BaTiO3基超高开关比阻变器件的制备方法与流程

本发明属于功能材料领域，特别涉及一种batio3基超高开关比阻变器件的制备方法。

背景技术：

随着信息技术的发展。传统的flash存储面临操作速度慢、损耗高、寿命短等问题，已经远远满足不了实际需要。然而传统的薄膜式batio3阻变存储器件电阻开关比较低且制备过程繁琐、所得产物小、成本昂贵、灵活性差，因此也限制了其在工业领域的应用。

batio3是重要的阻变材料，制备batio3纤维有望改善现状并且实现在电压调控下的阻变开关响应。

技术实现要素：

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种具有超高开关比的batio3微米纤维的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种batio3基超高开关比阻变器件的制备方法，其步骤如下：

（1）取ba(ch3coo)2粉末溶于冰醋酸和乙二醇甲醚混合溶液中搅拌，得到溶液a；

（2）选取ti(oc4h9)4溶液溶于乙醇和乳酸的混合溶液中，搅拌，得到溶液b；

（3）将pvp粉末溶于a与b的混合溶液中，85±5°c水浴搅拌，得到溶液c；

（4）在洁净的石英片上纺出batio3纤维，并于1100±50°c下退火处理。

所述步骤（1）中，ba(ch3coo)2在冰醋酸和乙二醇甲醚混合溶液中的浓度为0.1275g/ml；冰醋酸和乙二醇甲醚的体积比为1:1；搅拌时间为20分钟。

所述步骤（2）中，ti(oc4h9)4在乙醇和乳酸混合溶液中的浓度为0.336g/ml；乙醇和乳酸的体积比为10:1；搅拌时间为20分钟。

所述步骤（3）中，pvp与ba(ch3coo)2的质量比为5:51；ba(ch3coo)2粉末与ti(oc4h9)4的质量比为51:74；于85±5°c下水浴搅拌8小时以上。

所述步骤（4）中，于1100±50°c下退火处理50~70min。

与现有技术相比，本发明的优点和效果在于：

（1）本发明制备工艺简单，一步合成，所需原材料便宜，合成量大。

（2）所述的阻变器件具有灵活的体积，具有很超高的电阻开关比值，在电压的调控下具备良好的阻变稳定性。可推广并应用于工业领域。

本发明的制备过程和实施例效果将在下面的附图说明和具体实施方式中进一步进行阐述。

附图说明

图1为本发明制备的batio3基超高开关比阻变器件的的x-射线衍射图。

图2为本发明制备的batio3基超高开关比阻变器件的扫描电镜照片图，其中图2(a)为纤维退火前的扫描电镜图，图2(b)为纤维退火后的扫描电镜图，图2(b)为纤维测试性能的结构图。

图3为本发明所制备的batio3基超高开关比阻变器件的i-v示意图。

图4为本发明所制备的batio3基超高开关比阻变器件的稳定性的测试图。

具体实施方式

本发明可以在常规的实验条件下制备形成微米纤维状的batio3，采用简单的solgel与玻璃棒纺丝法制备，不需要昂贵的仪器设备，原材料为常见的化学药品，加入pvp纺丝助剂后在石英片上易纺出大量纤维，纤维相比于传统的平面器件具有体积小灵活的特点，而且传统的平面器件需要贵金属作为底电极，本实验制备的纤维采用普通钨丝作为接触电极也大大降低了成本。为了能得到高开关比的阻变存储器，传统的平面器件需要通过半导体与存储介质复合来调控能带，改变功函数进一步提高器件性能。本实验制备的batio3纤维只需用腐蚀过的钨针作为电极，形成金属半导体接触，在电压的调控下就能测得具有超高开关比的阻变器件。目前为止还未报道过通过电压调控来实现单根微米纤维的具有超高开关比值的事例，本实验首次制备出了一种具有超高开关比的纤维，相比于传统的平面器件具有很强的创新性、突破性。本实验制备的纤维不仅克服了以往传统平面器件的缺陷，而且该纤维在电压的调控下同时具备超高的开关比，有利于在阻变领域的应用。

batio3基超高开关比阻变器件的制备方法，步骤如下：

（1）将选取石英片，用丙酮、无水乙醇、去离子水先后超声，其中，石英片为10mm*10mm，超声10min；

（2）取ba(ch3coo)2粉末溶于体积比为1:1的冰醋酸和乙二醇甲醚混合溶液中搅拌，得到溶液a；

（3）选取ti(oc4h9)4溶液溶于体积比为1:1的乙醇和乳酸的混合溶液中，搅拌，得到溶液b；

（4）将pvp粉末溶于a与b的混合溶液，水浴搅拌，得到溶液c；

（5）用玻璃棒在石英片上纺出batio3微米纤维，将纤维在管式炉中1100±50°c下退火处理50~70min。

实施例：

选取10mm*10mm的石英片，用丙酮、无水乙醇、去离子水先后超声10min；选取ba(ch3coo)2粉末(5.1g)溶于20ml冰醋酸和20ml的乙二醇甲醚的混合溶液中，搅拌半小时后，得到溶液a；并且选取ti(oc4h9)4溶液（7.4g）溶于20ml乙醇和2ml乳酸的混合溶液中，搅拌20分钟，得到溶液b；然后将pvp粉末（0.5g）溶于a与b的混合溶液，85°c水浴搅拌8小时后，得到溶液c。之后用玻璃棒在石英片上纺出batio3微米纤维，最后将纤维在管式炉中1100°c退火1小时。

如图1，图2，图3，图4所示，采用d8advance型xrd（curadiation,å，德国bruker-axs公司）测定所制备样品的晶相结构。采用日立公司（日本）的s4800ⅱ型fesem(fesem,s-4800ⅱ，hitachi)对所制备样品的形貌进行观察。采用美国吉时利仪器公司的keithley6487对所制备的样品进行iv阻变性能测试与稳定性测试。

试验结果表明：

如图1所示的所有的衍射峰从左到右分别对应于四方晶系batio3的（100，（001）），（111，（100）），（111），（200，（002）），（210，（201），（102）），（211，（112），（202，（220），（003，（212），（221）），（103，（301），（310）），（113），（311）晶面，图示中的插图为batio3晶胞结构图，图示xrd说明了所制备的样品batio3为一个纯的四方相结构。

从图2(a)可知，实例所制备的具有超高开关比的batio3微米纤维在退火前具有光滑的表面,纤维的直径大约在8μm左右,图2(b)为纤维在退火过后的形貌图，可知纤维表面变得粗糙，图2(b)中的插图为纤维的测试结构图。

循环电压为0v-500v-0v-500v-0v。从图3中我们可以看到，合成的batio3微米纤维在电压的调控下，实现了电阻从高阻状态切换到低阻状态，又从低阻状态复位到高阻状态的阻变开关行为。电阻开关比(on/off)达到超高的数量级10⁷。

从图4中我们可以看到，合成的batio3微米纤维具有很好的保持特性，在2000s的测试中低阻态与高组态都能保持很好的稳定性。

根据上述研究结果可知：我们制备的具有超高开关比的batio3微米纤维制备程序简单，成本低廉，合成量大，在电压的调控下具备超高的电阻开关比，因此可推广并应用于阻变器件领域。

因此，从上述实验步骤、数据和图表分析可以看出，本发明首次制备了一种batio3基超高开关比阻变器件，并且制备过程简单，成本低廉，在电压调控下具有超高开关比的开关特性，适于阻变器件领域的应用。