CN108807665B - 一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，所述Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器包括衬底，所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极，所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线。本发明的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器通过在ZnO层中包裹金属纳米线来增强器件的性能，该ZnO层的厚度小，有效地降低了制备的成本和器件的尺寸；通过在ZnO层中包裹金属纳米线，可以提高ZnO阻变存贮器的相应速率，赋予阻变存贮器良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于传感技术领域，具体涉及一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法。
背景技术
存储器是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备，其主要功能是存储各种数据和程序。大数据、云计算、物联网等技术的发展，使得存储分析信息的需求呈爆炸式增长，在集成电路产业中，半导体存储器颇为重要，其广泛应用于信息、安全、国防等领域，因此，不断提高存储器的性能成为信息技术发展的关键之一。
ZnO是一种具有六角纤锌矿结构的宽禁带金属氧化物，其原料低廉易得，制备工艺简单，具有优异的光电性能和优良的压电性、气敏性、压敏性及湿敏性，是一种性能优异的的导体材料。目前的常见的ZnO阻变存贮器，主要是通过掺杂和引入金属插入层来增强器件的性能，但这存在一定的缺点，例如金属插入层的厚度过大，造成器件的体积较大；器件的相应速率较低，器件稳定性较差。
因此，需要一种相应速率高、具有良好稳定性的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器。
发明内容
本发明的目的是提供一种相应速率高、具有良好稳定性的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，包括衬底，所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极，所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线。
优选的，所述Pt薄膜的厚度为30-200nm。更优选的，Pt薄膜的厚度为50nm。
优选的，所述第一ZnO层的厚度为10-30nm。
优选的，所述Ag纳米线的直径为10-100nm，长度为5-200μm。更优选的，Ag纳米线的直径为30nm，长度为5-100μm。更优选的，Ag纳米线的体积占第二ZnO层体积的1-10％。
优选的，所述第二ZnO层的厚度为20-120nm；所述第三ZnO层的厚度为150-350nm。更优选的，第二ZnO层的厚度为200nm；第三ZnO层的厚度为150nm。
优选的，所述电极为Pt电极或Al电极，电极的厚度为30-200nm。更优选的，电极的厚度为50nm。
本发明还提供了Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上制备Pt薄膜；
2)在Pt薄膜上制备第一ZnO层；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线；
4)在Ag纳米线上制备第二ZnO层，使ZnO完全包裹Ag纳米线；
5)在第二ZnO层上制备第三ZnO层；
6)在第三ZnO层上制备电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器。
优选的，步骤1)中，采用磁控溅射制备Pt薄膜，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3-1×10-6Pa，溅射温度为300-600℃，溅射功率为300-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa。
优选的，步骤2)中，采用磁控溅射制备第一ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3-1×10-6Pa，溅射温度为400-600℃，溅射功率为350-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa。
优选的，步骤4)中，采用磁控溅射制备第二ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3-1×10-6Pa，溅射功率为300-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa，然后在真空为1×10-3-1×10-6Pa下，升温至300℃退火30-240min，使ZnO完全包裹Ag纳米线。
优选的，步骤5)中，采用磁控溅射制备第三ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3-1×10-6Pa，溅射温度为400-600℃，溅射功率为350-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa。
优选的，步骤6)中，采用磁控溅射制备电极，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3-1×10-6Pa，溅射温度为300-600℃，溅射功率为300-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa。
本发明的有益效果是：本发明的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器通过在ZnO层中包裹金属纳米线来增强器件的性能，该ZnO层的厚度小，有效地降低了制备的成本和器件的尺寸；通过在ZnO层中包裹金属纳米线，可以提高ZnO阻变存贮器的相应速率，赋予阻变存贮器良好的稳定性。
附图说明
图1为Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的结构示意图，其中11为衬底，12为Pt薄膜，13为第一ZnO层，14为Ag纳米线，15为第二ZnO层，16为第三ZnO层，17为电极。
图2为Ag纳米线溅射ZnO薄膜的照片。
具体实施方式
本发明提供了一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，包括衬底，所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极，所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线。
本发明还提供了Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜；
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线；
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，使ZnO完全包裹Ag纳米线；
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层；
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器。
本发明制备的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的结构示意图如图1所示，其中11为衬底，12为Pt薄膜，13为第一ZnO层，14为Ag纳米线，15为第二ZnO层，16为第三ZnO层，17为电极。
在本发明中，步骤4)中，Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，照片如图2所示。由图2可知，Ag纳米线穿插于第二ZnO层中。
实施例1
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3Pa，溅射温度为300℃，溅射功率为300W，Ar气的气压为0.01Pa，Pt薄膜的厚度为30nm；
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为350W，Ar气的气压为0.01Pa，第一ZnO层的厚度为10nm；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线，其中，Ag纳米线的直径为10nm，长度为5μm；
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3Pa，溅射功率为300W，Ar气的气压为0.01Pa，然后在真空为1×10-3Pa下，升温至300℃退火30min，使ZnO完全包裹Ag纳米线，第二ZnO层的厚度为20nm；
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为350W，Ar气的气压为0.01Pa，第三ZnO层的厚度为150nm；
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Pt电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其中磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-3Pa，溅射温度为300℃，溅射功率为300W，Ar气的气压为0.01Pa，电极的厚度为30nm。
实施例2
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为5×10-3Pa，溅射温度为350℃，溅射功率为400W，Ar气的气压为1Pa，Pt薄膜的厚度为50nm；
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为5×10-3Pa，溅射温度为450℃，溅射功率为350W，Ar气的气压为1Pa，第一ZnO层的厚度为12nm；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线，其中，Ag纳米线的直径为20nm，长度为10μm；
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-4Pa，溅射功率为400W，Ar气的气压为1Pa，然后在真空为1×10-4Pa下，升温至300℃退火60min，使ZnO完全包裹Ag纳米线，第二ZnO层的厚度为30nm；
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为5×10-3Pa，溅射温度为450℃，溅射功率为350W，Ar气的气压为1Pa，第三ZnO层的厚度为200nm；
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Al电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其中磁控溅射过程控制的条件为：真空为5×10-3Pa，溅射温度为350℃，溅射功率为400W，Ar气的气压为1Pa，电极的厚度为50nm。
实施例3
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-4Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为500W，Ar气的气压为0.01Pa，Pt薄膜的厚度为50nm；
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-4Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为500W，Ar气的气压为0.01Pa，第一ZnO层的厚度为20nm；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线，其中，Ag纳米线的直径为30nm，长度为50μm；
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-4Pa，溅射功率为550W，Ar气的气压为0.01Pa，然后在真空为1×10-4Pa下，升温至300℃退火60min，使ZnO完全包裹Ag纳米线，第二ZnO层的厚度为20nm；
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-4Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为500W，Ar气的气压为0.01Pa，第三ZnO层的厚度为250nm；
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Pt电极，其中磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-4Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为500W，Ar气的气压为0.01Pa，电极的厚度为50nm。
实施例4
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-5Pa，溅射温度为500℃，溅射功率为450W，Ar气的气压为5Pa，Pt薄膜的厚度为100nm；
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-5Pa，溅射温度为450℃，溅射功率为450W，Ar气的气压为5Pa，第一ZnO层的厚度为25nm；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线，其中，Ag纳米线的直径为80nm，长度为120μm；
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为6×10-5Pa，溅射功率为500W，Ar气的气压为2Pa，然后在真空为6×10-5Pa下，升温至300℃退火120min，使ZnO完全包裹Ag纳米线，第二ZnO层的厚度为100nm；
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-5Pa，溅射温度为450℃，溅射功率为450W，Ar气的气压为5Pa，第三ZnO层的厚度为25nm；
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Pt电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其中磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-5Pa，溅射温度为500℃，溅射功率为450W，Ar气的气压为5Pa，电极的厚度为150nm。
实施例5
一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上采用磁控溅射制备Pt薄膜，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6Pa，溅射温度为600℃，溅射功率为550W，Ar气的气压为10Pa，Pt薄膜的厚度为200nm；
2)在Pt薄膜上采用磁控溅射制备第一ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6Pa，溅射温度为600℃，溅射功率为550W，Ar气的气压为10Pa，第一ZnO层的厚度为30nm；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线，其中，Ag纳米线的直径为100nm，长度为200μm；
4)在Ag纳米线上采用磁控溅射制备第二ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6Pa，溅射功率为550W，Ar气的气压为10Pa，然后在真空为1×10-6Pa下，升温至300℃退火240min，使ZnO完全包裹Ag纳米线，第二ZnO层的厚度为120nm；
5)在第二ZnO层上采用磁控溅射制备第三ZnO层，其中，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6Pa，溅射温度为600℃，溅射功率为550W，Ar气的气压为10Pa，第三ZnO层的厚度为350nm；
6)在第三ZnO层上采用磁控溅射制备Al电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其中磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6Pa，溅射温度为600℃，溅射功率为550W，Ar气的气压为10Pa，电极的厚度为200nm。
Claims (7)
1.一种Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其特征在于，所述Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器包括衬底，所述衬底上依次设置有Pt薄膜、第一ZnO层、第二ZnO层、第三ZnO层和电极，所述第二ZnO层内穿插有Ag纳米线；
所述Ag纳米线的直径为10-100nm，长度为5-200μm；
所述Ag纳米线的体积占第二ZnO层体积的1-10％；
所述Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器的制备方法，包括以下步骤：
1)在衬底上制备Pt薄膜；
2)在Pt薄膜上制备第一ZnO层；
3)在第一ZnO层上旋涂Ag纳米线；
4)在Ag纳米线上制备第二ZnO层，使ZnO完全包裹Ag纳米线；
5)在第二ZnO层上制备第三ZnO层；
6)在第三ZnO层上制备电极，得到Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器；
采用磁控溅射制备第二ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6-1×10-3Pa，溅射功率为300-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa，然后在真空为1×10-6-1×10-3Pa下，升温至300℃退火30-240min，使ZnO完全包裹Ag纳米线。
2.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其特征在于，所述Pt薄膜的厚度为30-200nm。
3.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其特征在于，所述第一ZnO层的厚度为10-30nm。
4.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其特征在于，所述第二ZnO层的厚度为20-120nm；所述第三ZnO层的厚度为150-350nm。
5.根据权利要求1所述的Ag纳米线增强ZnO阻变存贮器，其特征在于，所述电极为Pt电极或Al电极，电极的厚度为30-200nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，采用磁控溅射制备Pt薄膜，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6-1×10-3Pa，溅射温度为300-600℃，溅射功率为300-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用磁控溅射制备第一ZnO层，磁控溅射过程控制的条件为：真空为1×10-6-1×10-3Pa，溅射温度为400-600℃，溅射功率为350-550W，Ar气的气压为0.01-10Pa。
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