[发明专利]基于氢化稀土镍基钙钛矿氧化物的非线性电阻的制备方法

摘要

一种基于氢化稀土镍基氧化物的非线性电阻器件的制备与使用方法，属于电子强关联材料与电子器件领域。本发明通过材料中掺杂质子随电场强度增加而发生逐渐迁移来触发材料中镍元素从强关联电子局域态绝缘体相向弱电子非局域态金属或半导体相转变，从而实现材料电阻随外加电压的变化，即实现电流‑电压非线性变化关系。通过控制材料的稀土元素种类、晶体结构、晶粒晶界状态、应力状态等条件控制质子在氢化稀土镍基钙钛矿氧化物中的迁移活化能与软击穿特性，从而实现对材料非线性电阻动态变化过程的控制。本发明可应用于压敏电阻、滤波与整流、电信号传感、过压保护等方面。与氧化锌、氧化钛等传统压敏非线性电阻材料相比，本发明所制备器件更适用于还原性气氛。

主权项

1.一种基于氢化稀土镍基钙钛矿氧化物的非线性电阻制备方法，其特征在于，提供稀土镍基钙钛矿氧化物块体或薄膜材料，在稀土镍基钙钛矿氧化物材料表面制备氢化催化电极材料阵列并于氢气气氛下退火或通过电化学氢化过程，实现对稀土镍基钙钛矿化合物材料的氢化处理与质子掺杂；将两个不同的催化电极或一个催化电极与一个底电极作为电信号的输入输出端；当触发能低于质子激活能时，氢化稀土镍基化合物中掺入的质子与镍氧八面体中的氧原子处于成键状态，材料处于高电阻状态；当触发能高于质子激活能时，氢化稀土镍基化合物中掺入的质子从与镍氧八面体中的氧原子的成键状态被激活，从而使材料因软击穿而处于低电阻状态，实现电阻非线性变化的动态特性；通过改变稀土镍基薄膜材料的材料组分、晶体结构与晶体取向、薄膜厚度、衬底与薄膜间应力状态、氢化电极排布、器件结构调节质子激活能与软击穿临界电压值，从而对材料电阻的非线性变化特性加以调节控制；所述稀土镍基钙钛矿氧化物材料的晶体结构为ABO₃的钙钛矿结构ReNiO₃：A位即Re位为单一稀土元素或多种稀土元素的组合，选择Re＝Sm、Re＝Nd、Re＝Eu、Re＝Pr、Re＝Sm_xNd_1‑x，0<x<1、Re＝Sm_xPr_1‑x，0<x<1、Re＝Eu_xNd_1‑x，0<x<1、Re＝Eu_xPr_1‑x，0<x<1；镍元素占据钙钛矿结构中的B位；所述稀土镍基钙钛矿氧化物材料为薄膜材料，厚度介于1纳米到100微米之间，选择在单晶衬底上外延生长的准单晶薄膜材料或多晶材料。