[发明专利]一种基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储，属于有机存储器领域，具体涉及一种基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器及其制备方法。

背景技术

在当今信息爆炸的数字化时代中，人们的生产和生活都离不开高密度、高速度的存储器。阻变存储器具有全新的存储概念，它是利用一些无机氧化物或者有机物/聚合物中存在的可控阻变效应，即在不同的电压激励下，阻变存储器会呈现出两种完全不同的阻抗状态（低阻和高阻，对应“开”和“关”），分别代表数据“1”和“0”，并且在电压撤去之后，状态依然保持，因此实现了数据的存储。阻变存储器的优势在于结构简单、功耗低、速度快、存储密度高、制造工艺简单，极有可能取代传统非挥发性存储器而占领半导体存储器市场。

有机阻变存储器可应用于低成本电子器件和柔性电子器件领域，相比与无机阻变存储器还具有可绕曲性，成本低廉，材料分子结构可设计以提高性能等优越之处。但是阻变存储器刚刚迈入起步阶段，目前报道的有机阻变存储器选取的有机材料大多表现出化学稳定性和热稳定性差的问题，另外器件电阻态转换的稳定性也存在问题，导致阻变材料状态转换的条件都会因器件的涨落而产生变化，甚至于对于同一个器件来说，阻变需要的开启和关闭电压以及产生的高电阻和低电阻的数值也会有一定的区别。这种较大的离散型将使器件难以精确控制，这已成为阻碍有机阻变存储器走向实用化的主要难题。本发明提供的一种基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器采用的石墨烯量子点具有很好的热稳定和化学稳定性，制得器件可具有较强的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器及其制备方法，采用掺杂有石墨烯量子点的聚合物溶在底电极上旋涂成膜，并采用热蒸发法蒸镀阴极金属材料成膜形成顶电极，制备工艺简单，重复性高，器件的性能稳定，响应速度快，且可通过柔性衬底制成柔性器件，用于高度集成的大容量多值存储器领域，具有很高的应用价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器，采用石墨烯量子点掺杂的聚合物作为有机功能层，在衬底上形成包括底电极、有机功能层以及顶电极的三层结构器件。

所述的有机功能层中的石墨烯量子点是通过氯苯从石墨烯量子点水溶液中以体积比为1:1~1:20混合萃取得到的。

所述的有机功能层中的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚乙烯咔唑。

所述的衬底为玻璃、石英、陶瓷或柔性基底。

所述的底电极为铜、钨、镍、锌、铝中的一种金属电极或者两种及两种以上的复合金属电极，或者氧化铟掺锡、氧化锌掺铝、硅材料；顶电极为铝、铜或银。

一种制备如上所述的基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器的方法包括以下操作步骤：

（1）在大气环境下，通过丙酮、酒精、去离子水依次超声清洗，干燥得到洁净的氧化铟锡导电玻璃；

（2）在导电玻璃上以转速1500~5000r/min旋涂石墨烯量子点掺杂的聚合物溶液，旋涂时间为20~50s；

（3）在真空度1×10^-3~6×10^-3 Pa的环境下采用热蒸发法蒸镀阴极材料，厚度为70~200nm，蒸镀速率为0.5~3nm/s。

所述的步骤（2）中石墨烯量子点掺杂的聚合物溶液是通过含有石墨烯量子点的氯苯溶液溶解聚合物形成的，聚合物的浓度为5~12mg/mL。

本发明具有如下优点和有益效果：

（1）目前大部分复合体系有机存储器采用重金属粒子掺杂，成本较高且对环境造成一定程度污染，本发明提供器件所用石墨烯量子点制备简单，无污染，材料性能稳定，存储器的开口率高、响应速度快。

（2）通过氯苯萃取方法引入的石墨烯量子点具有一致的纳米级尺寸，且可对大部分常用聚合物掺杂，保证器件的重复性和稳定性。

（3）由于功能层材料均属有机碳材料，石墨烯量子点本身就可以柔性弯曲，可在柔性衬底上制备器件，实现柔性器件，用于高度集成的大容量多值存储器领域。

（4）器件的结构简单，制备成本低，操作简单易控，可实现大规模生产。

附图说明

图1是本发明提供的基于石墨烯量子点掺杂的有机阻变存储器的结构示意图，1代表玻璃衬底；2代表阳极，本实施例采用氧化铟掺锡作为阳极；3代表旋涂而成的石墨烯量子点掺杂的有机功能层；4代表点阵排列的阴极，本实施例采用铝作为阴极。