本發明涉及開關存儲器技術領域，尤其涉及一種基于有機鐵電薄膜的電阻開關存儲器及其制備方法。

背景技術：

近年來，阻變存儲器作為一種新型的非易失性存儲器受到了學術界和工業界的廣泛關注。這種存儲器具有存儲速度快、功耗低、結構簡單、可高密度集成等優點，更有望集合動態存儲器的成本優勢、靜態存儲器的高速讀寫和閃存的非易失性的特點，成為一種通用存儲器。

電阻開關特性首先由Hickmott等人在1962年發現，但是直到2000年，Ignatiev研究小組發現了氧化物薄膜的電阻開關特性后，人們才把目光聚焦在這種非常有應用價值的特性上。電阻開關存在于很多材料中，如鈣鈦礦材料、有機材料、非晶硅、金屬氧化物材料等。目前，研究較多的是二元金屬氧化物，如ZnO、NiO、TiO₂、CuOx、Nb₂O₅、ZrO₂等。

當下，基于有機材料的電子器件因其便攜性和可延展性而受到非常多的關注。然而，基于有機材料的電阻開關器件卻鮮有報道，這主要是有機材料的電阻開關性能都不是很穩定，尤其是循環性能和疲勞性能都非常差。

為適應下一代電子產品便攜性、形狀可變性和人體適用性等方面的進一步需求，基于有機材料的電子器件逐漸演變為電子產業發展的趨勢。然而在有機阻變存儲器方面卻一直沒有得到有效的突破。當下研究比較多的阻變存儲器，雖然性能優異，但是這種阻變特性大多是在無機材料中才有，這嚴重制約了存儲器件的多樣化發展。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開關存儲器及其制備方法，利用溶膠凝膠技術(Sol-Gel)，通過甩膜可以制作出性能非常優異的基于P(VDF-TrFE)的電阻開關存儲器。

為達上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種基于有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開關存儲器，包括：襯底、襯底上的阻變介質層以及阻變介質層上的電極膜；其中，襯底從上至下依次為Pt、Ti、SiO₂和Si；阻變介質層為有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜。

一種制備本發明的基于有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開關存儲器的方法，包括以下步驟：將物質的量比為70:30的有機鐵電P(VDF-TrFE)顆粒溶于有機溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫攪拌以使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到有機溶劑中，最后溶液放置到遮光環境中靜置20～28h；甩膠時的旋涂速率為2000～2500r/min，旋涂時間為35～45s；將所得的薄膜在80～90℃的溫度下預燒，至溶劑蒸發完；為了使薄膜比較好的結晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在120～160℃的條件下熱處理10～16h，之后自然冷卻至室溫；在結晶良好的薄膜表面蒸鍍一層電極膜。

本發明的有益效果是：本發明以P(VDF-TrFE)顆粒和有機溶劑丁酮、碳酸二乙酯為前驅體，原料簡單，成本低。本發明采用溶膠凝膠技術，制備方法簡單易操作，不論是反應的原料還是反應過程都無毒害，環境友好。本發明制備了有機材料阻變存儲器件，為有機電子器件的發展奠定了基礎。

附圖說明

圖1是本發明的基于有機鐵電薄膜的電阻開關存儲器的結構示意圖；

圖2是本發明的電阻開關存儲器的Set和Reset過程示意圖；

圖3是本發明的電阻開關存儲器的循環性能；

圖4是有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的表面SEM圖；

圖5是有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的XRD圖譜。

具體實施方案

下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

有機鐵電材料P(VDF-TrFE)具有很多獨特的特性，像鐵電、壓電和熱釋電等，這些特性可以被應用在傳感器、高密度數據存儲、換能器和調制器等電子和機電器件中。然而經過不斷的探索和細致的研究發現，P(VDF-TrFE)還具有非常良好的電阻開關特性，這使得P(VDF-TrFE)這種材料的應用有了更廣闊的前景，也為微電子器件的發展奠定了良好的基礎。

如附圖1所示，本發明的基于有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜的電阻開關存儲器包括：襯底、襯底上的阻變介質層以及阻變介質層上的電極膜；其中，襯底從上至下依次為Pt 103、Ti 104、SiO₂105和Si 106；阻變介質層為有機鐵電P(VDF-TrFE)薄膜101，電極膜102可采用Au。

本發明提供一種簡單可行的制備方法，通過控制溶膠凝膠配制、甩膜速度和退火條件，可以得到性能優異的電阻開關薄膜。本發明所涉及的主要生長條件為：溶劑的選用、攪拌速度和溫度、靜置時間、甩膜速率、基底、退火時間和條件。

實施例1

將物質的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于丁酮溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫70℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到丁酮溶劑中，最后溶液放置到遮光環境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長有一層50nm導電Pt的硅片上邊。甩膠時的旋涂速率為2500r/min，旋涂時間為40s。將所得的薄膜在90℃的溫度下預燒10min，讓溶劑蒸發完，為了使薄膜比較好的結晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在120℃的條件下熱處理10h，之后自然冷卻至室溫。在結晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過電學性能測試，這種三明治結構具有非常好的電阻開關特性，附圖2為P(VDF-TrFE)的表面形貌。

實施例2

將物質的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于丁酮溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫70℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到丁酮溶劑中，最后溶液放置到遮光環境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長有一層50nm導電Pt的硅片上邊。甩膠時的旋涂速率為2500r/min，旋涂時間為40s。將所得的薄膜在80℃的溫度下預燒10min，讓溶劑蒸發完，為了使薄膜比較好的結晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在135℃的條件下熱處理10h，之后自然冷卻至室溫。在結晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過電學性能測試，這種三明治結構具有非常好的電阻開關特性，如附圖3所示為阻變開關過程中的Set和Reset過程，可以看出基于P(VDF-TrFE)的電阻開關的阻變在3個多數量級。

實施例3

將物質的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于碳酸二乙酯溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫60℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到碳酸二乙酯溶劑中，最后溶液放置到遮光環境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長有一層50nm的Pt的硅片上邊。甩膠時的旋涂速率為2000r/min，旋涂時間為40s。將所得的薄膜在90℃的溫度下預燒10min，讓溶劑蒸發完，為了使薄膜比較好的結晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在140℃的條件下熱處理10h，之后自然冷卻至室溫。在結晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過電學性能測試，這種三明治結構具有非常好的電阻開關特性，如附圖4所示為電阻開關的循環特性，這種薄膜具有非常好的循環性能。

實施例4

將物質的量比為70:30的P(VDF-TrFE)顆粒溶于碳酸二乙酯溶液中，配制成濃度為20％的溶液，在磁力攪拌器上恒溫60℃攪拌7h，使P(VDF-TrFE)顆粒充分溶解到碳酸二乙酯溶劑中，最后溶液放置到遮光環境中靜置24h。旋涂薄膜所用的襯底是生長有一層50nm的Pt的硅片上邊。甩膠時的旋涂速率為2000r/min，旋涂時間為40s。將所得的薄膜在80℃的溫度下預燒10min，讓溶劑蒸發完，為了使薄膜比較好的結晶，將其放入控溫箱，抽真空至10Pa，在160℃的條件下熱處理16h，之后自然冷卻至室溫。在結晶良好的薄膜表面蒸鍍一層30nm的金膜作為頂電極。通過電學性能測試，這種三明治結構具有非常好的鐵電特性，附圖5為其XRD圖譜。因此可以通過控制退火的溫度和時間來調控P(VDF-TrFE)薄膜的性質，制作不同原理的存儲器。

本發明的方法所制得的基于有機鐵電薄膜的電阻開關存儲器，有機鐵電薄膜的厚度為300-1500納米。

本發明相比于當下常見的電阻開關最大的特點是阻變大(大于3個數量級突變)、循環和疲勞性能優異。制備P(VDF-TrFE)薄膜所需的原料簡單，操作方便，容易控制，產物結晶好，制備溫度低，無毒且環境友好，適合大規模生產，所得薄膜可以被廣泛用于電子器件，尤其是電阻開關存儲。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。