一种n掺杂非晶碳膜阻变存储器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于存储器薄膜材料技术领域，具体涉及一种N掺杂非晶碳膜阻变存储器的制备方法。
【背景技术】
[0002]在碳材料的研究中，目前主要集中在石墨烯、氧化石墨烯和碳纳米管材料中，关于非晶碳阻变器件的研究最近几年才被提出。与复杂的氧化物相比，碳材料是一种组分简单的材料。碳原子间的结合方式主要有SP2杂化和SP3杂化两种形式，其中SP2杂化键表现出较好的导电性能，但SP3杂化键的导电性相对较差。通过外加电场来控制碳原子在SP2和SP3杂化结合间的可逆转化使得碳膜的电阻值发生高低变换，实现电阻转变特性。
[0003]使用N掺杂技术制备的非晶碳膜，与未掺杂的非晶碳膜器件阻变特性相比，掺杂带来的阻变性能提高是明显的。总体来说，掺杂工艺是调节和改善阻变性能的有效方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种N掺杂非晶碳膜阻变存储器的制备方法，利用特殊的掺杂工艺，制备出阻变性能较好的阻变存储器，解决了 N掺杂的非晶碳薄膜制备过程中制备工艺复杂、工艺参数不易控制的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种N掺杂非晶碳膜阻变存储器的制备方法，采用蒸镀仪进行制备，具体按照以下步骤实施:
[0006]步骤I，在室温下，将蒸镀碳绳固定在蒸镀源上，将清洗后的Pt基板放在基片卡槽上固定后，关闭蒸镀仪舱门并确认密封完好；
[0007]步骤2，开启抽真空电源，对蒸镀仪腔体进行抽真空，当真空度为IX 10—2Pa时，打开N2气阀门，将进入到蒸镀仪腔体的N2气气压控制在2?4 X 10—2Pa;
[0008]步骤3，打开蒸镀仪中蒸镀源电源，调节蒸镀源的电流，进行蒸镀，蒸镀碳绳断裂后，停止蒸镀，冷却后，得N掺杂的非晶导电碳膜；
[0009]步骤4:将步骤3所得N掺杂的非晶导电碳膜放入溅射仪中，将掩模板固定在其上，打开开关并进行预抽真空，当真空度达到I?5X10—4Pa后对其进行顶电极的溅射，即得N掺杂非晶碳膜阻变存储器。
[0010]本发明的特征还在于，
[0011]步骤I中，蒸镀碳绳的长度为I厘米。
[0012]碳绳由纯度99%、直径为2毫米的石墨纤维制成。
[0013]步骤I中，Pt基板的清洗过程为:将基板放入丙酮中超声清洗I?2min，随后放入无水乙醇中超声清洗I?2min，最后用去离子水冲洗I?2次。
[0014]步骤3中，蒸镀源的电流为61?65A。
[0015]步骤4中，掩模板上设有周期性微孔，微孔的直径为1mm。
[0016]步骤4中，溅射靶材为Pt，纯度为99.9%，溅射时间为3?4min。
[0017]本发明的有益效果是，可以直接利用蒸镀仪进行N掺杂非晶导电碳膜的制备，无需复杂的掺杂工艺、昂贵的掺杂设备，且制备工艺简便、工艺参数易于控制，能大大地降低生产成本;此外，利用本发明方法所得的N掺杂非晶导电碳膜制得的阻变存储器有较好的阻变性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明对比例所得未掺杂非晶导电碳膜的原子力显微镜微观形貌图；
[0019]图2为本发明实施例1所得N掺杂非晶导电碳膜的原子力显微镜微观形貌图；
[0020]图3为本发明实施例1所得N掺杂非晶导电碳膜的X射线光电子Nls能谱图；
[0021]图4为本发明实施例1所得N掺杂非晶导电碳膜的X射线光电子Cls能谱图；
[0022]图5为本发明对比例所得未掺杂非晶导电碳膜的1-V特性曲线；
[0023]图6为本发明实施例1所得N掺杂非晶导电碳膜的1-V特性曲线。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0025]—种N掺杂的非晶导电碳膜的制备方法，采用蒸镀仪进行制备，具体过程为:
[0026]步骤I，在室温下，将长度为I厘米的蒸镀碳绳固定在蒸镀源上，随后将清洗后的Pt基板放在基片卡槽上固定其中，碳绳由纯度99%、直径为2毫米的石墨纤维制成;其中，基板的清洗过程为:将基板放入丙酮中超声清洗I?2min，随后放入无水乙醇中超声清洗I?2min，最后用去离子水冲洗I?2次。
[0027]步骤2，关闭蒸镀仪舱门并确认密封完好，开启抽真空电源，对蒸镀仪腔体进行抽真空，当真空度为I X 10—2Pa时，打开N2气阀门，将进入到蒸镀仪腔体的N2气气压控制在2?4X I O—2Pa0
[0028]步骤3，打开蒸镀仪中蒸镀源电源，调节蒸镀源的电流至61?65A，进行蒸镀，蒸镀碳绳断裂后，停止蒸镀，冷却后，即得N掺杂的非晶导电碳膜。
[0029 ]步骤4:将在Pt基板上制备好的N掺杂的非晶导电碳膜放入溅射仪(SBC-12，北京中科科仪技术发展有限责任公司生产)中，将带有周期性的直径为Imm微孔的掩模板(Mask)固定在其上，打开开关并进行预抽真空，当真空度达到I?5 X 10—4Pa后可对其进行顶电极的溅射，溅射靶材为Pt，纯度为99.9%,溅射时间为5min，即得;溅射好的Pt层为N掺杂的非晶导电碳膜的顶电极，一个完整的N掺杂的非晶碳膜电阻存储器单元就制备完成，可进行阻变特性的测试。
[0030]实施例1
[0031]步骤I，在室温下，将长度为I厘米的蒸镀碳绳固定在蒸镀源上，随后将清洗后的Pt基板放在基片卡槽上固定其中，碳绳由纯度99%、直径为2毫米的石墨纤维制成;其中，基板的清洗过程为:将基板放入丙酮中超声清洗2min，随后放入无水乙醇中超声清洗2min，最后用去离子水冲洗2次。
[0032]步骤2，关闭蒸镀仪舱门并确认密封完好，开启抽真空电源，对蒸镀仪腔体进行抽真空，当真空度为I X 10—2Pa时，打开N2气阀门，将进入到蒸镀仪腔体的N2气气压控制在3 X10—2Pa0
[0033]步骤3，打开蒸镀仪中蒸镀源电源，调节蒸镀源的电流至63A，进行蒸镀，蒸镀碳绳断裂后，停止蒸镀，冷却后，即得N掺杂的非晶导电碳膜。
[0034]步骤4:将在Pt基板上制备好的N掺杂的非晶导电碳膜放入溅射仪(SBC-12，北京中科科仪技术发展有限责任公司生产)中，将带有周期性的直径为Imm微孔的掩模板(Mask)固定在其上，打开开关并进行预抽真空，当真空度达到3 X 10—4Pa后可对其进行顶电极的溅射，溅射靶材为Pt，纯度为99.9%,溅射时间为5min，即得;溅射好的Pt层为N掺杂的非晶导电碳膜的顶电极，一个完整的N掺杂的非晶碳膜电阻存储器单元就制备完成，可进行阻变特性的测试。
[0035]本实施例所得N掺杂非晶导电碳膜是由尺寸均匀的微粒构成，表面平整，表面质量较高;微粒的尺寸约为在200nm，高度在4.30nm左右;经过软件的分析样品的表面均方根粗糙度(RMS)为0.672nmo
[0036]实施例2
[0037]步骤I，在室温下，将长度为I厘米的蒸镀碳绳固定在蒸镀源上，随后将清洗后的Pt基板放在基片卡槽上固定其中，碳绳由纯度99%、直径为2毫米的石墨纤维制成;其中，基板的清洗过程为:将基板放入丙酮中超声清洗Imin，随后放入无水乙醇中超声清洗2min，最后用去离子水冲洗2次。
[0038]步骤2，关闭蒸镀仪舱门并确认密封完好，开启抽真空电源，对蒸镀仪腔体进行抽真空，当真空度为I X 10—2Pa时，打开N2气阀门，将进入到蒸镀仪腔体的N2气气压控制在2 X10—2Pa0
[0039]步骤3，打开蒸镀仪中蒸镀源电源，调节蒸镀源的电流至61A，进行蒸镀，蒸镀碳绳断裂后，停止蒸镀，冷却后，即得N掺杂的非晶导电碳膜。
[0040]步骤4:将在Pt基板上制备好的N掺杂的非晶导电碳膜放入溅射仪(SBC-12，北京中科科仪技术发展有限责任公司生产)中，将带有周期性的直径为Imm微孔的掩模板(Mask)固定在其上，打开开关并进行预抽真空，当真空度达到I X 10—4Pa后可对其进行顶电极的溅射，溅射靶材为Pt，纯度为99.9%,溅射时间为5min，即得;溅射好的Pt层为N掺杂的非晶导电碳膜的顶电极，一个完整的N掺杂的非晶碳膜电阻存储器单元就制备完成，可进行阻变特性的测试。
[0041 ] 实施例3
[0042]步骤I，在室温下，将长度为I厘米的蒸镀碳绳固定在蒸镀源上，随后将清洗后的Pt基板放在基片卡槽上固定其中，碳绳由纯度99%、直径为2毫米的石墨纤维制成;其中，基板的清洗过程为:将基板放入丙酮中超声清洗1.5min，随后放入无水乙醇中超声清洗2min，最后用去离子水冲洗I次。
[0043]步骤2，关闭蒸镀仪舱门并确认密封完好，开启抽真空电源，对蒸镀仪腔体进行抽真空，当真空度为I X 10—2Pa时，打开N2气阀门，将进入到蒸镀仪腔体的N2气气压控制在4 X10—2Pa0
[0044]步骤3，打开蒸镀仪中蒸镀源电源，调节蒸镀源的电流至65A，进行蒸镀，蒸镀碳绳断裂后，停止蒸镀，冷却后，即得N掺杂的非晶导电碳膜。
[0045]步骤4:将在Pt基板上制备好的N掺杂的非晶导电碳膜放入溅射仪(SBC-12，北京中科科仪技术发展有限责任公司生产)中，将带有周期性的直径为Imm微孔的掩模板(Mask)固定在其上，打开开关并进行预抽真空，当真空度达到5 X 10—4Pa后可对其进行顶电极的溅射，溅射靶材为Pt，纯度为99.9%,溅射时间为5min，即得;溅射好的Pt层为N掺杂的非晶导电碳膜的顶电极，一个完整的N掺杂的非晶碳膜电阻存储器单元就制备完成，可进行阻变特性的测试。
[0046]实施例4
[0047]步骤I，在室温下，将长度为I厘米的蒸镀碳绳固定在蒸镀源上，随后将清洗后的Pt基板放在基片卡槽上固定其中，碳绳由纯度99%、直径为2毫米的石墨纤维制成;其中，基板的清洗过程为:将基板放入丙酮中超声清洗2min，随后放入无水乙醇中超声清洗1.5min，最后用去离子水冲洗2次。
[0048]步骤2，关闭蒸镀仪舱门并确认密封完好，开启抽真空电源