本發(fā)明屬于新材料及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溶膠凝膠薄膜柔性阻變存儲器及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路制造工藝的技術(shù)節(jié)點不斷向前推進，傳統(tǒng)存儲器所面臨的技術(shù)和物理極限等問題將難以解決，研究新型的存儲器顯得尤為迫切。阻變存儲器由于具有簡單的結(jié)構(gòu)，快速的讀寫速度，非破壞性的讀取過程，較好的狀態(tài)保持特性，以及較低的操作電壓和高集成度而受到關(guān)注。由于柔性基底具有重量輕，可折疊，制造成本低等特點，使得柔性阻變存儲器在物聯(lián)網(wǎng)，便攜式電子產(chǎn)品中有著重要應(yīng)用。

到目前為止，柔性阻變存儲器的阻變層材料可以通過濺射法，金屬有機化學(xué)氣相沉積，等離子體原位氧化金屬等方法制備。但這些方法的一個特點是阻變層的制備通常是在高真空下沉積，對沉積設(shè)備要求較高，以及阻變層材料與塑料襯底結(jié)合不牢固等特點。

因此，尋找一種柔性阻變存儲器的阻變層材料的制備方法，得到性能穩(wěn)定，柔韌性良好的阻變存儲器，將會拓寬柔性阻變存儲器的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種溶膠凝膠薄膜柔性阻變存儲器及其制備方法，制備的柔性阻變存儲器具有自限制電流功能，不需要外電路對其進行防擊穿電流設(shè)置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種溶膠凝膠薄膜柔性阻變存儲器，包括底層電極，設(shè)于底層電極上表面的存儲介質(zhì)層，設(shè)于存儲介質(zhì)層上表面的頂層電極，所述底層電極由透明導(dǎo)電氧化物薄膜構(gòu)成，存儲介質(zhì)層為深紫外光線處理的金屬氧化物溶膠凝膠薄膜，頂層電極為金屬鋁層。

所述的透明導(dǎo)電氧化物薄膜為ito-ag-ito薄膜，所述的金屬氧化物溶膠凝膠薄膜為氧化鋁溶膠凝膠薄膜，厚度為20-200nm。

所述的溶膠凝膠薄膜柔性阻變存儲器的制備方法，其特征在于步驟如下：

（1）用氧等離子體對柔性襯底進行預(yù)處理；

（2）對步驟（1）中處理之后的柔性襯底上濺射沉積一層銦錫氧化物導(dǎo)電薄膜?。?/p>

（3）對步驟（2）中的銦錫氧化物導(dǎo)電薄膜ⅰ上濺射沉積一層ag薄膜；

（4）對步驟（3）中的ag薄膜上濺射沉積一層銦錫氧化物導(dǎo)電薄膜ⅱ，光刻，得到底層電極；

（5）在步驟（4）得到的底層電極上旋涂alox凝膠，形成alox溶膠凝膠薄膜；

（6）在室溫條件下、密閉空間中以及氮氣保護下用深紫外光線處理步驟（5）中形成的alox溶膠凝膠薄膜得到存儲介質(zhì)層；

（7）在步驟（6）制得的存儲介質(zhì)層表面濺射一層金屬鋁層，光刻，剝離得到頂層電極。

所述步驟（1）中的柔性襯底為pet、pen、pes、par或pi，所述柔性襯底的厚度為20-500μm。

所述步驟（1）中用氧等離子體對柔性襯底進行預(yù)處理的具體工藝參數(shù)為：氧氣流量為20-40cm³/min，射頻功率為30-50w，處理時間為1-6min。

所述步驟（2）中采用射頻磁控濺射沉積銦錫氧化物薄膜ⅰ以及步驟（4）中采用射頻磁控濺射沉積銦錫氧化物薄膜ⅱ的工藝條件如下：沉積速率為0.02-0.06nm/s，薄膜厚度為50-200nm，o2/ar流量比為0.2sccm/20sccm-0.8sccm/20sccm，濺射功率為80-150w，濺射氣壓0.3-1.0pa。

所述步驟（3）中采用濺射沉積ag薄膜的工藝條件為：濺射靶材為金屬ag靶材，襯底溫度為室溫，反應(yīng)氣體為氬氣，工作氣壓為0.2pa，濺射功率為120w；ag薄膜的厚度為50-200nm。

所述步驟（5）中采用旋涂方法制得的alox薄膜的厚度為20-200nm。

所述步驟（6）中用深紫外光線處理alox溶膠凝膠薄膜的方法如下：在100-160℃的條件下，將alox溶膠凝膠薄膜置于低壓汞燈下處理5~8小時，深紫外線有兩個輻射峰，分別為占輻射能量97%的253.7nm主峰和占3%能量的184.9nm次峰，λ=253.7nm處alox溶膠凝膠薄膜表面的深紫外光通量密度為2.0–3.5×10²⁰m^-2s^-1和λ=184.9nm時alox溶膠凝膠薄膜表面的深紫外光通量密度為2.0–2.8×10¹⁹m^-2s^-1。

所述步驟（7）中濺射金屬鋁層采用的方法為直流磁控濺射，濺射功率為90-150w，濺射時間1-4min，金屬層厚度為50-200nm。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明制備的柔性襯底阻變存儲器的溫度可控制在160℃以下，該溫度低于大多數(shù)聚合物材料的玻璃化溫度，該制備方法不需要額外退火步驟，所需材料為ic制造常用材料，所采用的工藝為常見工藝，并具有與cmos工藝兼容的特點。本發(fā)明制備的柔性阻變存儲器具有自限制電流功能，不需要外電路對其進行防擊穿電流設(shè)置。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1柔性阻變存儲器的工藝流程圖步驟a-d；

圖2為本發(fā)明實施例1柔性阻變存儲器的工藝流程圖步驟e-g；

圖3為本發(fā)明實施例1柔性阻變存儲器的電流-電壓特性測試結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明的范圍，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。

本實施例制備柔性阻變存儲器的工藝如圖1所示，圖2所示為柔性阻變存儲器的電阻轉(zhuǎn)變特性曲線圖。

實施例1

本實施例溶膠凝膠薄膜柔性阻變存儲器制備方法如下：

（1）用氧等離子體對pet柔性襯底1進行預(yù)處理，具體工藝參數(shù)為：氧氣流量為20-40cm³/min，射頻功率為30-50w，處理時間為1-6min，所述pet柔性襯底1的厚度為20-500μm；

（2）利用常規(guī)濺射設(shè)備，在pet襯底1上沉積一層ito薄膜2，薄膜厚度控制在50nm到200nm之間，如圖1-(a)所示；工藝條件如下：沉積速率為0.02-0.06nm/s，薄膜厚度為50-200nm，o2/ar流量比為0.2sccm/20sccm-0.8sccm/20sccm，濺射功率為80-150w，濺射氣壓0.3-1.0pa；

（3）使用常規(guī)濺射設(shè)備，在ito薄膜2上沉積一層ag薄膜3，ag薄膜厚度控制在50nm到200nm之間，如圖1-(b)所示；采用濺射沉積ag薄膜的工藝條件為：濺射靶材為金屬ag靶材，襯底溫度為室溫，反應(yīng)氣體為氬氣，工作氣壓為0.2pa，濺射功率為120w；

（4）利用常規(guī)濺射設(shè)備，在ag薄膜3上沉積一層ito薄膜4，薄膜厚度控制在50nm到200nm之間，如圖1-(c)所示；工藝條件如下：沉積速率為0.02-0.06nm/s，薄膜厚度為50-200nm，o2/ar流量比為0.2sccm/20sccm-0.8sccm/20sccm，濺射功率為80-150w，濺射氣壓0.3-1.0pa；

（5）利用常規(guī)的勻膠機，將溶膠凝膠的alox薄膜5涂覆在ito薄膜4上，alox薄膜厚度控制在20nm到100nm之間，如圖1-(d)所示；

（6）將alox溶膠凝膠薄膜置于n2環(huán)境下，在100-160℃的條件下，并在低壓汞燈下處理5~8小時，λ=253.7nm處alox溶膠凝膠薄膜表面的深紫外光通量密度為2.0–3.5×10²⁰m^-2s^-1和λ=184.9nm時alox溶膠凝膠薄膜表面的深紫外光通量密度為2.0–2.8×10¹⁹m^-2s^-1，alox溶膠凝膠薄膜表面的溫度保持在100℃到160℃之間，如圖2-(e)所示；

（7）利用光刻和反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，定義出底層電極通孔6，如圖2-(f)所示；利用常規(guī)濺射技術(shù)，沉積一層al薄膜，濺射功率為90-150w，濺射時間1-4min，金屬層厚度為50-200nm，薄膜厚度控制在50nm-200nm之間，定義出頂層電極7，如圖2-(g)所示。

本實施例制備得到的柔性阻變存儲器的電阻轉(zhuǎn)換特性如圖2所示。圖2中1-器件在正向電壓下從低阻態(tài)向高阻態(tài)轉(zhuǎn)變過程；2-正向電壓的高阻態(tài)保持過程；3-負向電壓的高阻態(tài)保持過程；4-負向電壓下高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變過程；

如圖2可知，器件可以在一個電壓掃描周期內(nèi)完成一個完整的阻態(tài)變化過程。器件的某一電壓值下對應(yīng)著兩個不同阻值大小的狀態(tài)，這兩個狀態(tài)分別對應(yīng)邏輯電路中的“0”和“1”?！?”和“1”分別對應(yīng)著阻變功能層薄膜的電阻不同的兩種狀態(tài)。

本實施例提供了一種室溫條件下，采用深紫外光線處理溶膠凝膠薄膜制備無機柔性阻變存儲器的方法。該器件采用聚對苯二甲酸乙二醇酯（pet）為襯底，襯底之上為金屬-絕緣物-透明導(dǎo)電氧化物結(jié)構(gòu)的阻變存儲器單元結(jié)構(gòu)，阻變存儲器的底層和頂層分別為透明導(dǎo)電氧化物薄膜和金屬電極。阻變存儲器的中間層是功能層，是在室溫環(huán)境下采用深紫外光線激活的溶膠凝膠金屬氧化物薄膜。本發(fā)明中的無機金屬氧化物薄膜是在150℃溫度環(huán)境下，經(jīng)過深紫外光激活得到。使用本發(fā)明制備的柔性阻變存儲器電阻開關(guān)性能良好，經(jīng)過連續(xù)彎曲之后，器件仍能夠保持電阻開關(guān)特征。

當(dāng)柔性電極采用pen、pes、par或pi時采用上述制備方法同樣能實現(xiàn)該發(fā)明。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。