一種雙層薄膜結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻變存儲(chǔ)器領(lǐng)域，具體涉及一種雙層薄膜結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為未來(lái)最有潛力的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器之一，阻變存儲(chǔ)器(RRAM)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作速度快、存儲(chǔ)密度高等優(yōu)點(diǎn)得到了研究者的廣泛關(guān)注。阻變存儲(chǔ)器的原理是:當(dāng)電流或電壓作用在由電極和存儲(chǔ)介質(zhì)層構(gòu)成的存儲(chǔ)器上時(shí)，該器件的電阻值會(huì)發(fā)生幾個(gè)量級(jí)的改變，并且當(dāng)外電場(chǎng)去除后，這種電阻狀態(tài)仍然可以保持。利用材料的這種在高低兩個(gè)阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，就可以進(jìn)行信息存儲(chǔ)。根據(jù)依靠電場(chǎng)的極性和大小，阻變存儲(chǔ)器可以分為單極性和雙極性。單極性阻變存儲(chǔ)器的電阻狀態(tài)改變只與外電場(chǎng)的大小有關(guān)，而雙極性與外電場(chǎng)的大小和正負(fù)極性均相關(guān)。目前，人們發(fā)現(xiàn)許多金屬氧化物都具有制備阻變存儲(chǔ)器的潛力，比如Ti02、N1, CuO、A1203、ZrO2, ZnO等，以及許多鈣鈦礦化合物和有機(jī)物。
[0003]近年來(lái)，柔性電子技術(shù)受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。柔性電子是一種將無(wú)機(jī)或有機(jī)電子材料制作在柔性或薄金屬基板上的新型電子技術(shù)，具有獨(dú)特的抗彎折特性和高效低成本制造工藝，在能源、信息等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如薄膜太陽(yáng)能電池、柔性顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是所有現(xiàn)代電子行業(yè)的基礎(chǔ)，因此研發(fā)柔性存儲(chǔ)器能推動(dòng)電子行業(yè)的發(fā)展。
[0004]目前，阻變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)層為一種阻變薄膜，存在操作電壓大、高低阻態(tài)分散范圍大、抗疲勞性差等缺點(diǎn)而無(wú)法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。另一方面，在制備柔性器件時(shí)，制備溫度通常不能高于柔性襯底的熔點(diǎn)，而大多數(shù)材料在低溫制備時(shí)，會(huì)由于薄膜內(nèi)缺陷過(guò)多而不具備阻變性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，提供一種在低溫制備時(shí)具有穩(wěn)定阻變性能且有良好柔性的阻變存儲(chǔ)器及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種雙層薄膜結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器，從下往上依次為柔性襯底、底電極、ZnO薄膜層、Al2O3薄膜層和頂電極，所述ZnO薄膜層和Al2O3薄膜層共同組成了阻變存儲(chǔ)器的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層。
[0008]進(jìn)一步地，所述ZnO薄膜層的厚度為180?200nm，所述Al2O3薄膜層的厚度為5?8nm0
[0009]進(jìn)一步地，所述底電極為Au、T1、Pt、Al、Cu、Ag等中的一種或幾種，所述頂電極為Au、T1、Pt、Al、Cu、Ag等中的一種或幾種。
[0010]優(yōu)選地，所述底電極和頂電極均由200nm厚的Au層和20nm?30nm厚的Ti層組成。
[0011]進(jìn)一步地，所述柔性襯底為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜樹脂(PES)或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)等。
[0012]本發(fā)明還提供了一種上述雙層薄膜結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器的制備方法，包括以下步驟:
[0013]步驟1:在柔性襯底上制備底電極；
[0014]步驟2:在步驟I得到的底電極上依次沉積Ζη0、Α1203薄膜，其中，ZnO薄膜的厚度為180?200nm，Al2O3薄膜的厚度為5?8nm，所述ZnO薄膜和Al 203薄膜共同組成了阻變存儲(chǔ)器的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層；
[0015]步驟3:在步驟2得到的ZnO薄膜和Al2O3薄膜組成的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層上制備頂電極。
[0016]進(jìn)一步地，步驟2中所述ZnO薄膜和Al2O3薄膜采用脈沖激光沉積法制備，襯底溫度保持在室溫，利用ZnO、Al2O3陶瓷靶材沉積薄膜。
[0017]進(jìn)一步地，步驟2所述沉積ZnO薄膜時(shí)，采用的靶材為ZnO陶瓷靶材，薄膜的沉積溫度為室溫，氧氣壓強(qiáng)為10Pa，沉積ZnO薄膜的厚度為180?200nm ;沉積Al2O3薄膜時(shí)，采用的靶材為Al2O3陶瓷靶材，薄膜的沉積溫度為室溫，氧氣壓強(qiáng)為7Pa，沉積Al 203薄膜的厚度為5?8nm。
[0018]進(jìn)一步地，步驟I所述底電極和步驟3所述頂電極采用濺射、脈沖激光沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法、電子束蒸發(fā)法等方法制備得到。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明柔性阻變存儲(chǔ)器的阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層為ZnO薄膜和Al2O3薄膜組成的雙層薄膜結(jié)構(gòu)，本發(fā)明柔性阻變存儲(chǔ)器可在室溫下制備，具有優(yōu)良的工藝兼容性；本發(fā)明阻變存儲(chǔ)器在直流電壓觸發(fā)條件下，表現(xiàn)出良好的高低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)變和記憶特性，其高低阻值的比例超過(guò)103，存儲(chǔ)器斷電后的狀態(tài)保持時(shí)間至少在13S以上；本發(fā)明阻變存儲(chǔ)器在經(jīng)過(guò)100次以上大角度彎曲之后，仍然保持良好的電阻轉(zhuǎn)變性能，具有良好的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器的1-V曲線；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器在室溫下經(jīng)200次直流電壓翻轉(zhuǎn)后的電阻值變化曲線圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器的高低電阻值在室溫下隨時(shí)間變化的曲線圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的柔性阻變存儲(chǔ)器在經(jīng)過(guò)100次大角度彎曲后的在200次直流電壓翻轉(zhuǎn)后的電阻值變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步介紹和說(shuō)明。
[0026]實(shí)施例
[0027]如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種阻變存儲(chǔ)介質(zhì)層為Al2O3和ZnO雙層薄膜結(jié)構(gòu)的柔性阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述柔性阻變存儲(chǔ)器自下而上依次為PET柔性襯底、Ti層和Au層組成的底電極、ZnO薄膜層、Al2O3薄膜層、Ti層和Au層組成的頂電極。
[0028]進(jìn)一步地，所述ZnO薄膜層的厚度為180?200nm，所述Al2O3薄膜層的厚度為5?8nm0
[0029]進(jìn)一步地，所述Ti層的厚度為20nm?30nm，Au層的厚度為200nm。
[0030]利用脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)制備上述柔性阻變存儲(chǔ)器的具體過(guò)程為:
[0031]步驟1、柔性襯底的清洗:將PET柔