本发明属于半导体薄膜器件及其存储器制造技术领域，具体涉及一种基于蒜的生物忆阻器的制备方法。
背景技术
随着信息技术的快速发展，电子产品在人们的生活中扮演了一个重要的角色，几乎出现在人们生活得每一个角落。然而，一旦这些电子器件使用到期限，将会产生大量的电子垃圾危害我们的环境和健康。所以寻找一种环境友好、绿色的电子器件的制备方法对当前来说至关重要。就存储器而言，目前市场用的大多数是磁存储器，电磁辐射会使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变。中国人民大学环境经济学博士金书琴指出，磁污染对人体造成的危害具有累加效应，能从基因上改变人的各种机能，而这种改变是长期的，有时甚至要经过几代人才能显现。在目前的存储器件中，忆阻器具有读写速度快，功耗低，存储密度高等优点备受研究人员的关注。
忆阻随机存储器(rram)是基于忆阻效应的一种存储器，简称忆阻器。其基本结构为顶电极/介电层或活性层/底电极。一般情况下两个电极中一个活性电极，另一个为惰性电极。通常情况下，顶电极为金属。当在顶电极上施加电压脉冲时，就可以使中间的介电层或活性层的电阻在高阻态(hrs)和低阻态(lrs)进行转化。定义高阻态为逻辑态‘0’，低阻态为逻辑态‘1’，从而实现对数据的写入和读取。忆阻器存储单元小，可微缩性好，是下一代新概念存储器中最有潜力的候选者。另外，如果使用绿色环保的生物材料作为中间的介电层，不仅可以降低忆阻器件的成本，同时可以大大的减小电磁辐射对身体和环境的危害。生物材料具有可降解性和相容性，因此使用该类材料制备的忆阻器可以在将来用于诊断人体的疾病和跟踪人体内病变的细胞。使用该材料制备的忆阻器件的方法简单，并且在室温下可以采用印刷电路板上，为将来可穿戴的柔性电子器件的发展提供了潜力。
目前，对于忆阻器的研究主要集中在半导体材料，如zno、tio2、al2o3、bifeo3、zro2、nio、srtio3、fe2o3等材料。这样的半导体材料不易获取、价格高、不易回收、可持续利用率低，而且有一部分半导体材料具有毒性，对环境和人体都有极大的负面影响。因此，急需要开发一种新的器件制备方案满足当前的需求。因此，在该发明中，我们使用蒜作为器件的介电层制备了忆阻器件，该器件具有环保，无毒，无害等特性。因此，利用蒜制备的忆阻器件具有潜在的低成本，从长远来看将是非常有意义的。目前，由于现有的存储技术不能满足当前信息技术的发展，由于忆阻器具有存储单元小，存储密度高等优点备受研究者的关注。但是，目前科学家对忆阻器的材料研究主要集中在半导体材料上，很少有人关注生物材料的忆阻效应。这将大大限制了生物材料的使用价值。因此，在我们的工作中，我们使用生物材料蒜作为原料，制备了一组具有银/蒜粉末/fto结构的不同ph值的忆阻器件。研究生物材料制备电子器件的方法将具有重大的意义，为实现更优异的性能的电子器件提供新的途径。
技术实现要素：
本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于蒜的生物忆阻器的制备方法，该制备方法值得的器件结构简单、性能良好、稳定、功耗低、重复性好，为发展下一代新概念存储器奠定了良好的基础。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于蒜的生物忆阻器的制备方法，包括如下步骤：
s1、以蒜为原料制备获得粒径为0.5～2μm的蒜粉末，备用；
s2、将蒜粉末与聚偏氟乙烯粉末按质量比2～4：1混合均匀，再将混合粉末溶解于高氯酸钠电解液中，制得胶体备用；
s3、将步骤s2获得的胶体在导电基片的导电面上制成薄膜作为介电层，将带有介电层的导电基片进行干燥处理；
s4、将带有介电层的导电基片置于ph溶液中片刻取出，再进行干燥处理，所述ph溶液的ph值为5～7；
s5、经步骤s4处理后，在介电层表面沉积上电极，即获得具有顶电极/蒜粉末/基片结构的生物忆阻器。
需要说明的是，蒜粉末与聚偏氟乙烯粉末的质量比2～4：1是经过发明人大量实验对比而得的配比，在该比例范围内，可以得到最佳的实验效果。
上述技术方案中，所述步骤s1中，获取蒜粉末的具体步骤为：将蒜用去离子水洗净后，制成蒜薄片并放置于容器中干燥至恒重，取出后进行粉碎、研磨、筛滤，获得粒径为0.5～2μm的蒜粉末。
上述技术方案中，所述步骤s3中，干燥处理的条件为：在温度25～40℃的干燥箱中，干燥时间30～45小时。
上述技术方案中，所述步骤s3中，利用旋涂法将步骤s2获得的胶体在导电基片导电面旋涂成薄膜。
上述技术方案中，步骤s3中，所述薄膜厚度为15～35μm。
上述技术方案中，所述步骤s5中，采用磁控溅射真空沉积法在介电层表面沉积顶电极。
上述技术方案中，所述顶电极采用银、钛、金、铝或铜中一种。
上述技术方案中，所述导电基片可以采用但不限于具有具有导电薄膜的平整玻璃或石英基底。
上述技术方案中，所述导电基片为掺杂氟的二氧化锡透明导电玻璃(fto)、铜片、铝片或钛片中的一种。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于蒜的生物忆阻器的制备方法，用研磨筛选的方法制备超细的蒜粉末，并在导电基片上旋涂植物粉末薄膜，利用生物材料制备有用的器件，不仅降低了电子器件的成本，而且使用生物材料制备的电子器件具有无毒无害等优点，本发明制备的忆阻器件结构简单，中间层内导电细丝的形成和熔断是器件呈现了忆阻效应。使用不同的逻辑态实现对数据的写入和读取。由于该器件具有很低的电流，极大的降低了器件的功耗，为解决当前因电子器件的发热而带来的危害提供了方案。目前为止，有关环保型的生物忆阻器件并未被报道，因而本发明属于开创性发明创造，为将来发展绿色环保，无毒无害，可穿戴性的的存储器件发展提供一条道路。而和其它植物相比较，蒜不仅可以食用且可用于治疗相关疾病，同时制备成忆阻器件具有很好的忆阻效应。总体而言，本发明提供的制备方法能够有效解决当前电子产品的污染问题，降低电子器件制造成本。
附图说明
图1是本发明基于蒜的生物忆阻器的制备方法流程图；
图2是本发明实施例1中提取的蒜粉末的xrd图谱；
图3是本发明实施例1所制备器件的不同ph值的忆阻效应表征图及忆阻效果最佳的ph＝7的多圈数据图；
图4是本发明实施例1所制备忆阻器件的高低阻态比率随ph值得变化曲线图；
图5是本发明实施例1所制备忆阻器件的阻态随圈数的变化图；
图6是本发明实施例1所制备忆阻器件的存储时间性能的表征图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图1所示，本发明提供的基于蒜的生物忆阻器的制备方法的流程图，为便于理解，在流程图中以及本实施例中，以银为上电极、以氟掺杂的二氧化锡透明导电玻璃(fto)为导电基片，进行具体说明。一种基于蒜的生物忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
s1、以蒜为原料，收集植物蒜，将原料用去离子水清洗干净后，放置于容器中，使用小刀将其切成蒜薄片，将获得的蒜薄片在烘箱中干燥至恒重，取出干燥后的蒜薄片进行粉碎、研磨，再使用孔径为200目的滤网对粉末进行过滤，获得粒径基本均匀且粒径为0.5～2μm的植物粉末，备用；
s2、向步骤s1获得植物粉末中加入聚偏氟乙烯(pvdf)粉末，混合均匀，蒜粉末与pvdf粉末质量比为4：1，将该混合粉末溶解于高氯酸钠(naclo4)电解液中，制成胶体备用；
s3、采用氟掺杂的二氧化锡透明导电玻璃(fto)为导电基片，利用旋涂法将步骤s2获得的胶体在fto导电面旋涂成薄膜作为介电层，将带有介电层的导电基片放置在温度30℃的干燥箱中，干燥时间36小时；
s4：将步骤s3获得的样品分成7组，然后分别将7组样品置于不同ph的溶液中快速蘸一下，溶液的ph值分别是1、3、5、7、9、11、13，得到具有不同ph值得7组样品，将这7组样品进行干燥处理；
s5：沉积上电极：经步骤s4处理后，采用磁控溅射真空沉积法在介电层表面沉积金属银作为上电极，获得具有不同ph值且结构为银/蒜粉末/fto结构的生物忆阻器件。
在本实施例中，设置7组ph值分别为1、3、5、7、9、11、13的实验，其目的是为了对比ph值5～7的效果。发明人经过大量实验发现，当ph值为5～7时，对忆阻器的忆阻效果有显著的提升，尤其对稳定性有提高。对于具体采用的酸碱性溶液没有特殊限制，在本实施例中酸性溶液采用盐酸(hcl)，碱性溶液通过加入氢氧化钠(naoh)实现。
图2为本实施例提取的蒜粉末的x射线衍射(xrd)图谱，由图可以看出提取出来蒜粉末的主要成分为碳。
图3为本实施例所制备忆阻器件的忆阻效应表征图，在忆阻性能测试中，fto导电玻璃直接作为下电极，并且始终接地，用面积约1mm2的银作为上电极，将电化学工作站作为电流电压测试两用表，构成测试电路进行忆阻性能测试，其结果如下：
测试电路在电压扫描范围为-6.0v到6.0v，从图中可以明显看出所制备的忆阻器件具有良好的忆阻效应，而且该器件还伴随电容效应。
图4为本实施例所制备忆阻器件的高低阻态比率随ph值得的变化曲线图；由图4可以看出，在ph值为5-7时，忆阻器件相对更加稳定，且电阻比率也较大；ph＝7时，忆阻器件最稳定，且电阻比率达到最大。
图5为本实施例做制备忆阻器件的阻态随圈数的变化图，由图5可以看出，该忆阻器件循环稳定性良好，200多次循环后几乎没有任何衰减。
图6为本实施例该忆阻器件的存储时间性能的表征图，在-1.025v偏压下，阻态随时间的变化图，由图可以看出，其开关30000秒之后，基本无任何衰减。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。