器、光电催化、生物技术等领域，目前常用的制备方法主要可分为“自下而上”和“自上而下”两大类，然而，从大规模生产的角度来说，目前存在原材料成本高、制备工艺复杂、产量低等缺点。经对现有文献分析发现，选用廉价且来源广泛的新疆无烟煤为原料，采用硫酸和硝酸混酸液相氧化法方法大量制备煤基石墨烯量子点前驱液，应用于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储器件具有良好的应用前景。
目前，电阻式随机存储器中薄膜材料的制备方法主要有物理方法和化学方法，其中物理方法主要包括分子束外延、溅射法、脉冲激光沉积和电子束蒸发等方法；化学方法主要有原子层沉积、化学气相沉积、化学溶液沉积等方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件，由导电衬底、电阻存储薄膜层和导电顶电极组成，所述电阻存储薄膜层为煤基石墨烯量子点薄膜。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电阻存储薄膜层的厚度为100-500nm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电衬底为Pt、p-Si或者ITO，所述导电顶电极为Pt、Au、Ag或Cu电极。
一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件的制备方法，所述存储器件的制备方法采用真空镀膜技术，在煤基石墨烯量子点薄膜表面镀上导电顶电极，构成Pt/C-GQDs/Pt三明治结构的电阻式随机存储器件。
作为本发明的一种优选技术方案，所述煤基石墨烯量子点薄膜的制备方法为化学溶液沉积法。
作为本发明的一种优选技术方案，所述化学溶液沉积法由以下步骤组成：
S1：制备煤基石墨烯量子点前驱体溶液，将其旋转涂覆于导电Pt衬底上；
S2：制备煤基石墨烯量子点前驱体薄膜，对前驱体薄膜进行热处理，处理温度为300-450℃，时间为1-60分钟。
作为本发明的一种优选技术方案，所述煤基石墨烯量子点前驱体溶液是选用廉价且来源广泛的新疆无烟煤为原料，采用硫酸和硝酸混酸液相氧化法方法大量制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，电阻式随机存储器件具有优异的高低电阻态转变窗口和大的开/关比且具有优异的循环稳定性和保持特性。
2.本发明一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，煤基石墨烯量子点薄膜的电阻式随机存储器件具有稳定的高低阻态循环特性和保持特性，有利于存储数据时稳定性和保持性的选择，有利于设计外围电路时识别器件所存储的状态。
3.本发明一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法，煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储器件制备方法简单，成本低廉，存储性能优异，在科学研究和工业生产中易于推广。
附图说明
图1Pt/C-GQDs/Pt电阻式随机存储器件的三明治结构示意图；
图2Au/C-GQDs/p-Si电阻式随机存储器件的三明治结构示意图；
图3Pt/C-GQDs/Pt电阻式随机存储器件的高低阻态循环稳定性和开/关比示意图；
图4Pt/C-GQDs/Pt电阻式随机存储器件的高低阻态保持特性示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供了一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件及其制备方法的技术方案：
一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件是由导电衬底Pt、p-Si或者ITO、电阻存储薄膜煤基石墨烯量子点和导电顶电极Pt、Au、Ag或Cu构成，薄膜厚度为100-500nm。
实施例1
化学溶液沉积法制备Pt/C-GQDs/Pt电阻式随机存储器件
煤基石墨烯量子点前驱体溶液的制备：前驱液的溶剂是20ml乙二醇甲醚，溶质为0.1g煤基石墨烯量子点粉末，室温下搅拌6小时，即得到煤基石墨烯量子点的前驱体溶液。
前驱体薄膜的制备：将煤基石墨烯量子点前驱体溶液旋转涂覆于Pt衬底上，调节旋转涂覆参数为2500rpm，旋转时间为30s，每次旋转涂覆的预处理温度为200℃，旋转涂覆的次数为6次，即得到煤基石墨烯量子点前驱体薄膜。
前驱体薄膜热处理：将制备的煤基石墨烯量子点前驱体薄膜在350℃进行热处理30分钟，即完成煤基石墨烯量子点薄膜的制备，薄膜厚度为280nm。
制备煤基石墨烯量子点薄膜存储器件三明治结构：采用真空镀膜和掩膜技术，在煤基石墨烯量子点薄膜表面镀上Pt顶电极，即制备出煤基石墨烯量子点薄膜存储器件，Pt/C-GQDs/Pt电阻式随机存储结构如图1所示。
利用Keithley 2400分析仪测试Pt/C-GQDs/Pt电阻式随机存储器件的循环特性与保持特性，两个测试探针分别连接到上述存储元件的顶电极和底电极，在电压连续扫描模式下，测试得出存储器件的循环特性，如图3所示。采用脉冲信号测试出该存储器件的保持特性，如图4所示。
实施例2
化学溶液沉积法制备Au/C-GQDs/p-Si电阻式随机存储器件
煤基石墨烯量子点前驱体溶液的制备：前驱液的溶剂是20ml乙二醇甲醚，溶质为0.1g煤基石墨烯量子点粉末，室温下搅拌6小时，即得到煤基石墨烯量子点的前驱体溶液。
前驱体薄膜的制备：将煤基石墨烯量子点前驱液旋转涂覆于p-Si衬底上，调节旋转涂覆参数为2500rpm，旋转时间为30s，每次旋转涂覆的预处理温度为200℃，旋转涂覆的次数为4次，即得到煤基石墨烯量子点前驱体薄膜。
前驱体薄膜热处理：将制备的煤基石墨烯量子点前驱体薄膜在300℃进行热处理30分钟，即完成煤基石墨烯量子点薄膜的制备，薄膜厚度为180nm。
制备煤基石墨烯量子点薄膜存储器件三明治结构：采用真空镀膜和掩膜技术，在煤基石墨烯量子点薄膜表面镀上Au顶电极，即制备出煤基石墨烯量子点薄膜存储器件，Au/C-GQDs/p-Si电阻式随机存储器件如图2所示。
利用Keithley 2400分析仪测试Au/C-GQDs/p-Si电阻式随机存储器件的循环特性与保持特性，两个测试探针分别连接到上述存储元件的顶电极和底电极，在电压连续扫描模式下和脉冲信号下测试出该存储元件的循环特性与保持特性，循环特性与保持特性与图3和图4类似。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件，由导电衬底、电阻存储薄膜层和导电顶电极组成，其特征在于：所述电阻存储薄膜层为煤基石墨烯量子点薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件，其特征在于：所述电阻存储薄膜层的厚度为100-500nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件，其特征在于：所述导电衬底为Pt、p-Si或者ITO，所述导电顶电极为Pt、Au、Ag或Cu电极。
4.一种基于煤基石墨烯量子点薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储器件的制备方法，其特征在于：所述存储器件的制备方法采用真空镀膜技术，在煤基石墨烯量子点薄膜表面镀上导电顶电极，构成Pt/C-GQDs/Pt三明治结构的电阻式随机存储器件。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述煤基石墨烯量子点薄膜的制备方法为化学溶液沉积法。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述化学溶液沉积法由以下步骤组成：
S1：制备煤基石墨烯量子点前驱体溶液，将其旋转涂覆于导电Pt衬底上；
S2：制备煤基石墨烯量子点前驱体薄膜，对前驱体薄膜进行热处理，处理温度为300-450℃，时间为1-60分钟。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述煤基石墨烯量子点前驱体溶液是选用廉价且来源广泛的新疆无烟煤为原料，采用硫酸和硝酸混酸液相氧化法方法大量制备得到。
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