[发明专利]一种采用激光焊接制备柔性忆阻器的方法

说明书

本发明公开了一种采用激光焊接制备柔性忆阻器的方法，首先在等离子体处理后的柔性基底上镀覆一对金属电极，并在该金属电极表面沉积氧化物纳米线材料，使得该纳米线材料与金属电极的两端相连接；其次在激光功率50‑200mW、激光光束直径1‑5μm、激光重复频率50‑100MHz条件下对纳米线材料和金属电极的连接处实施激光焊接，制得忆阻器。该方法通过采用飞秒激光的超快电磁作用，非接触式焊接方式使得纳米线与电极形成牢固机械和电学接触，对纳米线、电极和柔性衬底无损伤，提高了制备的忆阻器的阻变转换耐受性和弯曲疲劳耐久性，优化了柔性忆阻器的性能，且器件结构简单，功耗低。

技术领域

本发明属于忆阻器的制备领域，尤其涉及一种采用激光焊接制备柔性忆阻器的方法。

背景技术

柔性电子器件在电子皮肤、可穿戴设备等领域应用广泛，是未来功能化集成电子发展的重要方向。具有记忆功能的非线性忆阻器，其阻值能够随流经的电荷量发生变化，并在断电后保持这种变化的状态，是模拟神经突触的理想器件。为了更好地实现柔性忆阻器的功能，不仅需要每个器件在弯曲状态下可工作，还需要在拉伸的状态下仍然保持稳定的性能。氧化物纳米线材料具有可控的氧离子缺陷态，其费米能级和电阻可以通过氧缺陷态含量进行调控，是发展高性能柔性忆阻器的理想材料。

然而，由于柔性忆阻器制备过程中涉及纳米线与金属电极的连接，二者在原子结构、热胀系数等理化性质方面的差异使得连接十分困难。传统的热压、超声等键合工艺都会产生摩擦或分解，在键合区域发生形状和结构成分的变化，使得柔性器件性能损坏。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够使得纳米线与电极形成牢固机械和电学接触，提高忆阻器阻变转换耐受性和弯曲疲劳耐久性的忆阻器制备方法。

技术方案：本发明采用激光焊接制备柔性忆阻器的方法，包括如下步骤：

(1)对柔性基底的表面进行等离子体处理10-60s，该等离子体处理的刻蚀气体中包括氢气；

(2)在等离子体处理后的柔性基底上镀覆一对金属电极，并在该金属电极表面沉积氧化物纳米线材料，使得该纳米线材料与金属电极的两端相连接；

(3)在激光功率50-200mW、激光光束直径1-5μm、激光重复频率50-100MHz条件下，对纳米线材料和金属电极的连接处实施激光焊接，制得忆阻器。

本发明首先采用H₂等离子体处理柔性基底，进而有效去除柔性衬底的表层污染物，增大衬底表面活性，增强后续镀覆的金属电极的附着性；并结合激光焊接，非接触式焊接方式使得纳米线与电极形成牢固机械和电学接触，使得处于中间的金属电极与基底和纳米线均实现牢固的连接，提高了制备的忆阻器的阻变转换耐受性和弯曲疲劳耐久性，优化了柔性忆阻器的性能。

进一步说，该方法的步骤(1)中，柔性衬底可为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯。

进一步说，该方法的步骤(1)中，等离子体处理的温度可为15-30℃，等离子源功率可为100-200W，射频偏压功率可为20-40W，反应腔压强可为0.1-0.4Pa，氢气流量可为5-30sccm。

进一步说，该方法的步骤(2)中，金属电极材料可为Au、Ti或Al。

进一步说，该方法的步骤(2)中，金属电极间距可为1-5μm。

进一步说，该方法的步骤(2)中，氧化物纳米线材料可为ZnO纳米线、TiO₂纳米线或SnO₂纳米线。

进一步说，该方法的步骤(2)中，镀覆可为真空蒸发法、磁控溅射法、气相沉积法或化学镀覆法。

进一步说，该方法的步骤(2)中，在该金属电极表面沉积氧化物纳米线材料所采用的方法为双向电泳沉积法或旋涂法。