本發明屬(shu)于(yu)微電(dian)子技術領(ling)域，更具體(ti)地，涉(she)及一種基于(yu)可控(kong)(kong)納米裂(lie)紋實現的互補電(dian)阻開關器(qi)件及其控(kong)(kong)制(zhi)方法(fa)。

背景技術：

隨著(zhu)晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)特征尺寸不斷減小(xiao)，晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)集成數目越來(lai)越多，芯片的(de)(de)(de)(de)功(gong)耗(hao)問題愈(yu)(yu)加突出(chu)，同時(shi)，晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)漏(lou)電問題也愈(yu)(yu)發嚴(yan)重。無源交(jiao)叉矩陣(zhen)是一(yi)種能(neng)夠有效降低(di)功(gong)耗(hao)，同時(shi)提高存儲(chu)密(mi)度的(de)(de)(de)(de)方法，但(dan)是它存在潛(qian)通(tong)路(lu)漏(lou)電流(liu)的(de)(de)(de)(de)問題需要(yao)(yao)(yao)解(jie)決。此外(wai)，傳統(tong)cmos工(gong)藝(yi)(yi)實(shi)(shi)現邏(luo)(luo)(luo)輯運算時(shi)，需要(yao)(yao)(yao)通(tong)過離(li)子(zi)(zi)(zi)注(zhu)入等摻(chan)雜(za)工(gong)藝(yi)(yi)形成nmos和pmos，而當晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)尺寸減小(xiao)到一(yi)定程(cheng)度后，離(li)子(zi)(zi)(zi)注(zhu)入工(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)精確(que)度會受到很大(da)(da)影響。而且，cmos邏(luo)(luo)(luo)輯是易失性的(de)(de)(de)(de)，需要(yao)(yao)(yao)不斷地(di)刷(shua)新，這會產(chan)生(sheng)更多的(de)(de)(de)(de)功(gong)耗(hao)。基于機(ji)械(xie)(xie)式開(kai)(kai)閉實(shi)(shi)現的(de)(de)(de)(de)納電子(zi)(zi)(zi)機(ji)械(xie)(xie)開(kai)(kai)關(guan)具(ju)有零開(kai)(kai)路(lu)漏(lou)電流(liu)，從而具(ju)有高的(de)(de)(de)(de)電流(liu)開(kai)(kai)關(guan)比(bi)，在超低(di)功(gong)耗(hao)器(qi)件的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)方面具(ju)有巨(ju)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)潛(qian)力(li)。此外(wai)，利用(yong)(yong)納電子(zi)(zi)(zi)機(ji)械(xie)(xie)開(kai)(kai)關(guan)來(lai)實(shi)(shi)現邏(luo)(luo)(luo)輯運算時(shi)，由于可以包含多個輸(shu)入輸(shu)出(chu)端，與傳統(tong)晶體(ti)(ti)管(guan)(guan)(guan)相(xiang)比(bi)，實(shi)(shi)現相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)邏(luo)(luo)(luo)輯功(gong)能(neng)需要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)器(qi)件數會更少。但(dan)是目前(qian)納電子(zi)(zi)(zi)機(ji)械(xie)(xie)開(kai)(kai)關(guan)的(de)(de)(de)(de)制備都需要(yao)(yao)(yao)非常復雜(za)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)流(liu)程(cheng)，如高精度的(de)(de)(de)(de)光刻(ke)和刻(ke)蝕技術(shu)等，為大(da)(da)面積(ji)應(ying)(ying)用(yong)(yong)帶來(lai)困難。

由此(ci)可見(jian)，現有技(ji)術存在潛通路(lu)漏電(dian)流、易失性、制備工藝復(fu)雜的(de)技(ji)術問(wen)題。

技術實現要素：

針對現(xian)(xian)有(you)技(ji)術的(de)以上缺陷或(huo)改(gai)進需求，本發明提供了一種基(ji)于(yu)可(ke)控(kong)納米裂(lie)紋實現(xian)(xian)的(de)互(hu)補(bu)電(dian)阻(zu)開關器件及其控(kong)制(zhi)方法(fa)，由此解決現(xian)(xian)有(you)技(ji)術存在潛通路漏電(dian)流、易失(shi)性、制(zhi)備工藝復雜(za)的(de)技(ji)術問題。

為實現上(shang)(shang)述目的(de)(de)，按照本發明(ming)的(de)(de)一(yi)(yi)個方面，提供了一(yi)(yi)種基于可控納米裂(lie)紋實現的(de)(de)互補電(dian)(dian)阻(zu)開(kai)關器件，包括由(you)上(shang)(shang)至下依次設置的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)、合(he)金(jin)(jin)薄膜和鐵電(dian)(dian)材(cai)料，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)與合(he)金(jin)(jin)薄膜的(de)(de)尺寸相(xiang)同(tong)，金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)包括對稱分布的(de)(de)第(di)一(yi)(yi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)和第(di)二金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)，第(di)一(yi)(yi)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)和第(di)二金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)(dian)極(ji)之間有(you)一(yi)(yi)條長方形間隙。

進(jin)一步地，間(jian)隙的寬為4μm-6μm。

進一(yi)步地(di)，間隙的(de)長為(wei)90μm-110μm，間隙兩邊的(de)第一(yi)金屬電極(ji)和第二金屬電極(ji)的(de)寬(kuan)均為(wei)20μm-25μm。

進一(yi)(yi)步地(di)，間隙的長為20μm-40μm，間隙兩邊的第一(yi)(yi)金屬電極和(he)第二(er)金屬電極的寬均為70μm-80μm。

進一步地(di)，鐵(tie)電材料為鈮(ni)鎂酸鉛(qian)鈦(tai)酸鉛(qian)(pmn-pt)、鈮(ni)鋅(xin)酸鉛(qian)鈦(tai)酸鉛(qian)(pzn-pt)、鋯(gao)鈦(tai)酸鉛(qian)(pzt)、鈦(tai)酸鋇(bei)(bto)或(huo)(huo)(huo)者鐵(tie)酸鉍(bfo)，所述合金(jin)薄膜為mnpt或(huo)(huo)(huo)者fept，所述金(jin)屬電極為au、ag、cu或(huo)(huo)(huo)者al。

按照本發明的(de)另(ling)一方(fang)面(mian)，對于(yu)間隙(xi)的(de)長為(wei)90μm-110μm，間隙(xi)兩邊的(de)第(di)一金屬電極和第(di)二金屬電極的(de)寬(kuan)均為(wei)20μm-25μm的(de)互補電阻開關(guan)器件(jian)提供了一種控(kong)制方(fang)法，包括：

在第一金屬電(dian)極和第二(er)金屬電(dian)極上施(shi)加循環(huan)(huan)電(dian)壓(ya)，在間隙兩邊(bian)的合金薄膜(mo)上產生(sheng)沿寬度(du)方向(xiang)擴展(zhan)的裂紋(wen)，通過控制循環(huan)(huan)電(dian)壓(ya)調控裂紋(wen)的開(kai)閉。

進一(yi)步地，施加(jia)循環電(dian)(dian)(dian)壓(ya)為施加(jia)正電(dian)(dian)(dian)壓(ya)時，與電(dian)(dian)(dian)壓(ya)源正極(ji)相連的(de)第一(yi)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)下方(fang)的(de)合金(jin)薄膜區域內的(de)裂紋打開，與電(dian)(dian)(dian)壓(ya)源負極(ji)相連的(de)第二金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)下方(fang)的(de)合金(jin)薄膜區域內的(de)裂紋閉合；

進(jin)一(yi)(yi)步地，施(shi)(shi)加(jia)循(xun)環電(dian)壓為施(shi)(shi)加(jia)負電(dian)壓時，與電(dian)壓源負極相連的(de)(de)第一(yi)(yi)金屬(shu)電(dian)極下方的(de)(de)合(he)金薄膜區域內(nei)的(de)(de)裂紋閉合(he)，與電(dian)壓源正(zheng)極相連的(de)(de)第二金屬(shu)電(dian)極下方的(de)(de)合(he)金薄膜區域內(nei)的(de)(de)裂紋打開。

按照本發明的(de)另(ling)一(yi)方面，對(dui)于間(jian)隙的(de)長為20μm-40μm，間(jian)隙兩邊的(de)第一(yi)金(jin)屬電(dian)極(ji)和第二金(jin)屬電(dian)極(ji)的(de)寬均為70μm-80μm的(de)互補電(dian)阻開關(guan)器件提供了一(yi)種控制方法(fa)，包括(kuo)：

在第一金屬電(dian)極和(he)第二金屬電(dian)極上施加(jia)循(xun)環(huan)電(dian)壓，在間隙兩(liang)邊的(de)合金薄膜(mo)上產(chan)生沿長(chang)度(du)方向擴展(zhan)的(de)裂紋(wen)，通(tong)過控制循(xun)環(huan)電(dian)壓調(diao)控裂紋(wen)的(de)開(kai)閉。

進一步地，施加(jia)循(xun)環(huan)電(dian)(dian)(dian)壓為施加(jia)正電(dian)(dian)(dian)壓時，與電(dian)(dian)(dian)壓源(yuan)正極(ji)(ji)相(xiang)連的(de)(de)第一金屬(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)下(xia)方(fang)的(de)(de)合金薄膜區(qu)域(yu)內的(de)(de)裂紋(wen)(wen)打(da)開，與電(dian)(dian)(dian)壓源(yuan)負極(ji)(ji)相(xiang)連的(de)(de)第二(er)金屬(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)下(xia)方(fang)的(de)(de)合金薄膜區(qu)域(yu)內的(de)(de)裂紋(wen)(wen)閉合。

進一步地，施加(jia)循(xun)環電(dian)(dian)壓為施加(jia)負電(dian)(dian)壓時，與(yu)(yu)電(dian)(dian)壓源(yuan)負極(ji)(ji)相連的(de)第一金屬電(dian)(dian)極(ji)(ji)下方的(de)合金薄膜區(qu)域內的(de)裂(lie)紋(wen)閉合，與(yu)(yu)電(dian)(dian)壓源(yuan)正極(ji)(ji)相連的(de)第二金屬電(dian)(dian)極(ji)(ji)下方的(de)合金薄膜區(qu)域內的(de)裂(lie)紋(wen)打開。

總體而言，通(tong)過本發明所構思的以上(shang)技術方案與(yu)現有技術相(xiang)比(bi)，能夠取得(de)下(xia)列有益效果：

(1)本發(fa)明包括由上至下(xia)依次設置的(de)金屬(shu)(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)、合(he)(he)金薄膜和鐵電(dian)(dian)(dian)材料，金屬(shu)(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)與合(he)(he)金薄膜的(de)尺寸(cun)相同，金屬(shu)(shu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)有一條(tiao)長方形間(jian)隙。由此(ci)說明本發(fa)明結構簡單，因此(ci)制備工(gong)藝也很(hen)簡單。在由鐵電(dian)(dian)(dian)材料與合(he)(he)金薄膜構成(cheng)的(de)異質(zhi)結中，通(tong)過施加循環電(dian)(dian)(dian)壓驅(qu)動鐵電(dian)(dian)(dian)疇翻(fan)轉，可(ke)以(yi)在合(he)(he)金薄膜內誘(you)導產生納(na)米寬度的(de)裂紋，并且可(ke)以(yi)在循環電(dian)(dian)(dian)壓作(zuo)用下(xia)實現非易失性的(de)開閉。該納(na)米裂紋與它兩端的(de)電(dian)(dian)(dian)極(ji)共同構成(cheng)了新(xin)型的(de)，具有簡單制備工(gong)藝的(de)納(na)電(dian)(dian)(dian)子機械開關。

(2)對于間(jian)隙的(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)(chang)為90μm-110μm，間(jian)隙兩邊的(de)(de)(de)(de)(de)第(di)(di)一金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和第(di)(di)二(er)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)均為20μm-25μm的(de)(de)(de)(de)(de)互補電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻開關(guan)器件，在(zai)第(di)(di)一金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和第(di)(di)二(er)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)上(shang)施加循(xun)環(huan)(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓，在(zai)間(jian)隙兩邊的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)薄膜上(shang)產生沿(yan)寬(kuan)(kuan)度方向(xiang)(xiang)(xiang)擴(kuo)展的(de)(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)，通(tong)過控(kong)制(zhi)循(xun)環(huan)(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓調(diao)控(kong)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)開閉。對于間(jian)隙的(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)(chang)為20μm-40μm，間(jian)隙兩邊的(de)(de)(de)(de)(de)第(di)(di)一金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和第(di)(di)二(er)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)均為70μm-80μm的(de)(de)(de)(de)(de)互補電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻開關(guan)器件，在(zai)第(di)(di)一金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)和第(di)(di)二(er)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)上(shang)施加循(xun)環(huan)(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓，在(zai)間(jian)隙兩邊的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)薄膜上(shang)產生沿(yan)長(chang)(chang)度方向(xiang)(xiang)(xiang)擴(kuo)展的(de)(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)，通(tong)過控(kong)制(zhi)循(xun)環(huan)(huan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓調(diao)控(kong)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)開閉。由此可見，本(ben)申請可以通(tong)過設置不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)實現不(bu)同(tong)方向(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展。當金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)較(jiao)(jiao)寬(kuan)(kuan)時，容(rong)易形成沿(yan)長(chang)(chang)度方向(xiang)(xiang)(xiang)擴(kuo)展的(de)(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)，當金(jin)屬(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)較(jiao)(jiao)窄時，容(rong)易形成沿(yan)長(chang)(chang)度方向(xiang)(xiang)(xiang)擴(kuo)展的(de)(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)。

(3)本發(fa)明通過面內施(shi)加電(dian)壓的(de)方(fang)式，在兩處分離的(de)電(dian)極區域下方(fang)對應的(de)合金薄膜區域各誘(you)導產生一(yi)條裂紋，其目的(de)在于實現(xian)具有低(di)功(gong)耗、非易失和無(wu)需摻雜(za)工(gong)藝的(de)邏輯運算(suan)。另外可以構(gou)成互補電(dian)阻開關，用來解決無(wu)源(yuan)交叉矩陣中存(cun)在的(de)潛通路漏電(dian)流(liu)問題。

附圖說明

圖1是本發明實施(shi)例提供(gong)的合金薄(bo)膜長度方向沿x方向平行排列時(shi)的互(hu)補電阻開(kai)關(guan)器(qi)件結構示意(yi)圖；

圖2(a)是本發明實(shi)施例(li)提供(gong)的(de)(de)合金薄膜(mo)長度方(fang)向(xiang)沿x方(fang)向(xiang)平行排列時的(de)(de)互補電阻開關器件的(de)(de)制備流程圖中的(de)(de)第一步；

圖(tu)(tu)2(b)是本發明(ming)實施例提供的(de)(de)合金薄膜長(chang)度方向沿x方向平行(xing)排列時(shi)的(de)(de)互補電(dian)阻開關器件的(de)(de)制備流(liu)程圖(tu)(tu)中(zhong)的(de)(de)第(di)二步；

圖2(c)是本(ben)發明(ming)實施例提供的合金薄膜長度方(fang)向(xiang)沿x方(fang)向(xiang)平(ping)行排列(lie)時的互補電阻開關器件的制備流程圖中的第(di)三步；

圖(tu)2(d)是(shi)本發明實施(shi)例提供的(de)合金(jin)薄膜長(chang)度(du)方向沿x方向平行排列時(shi)的(de)互補電阻開(kai)關器件的(de)制備流程圖(tu)中的(de)第四步；

圖2(e)是本發明(ming)實(shi)施例提供(gong)的合金薄膜長度方向沿x方向平行排列時的互補電(dian)阻開關(guan)器(qi)件(jian)的制(zhi)備流程圖中的第五步；

圖2(f)是本發明實施(shi)例(li)提供的(de)合金(jin)薄膜(mo)長度(du)方(fang)向沿x方(fang)向平(ping)行排列時的(de)互補電阻開關(guan)器件的(de)制備流程圖中的(de)第六步；

圖3是(shi)本發明實(shi)施例提供的合(he)金薄膜長(chang)度方向沿(yan)x方向平(ping)行排列時的互補電阻(zu)開關器件(jian)的電學測試示(shi)意圖；

圖4是本發明實施(shi)例提供的(de)調(diao)控裂紋開閉施(shi)加的(de)循(xun)環(huan)電(dian)壓(ya)隨時(shi)間變化的(de)曲線；

圖(tu)5(a)是本發(fa)明(ming)實施例(li)提供的(de)合金薄(bo)膜(mo)長度方向(xiang)沿x方向(xiang)平行排列時的(de)互補(bu)電阻(zu)開關器(qi)件光學顯微圖(tu)；

圖(tu)5(b)是本發明實施(shi)例提(ti)供的合金薄膜長(chang)度方(fang)向沿x方(fang)向平(ping)行排(pai)列，施(shi)加(jia)正(zheng)向電壓(ya)時(shi)的光學顯微圖(tu)；

圖5(c)是(shi)本發明(ming)實施(shi)例提供的合金薄膜長度方(fang)向(xiang)沿(yan)x方(fang)向(xiang)平(ping)行排列，施(shi)加負向(xiang)電壓時的光學顯微圖；

圖6(a)是本發明實(shi)施例提(ti)供的合金薄(bo)膜長度(du)方向沿x方向平行排列(lie)，在裂紋兩側分別(bie)施加固定(ding)電壓(ya)，通過兩處裂紋的電流隨(sui)循環電壓(ya)變化的曲線；

圖6(b)是本發明實(shi)施例提供的(de)合(he)金薄膜長度(du)方(fang)(fang)向沿x方(fang)(fang)向平行排列，裂紋隨正(zheng)負電壓脈(mo)沖(chong)變(bian)化的(de)電學測試(shi)結(jie)果；

圖6(c)是(shi)本發明實施例提供的合金薄膜長度方向沿x方向平行(xing)排列，與電(dian)壓(ya)源(yuan)正極相連的裂紋隨正負(fu)電(dian)壓(ya)脈沖變化的電(dian)學測試結果；

圖6(d)是本發明實施例(li)提供的(de)合金(jin)薄膜長度方(fang)向沿x方(fang)向平行排列，與電(dian)壓源負極相連的(de)裂紋(wen)隨正負電(dian)壓脈沖變化的(de)電(dian)學測(ce)試結(jie)果；

圖7是本(ben)發明實施例提(ti)供(gong)的合金薄膜寬度方(fang)向(xiang)(xiang)沿x方(fang)向(xiang)(xiang)平行排列(lie)時的互補電阻開關器件結構示意圖；

圖8(a)是(shi)本發明實施例提供的(de)合金(jin)薄膜寬度方向(xiang)沿(yan)x方向(xiang)平行排列(lie)時(shi)的(de)互補(bu)電阻開(kai)關器件(jian)的(de)制(zhi)備(bei)流程圖中的(de)第(di)一(yi)步；

圖(tu)8(b)是本發明(ming)實施(shi)例提供(gong)的合金薄膜(mo)寬度方(fang)向沿x方(fang)向平行排(pai)列時的互補電阻開關器件(jian)的制備流程圖(tu)中的第(di)二步；

圖8(c)是本發明實施例提供的(de)合金薄(bo)膜(mo)寬度方向(xiang)沿x方向(xiang)平行排列(lie)時(shi)的(de)互補電阻開(kai)關器件的(de)制備流(liu)程圖中的(de)第(di)三(san)步；

圖(tu)8(d)是本發明(ming)實(shi)施例(li)提供的(de)合金薄(bo)膜寬度方向沿(yan)x方向平行(xing)排列時(shi)的(de)互補電(dian)阻(zu)開關器件(jian)的(de)制備流程(cheng)圖(tu)中的(de)第四步(bu)；

圖8(e)是本發(fa)明實施例(li)提供的(de)合金(jin)薄膜寬度方(fang)向沿x方(fang)向平行排列(lie)時(shi)的(de)互補電阻(zu)開關器件(jian)的(de)制備(bei)流程圖中的(de)第五步；

圖(tu)8(f)是本(ben)發明實施例提供的(de)(de)合金薄膜(mo)寬(kuan)度方向(xiang)沿x方向(xiang)平(ping)行排列時(shi)的(de)(de)互補電阻(zu)開(kai)關(guan)器件的(de)(de)制備(bei)流程(cheng)圖(tu)中的(de)(de)第六步；

圖9是本發明實施(shi)例提(ti)供的合金薄(bo)膜寬(kuan)度(du)方向沿x方向平行排列時(shi)的互補電阻開關器件的電學測試示意圖；

圖(tu)10(a)是(shi)本(ben)發明實(shi)施例提供的合金薄膜(mo)寬度方(fang)向(xiang)沿x方(fang)向(xiang)平行(xing)排列時的互補電(dian)阻開關器件(jian)光學顯微圖(tu)；

圖10(b)是本發(fa)明實施例提供(gong)的合金薄膜寬(kuan)度方向(xiang)沿x方向(xiang)平行排列，施加正向(xiang)電壓時的光學顯微圖；

圖(tu)10(c)是(shi)本發(fa)明實施例提供的(de)合金薄膜寬度方(fang)向(xiang)沿x方(fang)向(xiang)平行(xing)排列，施加負向(xiang)電(dian)壓時(shi)的(de)光學顯微圖(tu)；

圖11(a)是本(ben)發明(ming)實(shi)施例(li)提供的(de)合(he)金(jin)薄膜寬度(du)方向(xiang)沿x方向(xiang)平行排列，施加正向(xiang)電壓(ya)并撤去后(hou)，與電壓(ya)源正極(ji)相連的(de)合(he)金(jin)薄膜內(nei)的(de)裂紋局部的(de)原子力顯微鏡圖像；

圖(tu)(tu)11(b)是本發(fa)明實施例(li)提供的(de)合金薄膜長度方沿x方向平行排列，施加負向電壓并撤去后(hou)，與電壓源(yuan)正(zheng)極相(xiang)連的(de)合金薄膜內(nei)的(de)裂紋局(ju)部(bu)的(de)原子(zi)力顯微鏡圖(tu)(tu)像；

圖12是本發明實施例提供的(de)合金(jin)薄膜寬(kuan)度方向沿x方向平行排列，在(zai)裂紋兩(liang)側(ce)分別施加固定(ding)電壓，通(tong)過兩(liang)處裂紋的(de)電流隨循環電壓變化(hua)的(de)曲線；

圖13(a)是本(ben)發明實施例提供的合金薄膜寬度方(fang)向沿(yan)x方(fang)向平行排(pai)列，裂紋隨正(zheng)負電(dian)壓(ya)脈沖變化的電(dian)學測試結果；

圖13(b)是本發明實施(shi)例提供(gong)的(de)合金薄膜寬度方向(xiang)沿x方向(xiang)平行排列(lie)，與(yu)電壓源正(zheng)極相連的(de)裂紋隨正(zheng)負(fu)電壓脈沖變(bian)化的(de)電學測試結果；

圖13(c)是(shi)本發明實施例提供的合金(jin)薄膜(mo)寬(kuan)度(du)方向沿x方向平行排列，與電(dian)壓源負極(ji)相連的裂(lie)紋隨正負電(dian)壓脈沖(chong)變化的電(dian)學測試結果。

具體實施方式

為了使本(ben)(ben)發(fa)明的(de)目的(de)、技(ji)術(shu)方(fang)(fang)案(an)及優點更加清楚明白，以(yi)(yi)下結合附圖及實施例，對本(ben)(ben)發(fa)明進行進一步詳(xiang)細(xi)說明。應當理解，此處所描述(shu)的(de)具(ju)體(ti)實施例僅(jin)僅(jin)用以(yi)(yi)解釋本(ben)(ben)發(fa)明，并不用于限定本(ben)(ben)發(fa)明。此外，下面(mian)所描述(shu)的(de)本(ben)(ben)發(fa)明各個實施方(fang)(fang)式中所涉及到(dao)的(de)技(ji)術(shu)特(te)征只要彼此之(zhi)間(jian)未(wei)構成沖突就(jiu)可以(yi)(yi)相互組(zu)合。

如圖1所示，一(yi)(yi)種(zhong)基(ji)于(yu)可控納米裂紋實現(xian)的(de)互(hu)補電阻開關(guan)器件，包括鐵電材料a、合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)b與(yu)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)c1、c2、c3、c4，所述合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)位(wei)于(yu)鐵電材料上(shang)方，金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)位(wei)于(yu)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)上(shang)方。器件結構呈對(dui)稱(cheng)分布(bu)，器件中心區域對(dui)稱(cheng)分布(bu)的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)長(chang)度方向沿x方向平行排列。金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)與(yu)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)的(de)尺寸相(xiang)同，c1和c2組成第(di)一(yi)(yi)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)，c3、c4組成第(di)二(er)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)，第(di)一(yi)(yi)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)和第(di)二(er)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)之間有一(yi)(yi)條長(chang)方形間隙(xi)。間隙(xi)的(de)寬為4μm-6μm。間隙(xi)的(de)長(chang)為90μm-110μm，間隙(xi)兩邊的(de)第(di)一(yi)(yi)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)和第(di)二(er)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)電極(ji)(ji)(ji)的(de)寬均為20μm-25μm。

如圖2(a)-2(f)所(suo)示，一種基于可控納米裂(lie)紋實(shi)現的，且(qie)合金薄膜長度方(fang)向(xiang)沿x方(fang)向(xiang)的互補電阻開關器件的制備流程圖，包括：

在鐵電(dian)(dian)材料表面依次沉積合金(jin)薄膜與(yu)金(jin)屬電(dian)(dian)極；通過光刻(ke)與(yu)刻(ke)蝕工藝將合金(jin)薄膜與(yu)金(jin)屬電(dian)(dian)極制(zhi)備成所需的形狀。

圖(tu)3所(suo)示是一種基于可(ke)控(kong)納米裂紋(wen)實現的(de)，且(qie)合金薄膜長度方(fang)(fang)向沿x方(fang)(fang)向的(de)互補電(dian)(dian)(dian)阻(zu)開關器(qi)件的(de)電(dian)(dian)(dian)學測(ce)試示意圖(tu)。調控(kong)電(dian)(dian)(dian)壓vc的(de)兩端分(fen)別與金屬(shu)電(dian)(dian)(dian)極c1和(he)c3相(xiang)連，在(zai)金屬(shu)電(dian)(dian)(dian)極c1和(he)c2、c3和(he)c4之間分(fen)別施加(jia)固(gu)定電(dian)(dian)(dian)壓1mv，同時測(ce)量通路里(li)面(mian)的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，通過電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)值的(de)大小來反應裂紋(wen)的(de)開閉。

圖4所示是(shi)調(diao)控電壓vc隨時間變(bian)化的示意圖。vc的變(bian)化主要分為四段，包(bao)括(kuo)：從(cong)(cong)零逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加(jia)到正向(xiang)最大(da)(da)；從(cong)(cong)正向(xiang)最大(da)(da)逐(zhu)漸(jian)減小到零；從(cong)(cong)零逐(zhu)漸(jian)增(zeng)加(jia)到負向(xiang)最大(da)(da)；從(cong)(cong)負向(xiang)最大(da)(da)逐(zhu)漸(jian)減小到零。在器件制(zhi)備完成之(zhi)后，首先施加(jia)循環電壓在器件中(zhong)心(xin)區(qu)域誘導產(chan)生一條沿y方向(xiang)擴(kuo)展的裂紋(wen)。

圖5(a)是合金薄膜長(chang)度方(fang)向沿x方(fang)向的互補電阻開(kai)關器(qi)件的光學顯(xian)微圖。

圖5(b)所示(shi)(shi)是(shi)合金(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)長(chang)度(du)方向(xiang)沿x方向(xiang)的(de)互補電(dian)阻開關(guan)器件，在施加vc＝+20v后的(de)光學(xue)顯(xian)(xian)微圖。與(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)正(zheng)極相(xiang)連(lian)的(de)合金(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)區(qu)域(yu)內(nei)(nei)的(de)裂(lie)(lie)紋(裂(lie)(lie)紋1)是(shi)打開狀態，而與(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)負(fu)極相(xiang)連(lian)的(de)合金(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)區(qu)域(yu)內(nei)(nei)的(de)裂(lie)(lie)紋(裂(lie)(lie)紋2)是(shi)閉合狀態。兩個分離區(qu)域(yu)內(nei)(nei)的(de)裂(lie)(lie)紋呈(cheng)現(xian)一開一閉狀態。插圖顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)是(shi)與(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)正(zheng)極相(xiang)連(lian)的(de)合金(jin)(jin)薄(bo)膜(mo)區(qu)域(yu)內(nei)(nei)的(de)局部(bu)裂(lie)(lie)紋的(de)掃描電(dian)子顯(xian)(xian)微鏡圖像，裂(lie)(lie)紋打開時的(de)寬度(du)大(da)約為(wei)40nm。

圖(tu)5(c)所示是合金(jin)(jin)薄膜(mo)(mo)長度方向沿x方向的(de)(de)(de)(de)互(hu)補電(dian)阻開(kai)關(guan)器件(jian)，在(zai)施加vc＝-20v后的(de)(de)(de)(de)光學顯微圖(tu)。與(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)(yuan)正極相連(lian)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)(jin)薄膜(mo)(mo)區域(yu)內(nei)的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)是閉合狀(zhuang)態，而與(yu)電(dian)壓(ya)源(yuan)(yuan)負極相連(lian)的(de)(de)(de)(de)合金(jin)(jin)薄膜(mo)(mo)區域(yu)內(nei)的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)是打開(kai)狀(zhuang)態。結合圖(tu)5(b)可以看到(dao)，位于兩(liang)個分離(li)區域(yu)內(nei)的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)，在(zai)循環(huan)調控電(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)作用下呈現出互(hu)補式的(de)(de)(de)(de)開(kai)閉。

圖6(a)所示是與電壓源正負極分別相連的合金薄膜區域內的裂紋隨調控電壓變化的電學測試曲線。在箭頭1和2所示的變化區間內：首先隨著負向電壓的增大，通過裂紋1的電流從約10⁸pa驟降至10³pa附近，對應的裂紋狀態從閉合到打開；通過裂紋2的電流則從約10³pa上升至10⁸pa附近(jin)，對(dui)應的裂紋狀(zhuang)態(tai)(tai)由打(da)開(kai)到(dao)閉合(he)；隨(sui)著電壓(ya)從(cong)負(fu)向(xiang)最(zui)大逐(zhu)漸減小(xiao)至(zhi)零，通(tong)過裂紋1和(he)裂紋2的電流幾乎(hu)沒有發生改(gai)變(bian)，體現出了很(hen)好的非(fei)易失(shi)性(xing)。與此相對(dui)應，在箭頭3和(he)4所示的變(bian)化區間內(nei)，在正向(xiang)電壓(ya)作用(yong)下，裂紋1由打(da)開(kai)狀(zhuang)態(tai)(tai)恢復為閉合(he)狀(zhuang)態(tai)(tai)，裂紋2由閉合(he)狀(zhuang)態(tai)(tai)變(bian)為打(da)開(kai)狀(zhuang)態(tai)(tai)，并且(qie)依然保持(chi)了很(hen)好的非(fei)易失(shi)性(xing)。此外，還可以看到(dao)，翻轉(zhuan)電壓(ya)平均在5v左右(you)。

圖6(b)所示是與電壓源正(zheng)負(fu)(fu)極(ji)分別相(xiang)連的(de)合金薄(bo)膜區域內的(de)裂(lie)紋隨正(zheng)負(fu)(fu)電壓脈(mo)沖變化的(de)電學測試(shi)結(jie)果。可以看到，在正(zheng)負(fu)(fu)30v電壓脈(mo)沖循環作用下(xia)，裂(lie)紋1和裂(lie)紋2呈現出互補(bu)式地開閉(bi)，形成互補(bu)電阻開關(guan)器件，同(tong)時具有(you)很好(hao)的(de)非易失性(xing)。

圖6(c)和(d)所示是(shi)與電壓(ya)源正負極分別相連的(de)(de)合金薄膜區(qu)域內(nei)的(de)(de)裂紋隨正負電壓(ya)脈(mo)沖變化的(de)(de)電學測試結果。可(ke)以看到，在(zai)多次正負電壓(ya)脈(mo)沖循環作用下(xia)，裂紋1和裂紋2仍然呈現出很好的(de)(de)互(hu)補式開閉(bi)和重復(fu)性。

如圖7所(suo)示，一(yi)種基于(yu)可控(kong)納(na)米裂紋(wen)實現(xian)的(de)(de)互補電(dian)阻(zu)開關(guan)器(qi)(qi)件(jian)，包括(kuo)鐵電(dian)材(cai)料(liao)a、合(he)金薄膜(mo)(mo)b1、b2與(yu)金屬電(dian)極(ji)c1、c2，所(suo)述合(he)金薄膜(mo)(mo)位于(yu)鐵電(dian)材(cai)料(liao)上方(fang)(fang)，金屬電(dian)極(ji)位于(yu)合(he)金薄膜(mo)(mo)上方(fang)(fang)。器(qi)(qi)件(jian)結構呈對(dui)稱(cheng)分布，對(dui)稱(cheng)分布的(de)(de)合(he)金薄膜(mo)(mo)寬度方(fang)(fang)向沿x方(fang)(fang)向平行排列。金屬電(dian)極(ji)c1、c2之(zhi)間(jian)有一(yi)條長方(fang)(fang)形間(jian)隙。間(jian)隙的(de)(de)寬為(wei)4μm-6μm。間(jian)隙的(de)(de)長為(wei)20μm-40μm，間(jian)隙兩邊(bian)的(de)(de)第一(yi)金屬電(dian)極(ji)和第二金屬電(dian)極(ji)的(de)(de)寬均(jun)為(wei)70μm-80μm。

如圖(tu)(tu)8(a)-8(f)所(suo)示，一種(zhong)基于可控納米裂(lie)紋實現的(de)，且(qie)合金薄膜寬度方向沿x方向的(de)互(hu)補電阻開關(guan)器件的(de)制(zhi)備流程圖(tu)(tu)，包括：

在鐵電(dian)材料表面依次沉積合(he)金薄膜與(yu)金屬(shu)電(dian)極(ji)；通過光(guang)刻(ke)與(yu)刻(ke)蝕工藝將合(he)金薄膜與(yu)金屬(shu)電(dian)極(ji)制備成所需的形狀(zhuang)。

圖9所示是一種基于可控(kong)納(na)米裂紋(wen)實現的(de)，且合金薄(bo)膜寬度方向沿x方向的(de)互補電(dian)(dian)阻開關(guan)器件的(de)電(dian)(dian)學測試示意圖。調(diao)控(kong)電(dian)(dian)壓vc的(de)兩(liang)(liang)端(duan)(duan)分別與金屬電(dian)(dian)極c1和(he)c2相連，在金屬電(dian)(dian)極c1兩(liang)(liang)端(duan)(duan)、c2兩(liang)(liang)端(duan)(duan)之間分別施加(jia)固(gu)定(ding)電(dian)(dian)壓1mv，同時測量(liang)通路里面的(de)電(dian)(dian)流，通過電(dian)(dian)流值(zhi)的(de)大小來(lai)反應裂紋(wen)的(de)開閉。

圖10(a)是(shi)合金薄膜寬度方向沿x方向的互補電(dian)阻開關器件的光學顯微圖。

圖(tu)10(b)所示是(shi)合(he)金薄(bo)膜(mo)寬度(du)方向沿x方向的(de)互(hu)補電(dian)阻開(kai)(kai)關器件，在施加vc＝+50v后的(de)光學顯微圖(tu)。與電(dian)壓源正極(ji)相(xiang)連的(de)合(he)金薄(bo)膜(mo)區域(yu)內(nei)的(de)裂紋是(shi)打開(kai)(kai)狀(zhuang)態，而(er)與電(dian)壓源負極(ji)相(xiang)連的(de)合(he)金薄(bo)膜(mo)區域(yu)內(nei)的(de)裂紋是(shi)閉合(he)狀(zhuang)態。兩個分離(li)區域(yu)內(nei)的(de)裂紋呈現一開(kai)(kai)一閉狀(zhuang)態。

圖10(c)所示(shi)是(shi)(shi)合(he)金薄膜寬度方(fang)向(xiang)(xiang)沿(yan)x方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)互補電(dian)(dian)阻開(kai)關器(qi)件，在(zai)施加(jia)vc＝-50v后的(de)(de)光學顯(xian)微圖。與電(dian)(dian)壓(ya)(ya)源正極相(xiang)連的(de)(de)合(he)金薄膜區域內(nei)的(de)(de)裂紋(裂紋1)是(shi)(shi)閉合(he)狀(zhuang)態，而與電(dian)(dian)壓(ya)(ya)源負極相(xiang)連的(de)(de)合(he)金薄膜區域內(nei)的(de)(de)裂紋(裂紋2)是(shi)(shi)打開(kai)狀(zhuang)態。結合(he)圖10(b)可以看(kan)到，位(wei)于(yu)兩個分離區域內(nei)的(de)(de)裂紋，在(zai)循環(huan)調(diao)控(kong)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)作用下呈現出互補式的(de)(de)開(kai)閉。

圖(tu)11(a)所示是合金薄膜(mo)寬度方向沿(yan)x方向的(de)(de)互(hu)補電阻(zu)開(kai)關器(qi)件，在施加vc＝+50v并撤(che)去后，與電壓源正極(ji)相連的(de)(de)合金薄膜(mo)區域(yu)內，局部裂紋(wen)的(de)(de)原(yuan)子力顯微鏡圖(tu)像。從(cong)圖(tu)中(zhong)可(ke)以得出打開(kai)狀(zhuang)態時裂紋(wen)的(de)(de)寬度為50nm左(zuo)右。

圖(tu)11(b)所(suo)示是(shi)合(he)金薄膜寬度方向(xiang)沿(yan)x方向(xiang)的(de)互補電(dian)阻開關器件(jian)，在施加vc＝-50v并撤去后，與電(dian)壓源正極相連的(de)合(he)金薄膜區域內(nei)，局部裂紋的(de)原子力(li)顯微鏡圖(tu)像。從(cong)圖(tu)中可以看到(dao)此時裂紋處于很好的(de)閉合(he)狀態。

圖12所示是與電壓源正負極分別相連的合金薄膜區域內的裂紋隨調控電壓變化的電學測試曲線。在箭頭1和2所示的變化區間內：首先隨著負向電壓的增大，通過裂紋1的電流從約10⁷pa驟降至10²pa附近，對應的裂紋狀態從閉合到打開；通過裂紋2的電流則從幾個pa上升至10⁷pa附近，對應的裂紋狀態由打開到閉合；隨著電壓從負向最大逐漸減小至零，通過裂紋1的電流從10²pa附(fu)近下(xia)降至(zhi)幾個pa，裂(lie)(lie)紋(wen)2的電流幾乎沒有發生改變，體現(xian)出(chu)了(le)很(hen)好(hao)的非易(yi)失(shi)性(xing)。與此相對應，在(zai)箭頭(tou)3和4所(suo)示(shi)的變化區間(jian)內，在(zai)正向電壓作用(yong)下(xia)，裂(lie)(lie)紋(wen)1由(you)打開(kai)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)恢復為(wei)閉(bi)合狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，裂(lie)(lie)紋(wen)2由(you)閉(bi)合狀(zhuang)(zhuang)態(tai)變為(wei)打開(kai)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，并且(qie)依(yi)然保持了(le)很(hen)好(hao)的非易(yi)失(shi)性(xing)。此外(wai)，還(huan)可以(yi)看(kan)到，翻轉電壓平均在(zai)10v左右。

圖13(a)所示是(shi)與電(dian)(dian)(dian)(dian)壓源正負極分別相連(lian)的合金(jin)薄膜(mo)區域(yu)內的裂(lie)紋(wen)隨正負電(dian)(dian)(dian)(dian)壓脈(mo)沖(chong)變化的電(dian)(dian)(dian)(dian)學測試結果。可以(yi)看到(dao)，在正負50v電(dian)(dian)(dian)(dian)壓脈(mo)沖(chong)循環作用(yong)下(xia)，裂(lie)紋(wen)1和(he)裂(lie)紋(wen)2呈(cheng)現(xian)出互(hu)補(bu)式地開閉，形成互(hu)補(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻開關器件(jian)，同時具有很好的非易失(shi)性(xing)。

圖13(b)和(he)(c)所(suo)示是與(yu)電(dian)壓源正(zheng)負極分別(bie)相連的合金(jin)薄膜區域內的裂(lie)紋隨正(zheng)負電(dian)壓脈沖變化的電(dian)學測試結果。可以看到(dao)，在(zai)多(duo)次(ci)正(zheng)負電(dian)壓脈沖循環作用(yong)下(xia)，裂(lie)紋1和(he)裂(lie)紋2仍然呈現出很好的互補式開閉和(he)重復性(xing)。

本領域的(de)技術(shu)人員(yuan)容易理解(jie)，以上所(suo)述僅為本發明的(de)較佳實施例(li)而已，并不用以限(xian)制本發明，凡(fan)在(zai)本發明的(de)精神和(he)原則之內所(suo)作的(de)任何(he)修改(gai)、等同(tong)替換(huan)和(he)改(gai)進等，均應包含在(zai)本發明的(de)保護范圍之內。