一种柔性单层纳米薄膜忆阻器的制备方法

摘要

本发明公开了一种柔性单层纳米薄膜忆阻器的制备方法，其运用单层纳米薄膜忆阻器在偏压下产生的空穴和电离氧离子为载流子，依靠空穴和电离氧离子产生量的变化，以实现器件电阻的变化的原理，从制备工艺简化与阻变膜纳米陶瓷材料的化学配方两方面着手，通过省略掉阻变膜陶瓷材料的预先烧结步骤、选用纳米陶瓷烧结温度更低的原料，结合采用更低的煅烧温度；并通过以X²⁺部分取代Ti⁴⁺进行B位取代，增大了阻变膜分子结构的不对称性和内部的空穴量；并采用在生瓷带上镀膜形成“柔性”下电极等系列技术手段，简化了制备工艺、缩短了工艺流程、提高了生产效率，并降低了生产能耗和制造成本，大幅提升了忆阻器的忆阻性能。

主权项

一种柔性单层纳米薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，采用溶胶凝胶法制备Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y混合物靶材，具体步骤如下：(1)、原料准备：按1∶(1‑y)∶y的摩尔比分别取Ba(CH₃COO)₂、C₁₆H₃₆O₄Ti和X(CH₃COO)₂，其中，X为Mg，Zn，Ca，0<y<1，备用；(2)、溶胶制备：将Ba(CH₃COO)₂和X(CH₃COO)₂按1∶y的摩尔比混合均匀后，溶于乙酸；然后，加入乙酰丙酮作稳定剂，加入量为乙酸质量的5％‑20％，搅拌5‑10分钟得到混合溶液；之后，向所得混合溶液中，按Ba:Ti＝1∶(1‑y)的摩尔比，加入C₁₆H₃₆O₄Ti，搅拌5‑10分钟，过滤得到溶胶滤液；(3)、Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y粉体的制备：将所得溶胶滤液置于恒温干燥箱中，在100‑150℃下烘干6‑24小时；取出，研磨后得到Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y粉体；(4)、造粒：在Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y粉体中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，拌和均匀后，过40目筛进行造粒；其中：聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为2‑5％；聚乙烯醇溶液的加入量与上述烘干后的粉末的质量比为2‑5︰100；(5)、靶材成型：将造粒后的混合料置于压片机上压制成块状；然后，将所得块状混合料切割成直径为20‑150mm，高度为2‑10mm的圆柱片，即得Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y混合物靶材；或者：第一步，采用固态反应法制备Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y混合物靶材，具体步骤如下：(1)、原料准备：按摩尔比1∶(1‑y)∶y，分别取BaCO₃、TiO₂和XO；其中，X为Mg、Zn或Ca，0<y<1；备用；(2)、物料混合：将BaCO₃、TiO₂和XO按1∶(1‑y)∶y的摩尔比混合均匀后，加入去离子水或无水乙醇，入球磨机粉磨4‑24小时至颗粒物粒径在0.08mm以下；然后，取出、烘干，得到初级Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y混合粉料；(3)、造粒：在所得Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y混合粉体中加入聚乙烯醇溶液作为粘结剂，拌和均匀后，过40目筛进行造粒；其中：聚乙烯醇溶液的质量百分比浓度为2‑5％；聚乙烯醇溶液的加入量与Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y纳米粉体的质量比为2‑5︰100；(4)、靶材成型：将造粒后的混合料置于压片机上压制成块状；后将块状混合料切割成直径为20‑150mm、厚度为2‑10mm的圆柱片，即得Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y混合物靶材；第二步，下电极的制备：取低温共烧生瓷带基片，以Pt或Au为靶材，采用脉冲激光方法或磁控溅射方法，将Pt或Au沉积在低温共烧生瓷带基片上，形成材质为Pt或Au的下电极；第三步，单层纳米忆阻膜的制备：将所制得的Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y纳米混合物靶材，采用脉冲激光方法或磁控溅射方法，将纳米混合物Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y沉积在下电极的表面上；然后，在700‑900℃下热处理10‑30分钟，得到化学成分为Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y的单层陶瓷纳米薄膜，即为单层纳米忆阻膜；第四步，以材质为Au、Ag或Pt的靶材，采用脉冲激光方法或磁控溅射方法，将Au、Ag或Pt沉积在上述的化学成分为Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y的单层陶瓷纳米薄膜上，制得上电极，即得单层纳米阻变膜忆阻器；或者：第四步，将In‑Ga电极液，采用表面印刷方法镀在上述的化学成分为Ba(Ti_1‑yX_y)O_3‑y的单层陶瓷纳米薄膜上，制得上电极，即得柔性单层纳米薄膜忆阻器。