CN113363383B - 一种阻变层材料、忆阻器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阻变层材料、忆阻器及其制备方法,涉及电子器件领域。该阻变层材料包括羧化壳聚糖、聚乙烯醇和硝酸铵。将其形成的阻变层应用于忆阻器中,通过聚合物对于金属离子产生束缚作用能使电阻态缓慢的发生变化进而实现脉冲的增强抑制,而不是瞬间从高阻态变成低阻态,在施加脉冲后有两个量级的电导状态改变,并且不会达到限流,能实现优异的突触可塑性,如兴奋性突触后电流、抑制性突触后电流。本发明在将来的类脑忆阻器件上有非常好的应用价值,这对于突触计算和信息存储是不可或缺的。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件领域,具体涉及一种阻变层材料、忆阻器及其制备方法。
背景技术
电子技术和信息科学的飞速发展,对各种类型的器件结构、材料和计算方法提出了要求。存储设备是电子器件中最重要的部件之一,特别是基于忆阻器的存储器在下一代信息技术中具有潜在的应用。金属-绝缘体-金属结构的忆阻器具有结构简单、非易失性存储以及通过绝缘体层连续模拟电阻切换进行计算等显著优点。其中,基于氧化还原的电阻开关忆阻器由于其高运行速度、低功耗、高耐久性和保持特性,被认为是未来非易失性存储器技术中的最有前途的器件之一,其原理是在交变电场下金属离子发生氧化还原反应,导电细丝形成和溶解进而发生电导的改变。器件中金属离子的迁移使得电导态的改变和人脑神经突触中钙离子的迁移、神经递质的传递使得膜电位缓慢发生变化极其相似,使忆阻器模拟人工神经突触具备了可能性。但是以往的金属离子基忆阻器往往只能在两个电导态下发生转变,从高阻态到低阻态是一个突变的过程,施加脉冲后瞬间电导发生突变达到限流,无法实现多重电阻态的改变,很难模拟出人脑突触的可塑性。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的忆阻器无法实现多重电阻态的改变,很难模拟出人脑突触可塑性的缺陷,从而提供一种阻变层材料及忆阻器。
第一方面,本发明挺一种阻变层材料,包括:羧化壳聚糖、聚乙烯醇和硝酸铵。
进一步地,所述的阻变层材料还包括溶剂。
进一步地,所述溶剂包括:去离子水。
进一步地,所述的阻变层材料,按重量份数计,包括:羧化壳聚糖6-54份、聚乙烯醇6-54份和硝酸铵40份,其中,羧化壳聚糖和聚乙烯醇的重量份数之和为60份。
进一步地,所述的阻变层材料,按重量份数计,包括:羧化壳聚糖36份、聚乙烯醇24份和硝酸铵40份;或者羧化壳聚糖48份、聚乙烯醇12份和硝酸铵40份。。
第二方面,本发明提供阻变层材料的制备方法,包括:将羧化壳聚糖、聚乙烯醇和硝酸铵溶于去离子水中,得到所述阻变层材料。
进一步地,每10mL去离子水中加入6~54mg羧化壳聚糖、6~54mg聚乙烯醇和40mg硝酸铵,其中羧化壳聚糖和聚乙烯醇的重量值和为60mg。
进一步地,每10mL去离子水中加入36mg羧化壳聚糖、24mg聚乙烯醇和40mg硝酸铵。
进一步地,每10mL去离子水中加入48mg羧化壳聚糖、12mg聚乙烯醇和40mg硝酸铵。
第三方面,本发明提供一种忆阻器,包括所述的阻变层材料形成的阻变层。
进一步地,所述的忆阻器包括:第一电极、所述阻变层和第二电极。
进一步地,所述第一电极包括W电极,所述第二电极包括Ag电极,所述第一电极的厚度为50~100nm,所述阻变层的厚度为200~500nm,所述第二电极的厚度为50~100nm。
第四方面,所述的忆阻器的制备方法,包括:
在衬底上形成所述第一电极;
在所述第一电极上形成所述阻变层;
在所述阻变层上形成所述第二电极,
优选的,采用电子束蒸发工艺或溅射工艺形成所述第一电极和第二电极,采用旋涂工艺形成所述阻变层。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明提供的阻变层材料包括羧化壳聚糖、聚乙烯醇和硝酸铵,将其形成的阻变层应用于忆阻器中,羧化壳聚糖的作用是提供离子传输通道,对银离子产生吸引力;聚乙烯醇的作用是对壳聚糖产生力的作用,并且能使银离子均匀发生氧化还原反应;硝酸铵的作用是提高阻变层离子电导率。通过聚合物对于金属离子产生束缚作用能使电阻态缓慢的发生变化进而实现脉冲的增强抑制,而不是瞬间从高阻态变成低阻态,在施加脉冲后有两个量级的电导状态改变,并且不会达到限流,能实现优异的突触可塑性比如兴奋性突触后电流、抑制性突触后电流。本发明在将来的类脑忆阻器件上有非常好的应用价值,这对于突触计算和信息存储是不可或缺的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1和实施例2中忆阻器的结构示意图;
图2是本发明实施例1中忆阻器的I-V图;
图3是本发明实施例1中忆阻器的脉冲数0~160下的电流变化图;
图4是本发明实施例1中忆阻器的脉冲数0~800下的电流变化图。
附图说明:
1-W电极;2-阻变层;3-Ag电极。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明,并不局限于所述最佳实施方式,不对本发明的内容和保护范围构成限制,任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品,均落在本发明的保护范围之内。
原料及仪器来源
羧化壳聚糖:品牌阿拉丁,货号C105800;
聚乙烯醇(PVA):1799聚合度,购自成都市科隆化学品有限公司;
硝酸铵:相对分子质量80.04,购自天津市北方天医化学试剂厂;
半导体测试仪:安捷伦B 1500A吉时利2636B。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者,按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器,均为可以通过市购获得的常规产品,包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种忆阻器,其制备方法如下:
(1)将36mg羧化壳聚糖、24mg聚乙烯醇(PVA)和40mg硝酸铵(NH4NO3)溶于10mL去离子水中,得到阻变层材料;
(2)在玻璃衬底上采用溅射工艺形成厚度为50nm的W电极1;
(3)在步骤(2)制备的W电极1上旋涂步骤(1)制备的阻变层材料,形成厚度为200nm的阻变层2;
(4)在步骤(3)制备的阻变层2上采用电子束蒸发工艺形成厚度为50nm的Ag电极3,得到忆阻器。
实施例2
如图1所示,本实施例提供一种忆阻器,其制备方法如下:
(1)将48mg羧化壳聚糖、12mg聚乙烯醇(PVA)和40mg硝酸铵(NH4NO3)溶于10ml去离子水中,得到阻变层材料;
(2)在玻璃衬底上采用溅射工艺形成厚度为100nm的W电极1;
(3)在步骤(2)制备的W电极1上旋涂步骤(1)制备的阻变层材料,形成厚度为500nm的阻变层2;
(4)在步骤(3)制备的阻变层2上采用电子束蒸发工艺形成厚度为100nm的Ag电极3,得到忆阻器。
实验例
如图2所示,使用安捷伦B1500A半导体测试仪,W电极接地,Ag电极接正极,对器件施加电压4V的扫描测试,随着扫描次数的不断增加,可以发现可以发现电流在不断增加,电导在不断发生改变,阻变层的电阻在不断减小。
如图3所示,使用吉时利2636B半导体测试仪对器件施加连续90个正4.5V的脉冲电压,0.5V的读取电压(脉冲间隔为60ms)限流为500uA,器件的电导逐渐从3uA增加到7.5uA,连续施加反向的80个-4.5V脉冲电压,-0.5V的读取电压(脉冲间隔为60ms),器件的电导从7.5uA降到了3uA。
如图4所示,使用吉时利2636B半导体测试仪对器件施加连续400个正4.5V的脉冲电压,0.5V的读取电压(脉冲间隔为60ms)限流为500uA,器件的电导有两个量级的增加,连续施加反向的80个-4.5V脉冲电压,-0.5V的读取电压(脉冲间隔为60ms),器件的电导又有两个量级的下降。说明本器件能够模拟生物突触,并且实现突触可塑性且有着优异的性能。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种阻变层材料,其特征在于,包括:羧化壳聚糖、聚乙烯醇和硝酸铵。
2.根据权利要求1所述的阻变层材料,其特征在于,还包括溶剂。
3.根据权利要求2所述的阻变层材料,其特征在于,所述溶剂包括:去离子水。
4.根据权利要求1~3任一项所述的阻变层材料,其特征在于,按重量份数计,包括:羧化壳聚糖6-54份、聚乙烯醇6-54份和硝酸铵40份,其中,羧化壳聚糖和聚乙烯醇的重量份数之和为60份。
5.根据权利要求1~3任一项所述的阻变层材料,其特征在于,按重量份数计,包括:羧化壳聚糖36份、聚乙烯醇24份和硝酸铵40份;或者羧化壳聚糖48份、聚乙烯醇12份和硝酸铵40份。
6.权利要求1~5任一项所述的阻变层材料的制备方法,其特征在于,包括:将羧化壳聚糖、聚乙烯醇和硝酸铵溶于去离子水中,得到所述阻变层材料。
7.根据权利要求6所述的阻变层材料的制备方法,其特征在于,每10mL去离子水中加入6~54mg羧化壳聚糖、6~54mg聚乙烯醇和40mg硝酸铵,其中羧化壳聚糖和聚乙烯醇的重量值和为60mg。
8.根据权利要求6所述的阻变层材料的制备方法,其特征在于,每10mL去离子水中加入36mg羧化壳聚糖、24mg聚乙烯醇和40mg硝酸铵;或者每10mL去离子水中加入48mg羧化壳聚糖、12mg聚乙烯醇和40mg硝酸铵。
9.一种忆阻器,其特征在于,包括权利要求1~5任一项所述的阻变层材料形成的阻变层。
10.根据权利要求9所述的忆阻器,其特征在于,包括:第一电极、所述阻变层和第二电极。
11.根据权利要求10所述的忆阻器,其特征在于,所述第一电极包括W电极,所述第二电极包括Ag电极,所述第一电极的厚度为50~100nm,所述阻变层的厚度为200~500nm,所述第二电极的厚度为50~100nm。
12.权利要求10或11所述的忆阻器的制备方法,其特征在于,包括:
在衬底上形成所述第一电极;
在所述第一电极上形成所述阻变层;
在所述阻变层上形成所述第二电极,
13.根据权利要求12所述的忆阻器的制备方法,其特征在于,采用电子束蒸发工艺或溅射工艺形成所述第一电极和第二电极,采用旋涂工艺形成所述阻变层。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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