本发明属于薄膜器件技术领域，尤其涉及一种非晶薄膜器件及其制备方法和应用。
背景技术：
目前市场上的非易失性存储器以闪存(Flash)为主，但是随着科技的高速发展，各类新型电子产品层出不穷，电子产品对存储器的各项性能也有了更为严苛的要求和更多优化性能的需求，如读写速度快、存储密度高、功耗低、寿命长、厚度更薄和体积更小等。可现阶段的Flash存储器件的尺寸在65nm以下时，传统的多晶硅浮栅结构存在擦写速度与可靠性的矛盾以及栅介质漏电等问题限制了该存储器件的进一步优化。因此，开发一种新型的存储器件成为电子科技研究者新的动向。基于不同机制和材料，目前已有多种存储器件有极大可能可以取代Flash存储器件，如铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FeRAM)、磁存储器(Magnetic Random Access Memory，MRAM)、相变存储器(Phase Change Random Access Memory，PRAM)及阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)。在这些存储器当中，RRAM因为其具备工艺简单、功耗低、存储密度高、尺寸小且与传统互补金属氧化物半导体工艺兼容性好等优势而被广泛研究。
RRAM是一种非易失性存储器，该器件是以薄膜材料的电阻可在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间实现可逆转换为基本工作原理并作为记忆的方式，因此，器件的可操作电压越易获得、电阻值的改变倍率越大对RRAM的存储性能就越有易，这就对薄膜材料的可操作电压和电阻值改变倍率等性能有很大要求。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种非晶薄膜器件及其制备方法和应用，以满足阻变存储器对薄膜材料的可操作电压和电阻值改变倍率等性能的要求。
本发明的具体技术方案如下：
一种非晶薄膜器件，包括：基底、第一电极结构、非晶薄膜层和第二电极结构；
所述第一电极结构设置于所述基底上；
所述非晶薄膜层设置在所述第一电极结构背离所述基底的一侧；
所述第二电极结构设置在所述非晶薄膜层背离所述第一电极结构的一侧，所述第一电极结构与所述第二电极结构相互接触连接；
所述非晶薄膜层为SrFexTi1-xO3非晶薄膜层，其中，x为0.05～0.5。
优选的，所述非晶薄膜层为SrFe0.1Ti0.9O3非晶薄膜层。
优选的，所述非晶薄膜层的厚度为150nm～300nm。
优选的，所述基底为玻璃基底、硅片基底、单晶钛酸锶基底、掺铌钛酸锶基底或铂/钛/氧化硅/硅(100)基底。
优选的，所述第一电极结构为铂电极、LaNiO3电极、SrRuO3电极、LaRuO3电极、LaMnO3电极、SrMnO3电极、ITO电极或FTO电极。
优选的，所述第二电极结构为金电极、铂电极、钨电极、银电极或铝电极。
本发明还提供了一种非晶薄膜器件的制备方法，包括：
在基底上形成第一电极结构后，在所述第一电极结构背离所述基底的一侧形成非晶薄膜层，再在所述非晶薄膜层背离所述第一电极结构的一侧形成第二电极结构；
其中，所述第一电极结构与所述第二电极结构相互接触连接；
所述非晶薄膜层为SrFexTi1-xO3非晶薄膜层，x为0.05～0.5。
优选的，在所述第一电极结构背离所述基底的一侧形成非晶薄膜层包括：
将硝酸铁前驱液滴加至硝酸锶前驱液中得到第一混合液，再在所述第一混合液中滴加钛酸丁酯前驱液形成SrFexTi1-xO3前驱液后，采用所述SrFexTi1-xO3前驱液在所述第一电极结构背离所述基底的一侧进行涂覆，形成非晶薄膜层。
优选的，在所述非晶薄膜层背离所述第一电极结构的一侧形成第二电极结构包括：
在所述非晶薄膜层的设定位置进行膜层去除，以暴露出所述第一电极结构；
在所述非晶薄膜层背离所述第一电极结构的一侧形成所述第二电极结构，且所述第一电极结构与所述第二电极结构相互接触连接。
本发明还提供上述技术方案所述非晶薄膜器件或上述技术方案所述制备方法制得的非晶薄膜器件在阻变存储器中的应用。
综上所述，本发明一种非晶薄膜器件，包括：基底、第一电极结构、非晶薄膜层和第二电极结构；所述第一电极结构设置于所述基底上；所述非晶薄膜层设置在所述第一电极结构背离所述基底的一侧；所述第二电极结构设置在所述非晶薄膜层背离所述第一电极结构的一侧，所述第一电极结构与所述第二电极结构相互接触连接；所述非晶薄膜层为SrFexTi1-xO3非晶薄膜层，其中，x为0.05～0.5。本发明非晶薄膜器件采用SrFexTi1-xO3非晶薄膜层，测试结果表明该器件具有明显的整流二极管的导电性，整流特性显著；该器件开关比(高阻态与低阻态的比值)大于103，电流电压循环测试达到40次时，开关比几乎没有很大变化，具有非易失性存储性；该器件的电流随时间仅有微小的波动，具有良好的稳定性和耐疲劳性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的结构示意图；
图2为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的电流电压图；
图3为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的电流电压循环图；
图4为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的电流时间图；
图示说明：1.基底；2.第一电极结构；3.非晶薄膜层；4.第二电极结构。
具体实施方式
本发明提供了一种非晶薄膜器件及其制备方法和应用，以满足阻变存储器对薄膜材料的可操作电压和电阻值改变倍率等性能的要求。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的结构示意图。
本发明实施例提供的一种非晶薄膜器件的一个实施例，包括：基底1、第一电极结构2、非晶薄膜层3和第二电极结构4；
第一电极结构2设置于基底1上；
非晶薄膜层3设置在第一电极结构2背离基底1的一侧；
第二电极结构4设置在非晶薄膜层3背离第一电极结构2的一侧，第一电极结构2与第二电极结构4相互接触连接；
非晶薄膜层3为SrFexTi1-xO3非晶薄膜层，其中，x为0.05～0.5。
本发明实施例中，非晶薄膜层3为SrFe0.1Ti0.9O3非晶薄膜层。
本发明实施例中，非晶薄膜层3的厚度为150nm～300nm，非晶薄膜层3的厚度更优选为280nm～300nm。非晶薄膜层3太薄击穿电压会降低，非晶薄膜层3太厚不易形成电导丝。
本发明实施例中，基底1为玻璃基底、硅片基底、单晶钛酸锶基底、掺铌钛酸锶基底或铂/钛/氧化硅/硅(100)基底。其中，掺铌钛酸锶的化学式为SrTiO3:Nb，铂/钛/氧化硅/硅(100)的化学式为Pt/Ti/SiO2/Si(100)。
本发明实施例中，第一电极结构2为铂电极、LaNiO3电极、SrRuO3电极、LaRuO3电极、LaMnO3电极、SrMnO3电极、ITO电极或FTO电极。其中，ITO为掺铟的氧化锡，FTO为掺氟的氧化锡。
本发明实施例中，第二电极结构4为金电极、铂电极、钨电极、银电极或铝电极。
本发明实施例中，基底1为玻璃基底；第一电极结构2为FTO电极；第二电极结构4为金电极。
请参阅图2，为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的电流电压图。电流电压图表示电流随着测试电压的变化，该曲线可表示材料的输出电性能，图2中，测试温度为500℃，测试过程电压从-10V增加到最大测试电压+5V，图2表明，在-9.9V～+4.5V区域内电流的变化值很小，且反向饱和电流极小，说明本发明非晶薄膜器件的单向二极管导电性能好，正向击穿电压达到+4.5V，反向击穿电压更是达到-9.9V，表明本发明非晶薄膜器件的二极管特性显著，具有明显的整流二极管的导电性，整流特性显著。
请参阅图3，为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的电流电压循环图。电流电压循环曲线中，测试电压从0V至测试电压最大值(+Vmax)再至0V，再从0V至测试电压负向最大值(-Vmin)再至0V。图3中，测试温度为500℃，电压从0V增加到+5V再从+5V减小到0V时，非晶薄膜器件从开始的高阻态(High Resistance State，HRS)转变到低阻态(Low Resistance State，LRS)，电流电压循环曲线出现明显的滞回现象，然而从0V减小到-5V，最后再回到0V这一过程中，本发明非晶薄膜器件的电流电压循环曲线同样表现出的较明显的滞回现象，本发明非晶薄膜器件又从低阻态转换为高阻态。图3表明，在所有测试电压下电流都出现不对称现象，负向最大电流大于正向电流。由图可以得出本发明非晶薄膜器件单向导电，具有明显的二极管阻变效应，整流特性较好，且开关比(高阻态与低阻态的比值)大于103，具有非易失性存储性。且随着非晶薄膜器件测试循环次数的增加，电流电压循环测试达到40次时，开关比几乎没有很大变化，阻变性能非常稳定，开关比几乎没有变化。
请参阅图4，为本发明实施例中的一种非晶薄膜器件的电流时间图。电流时间图检测电流I随着时间T的变化来表示器件的耐疲劳性，图4中，电流随着时间的仅有微小的波动，表明本发明非晶薄膜器件具有良好的稳定性的耐疲劳性。
以上是对本发明实施例提供的一种非晶薄膜器件的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明实施例提供的一种非晶薄膜器件的制备方法的一个实施例进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种非晶薄膜器件的制备方法的一个实施例，包括：
请参阅图1，在基底1上形成第一电极结构2后，在第一电极结构2背离基底1的一侧形成非晶薄膜层3，再在非晶薄膜层3背离第一电极结构2的一侧形成第二电极结构4；
其中，第一电极结构2与第二电极结构4相互接触连接；
非晶薄膜层3为SrFexTi1-xO3非晶薄膜层，x为0.05～0.5。
本发明实施例中，在第一电极结构2背离基底1的一侧形成非晶薄膜层3包括：
将硝酸铁前驱液滴加至硝酸锶前驱液中得到第一混合液，再在第一混合液中滴加钛酸丁酯前驱液形成SrFexTi1-xO3前驱液后，采用SrFexTi1-xO3前驱液在第一电极结构2背离基底1的一侧进行涂覆，形成非晶薄膜层3。
本发明实施例中，硝酸铁前驱液的配置包括：用质量百分数98.5％的九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)作为原料，乙醇作为溶剂。将Fe(NO3)3·9H2O溶于乙醇中，在50℃下搅拌3h至充分溶解，得到硝酸铁前驱液。
硝酸锶前驱液的配置包括：用质量百分数99.5％的硝酸锶Sr(NO3)2作为原料，乙二醇作为溶剂。将Sr(NO3)2溶于乙二醇中，常温下搅拌2h至充分溶解后再边搅拌边滴加稳定剂乙酰丙酮，搅拌50min，得到硝酸锶前驱液。
钛酸丁酯前驱液的配置包括：用质量百分数99％钛酸丁酯Ti(OC4H9)4作为原料，乙酰丙酮作为溶剂。将Ti(OC4H9)4溶于乙酰丙酮中，常温搅拌2h至充分溶解后再边搅拌边滴加稳定剂乙酰丙酮，搅拌50min，得到钛酸丁酯前驱液。
本发明实施例中，采用硝酸铁前驱液、硝酸锶前驱液和钛酸丁酯前驱液制备SrFexTi1-xO3前驱液之前，还包括：将硝酸铁前驱液、硝酸锶前驱液和钛酸丁酯前驱液分别静置2～3天。无沉淀产生的硝酸铁前驱液、硝酸锶前驱液和钛酸丁酯前驱液可用于制备SrFexTi1-xO3前驱液。
将硝酸铁前驱液滴加至硝酸锶前驱液中得到第一混合液具体包括：
将硝酸铁前驱液缓慢滴加至硝酸锶前驱液中，匀速搅拌混合3h，得到第一混合液。
在第一混合液中滴加钛酸丁酯前驱液形成SrFexTi1-xO3前驱液具体包括：
在第一混合液中滴加钛酸丁酯前驱液，匀速搅拌混合3h，得到第二混合液，若第二混合液无沉淀产生，则用乙酰丙酮调节第二混合液的浓度为0.25mol/L～0.3mol/L，再将混合液用滤纸过滤以减少空气中的粉尘污染，得到SrFexTi1-xO3前驱液。
本发明实施例中，采用化学溶液沉积法制备非晶薄膜层3。
采用SrFexTi1-xO3前驱液在第一电极结构2背离基底1的一侧进行涂覆，形成非晶薄膜层3包括：
将SrFexTi1-xO3前驱液逐滴滴加至第一电极结构2背离基底1的一侧，在匀胶机上700rpm～800rpm旋涂10s～15s，随后2800rpm～3000rpm旋转保持20s～30s，每涂覆一层，将湿膜在加热台上180℃烘胶10min～15min以除去膜中的水分，300℃烤胶10min～12min以使膜中的有机物分解，如此重复2～3次，在快速退火炉中400℃～550℃退火12min，得到所需厚度的非晶薄膜层3。
本发明实施例中，采用SrFexTi1-xO3前驱液在第一电极结构2背离基底1的一侧进行涂覆，形成非晶薄膜层3更具体包括：分别配置硝酸铁前驱液、硝酸锶前驱液和钛酸丁酯前驱液，然后将三种前驱液按一定先后顺序混于一起，匀速搅拌5h，用乙酰丙酮调节混合液的浓度为0.25mol/L，最终形成SrFe0.1Ti0.9O3前驱液。将SrFe0.1Ti0.9O3前驱液旋转涂覆于第一电极结构FTO电极上，在匀胶机上800rpm旋涂10s，随后3000rpm旋转保持20s，每涂覆一层，将湿膜在加热台上180℃烘胶10min以除去膜中的水分，300℃烤胶10min以使膜中的有机物分解，如此重复2～3次，得到所需厚度的前驱膜，最后在500℃退火12min，得到所需厚度的非晶薄膜层3。
本发明实施例中，在非晶薄膜层3背离第一电极结构2的一侧形成第二电极结构4包括：
在非晶薄膜层3的设定位置进行膜层去除，以暴露出第一电极结构2；
在非晶薄膜层3背离第一电极结构2的一侧形成第二电极结构4，且第一电极结构2与第二电极结构4相互接触连接。
本发明实施例中，在非晶薄膜层3的设定位置进行膜层去除，以暴露出第一电极结构2包括：
在非晶薄膜层3的设定位置用稀氢氟酸进行膜层去除，并在快速退火完成后在露出的基底1表面镀上第一电极材料，以暴露出第一电极结构2。
本发明实施例中，在基底1上形成第一电极结构2包括：
将第一电极材料镍酸镧(LaNiO3)溶液、钌酸锶(SrRuO3)溶液、钌酸镧(LaRuO3)溶液、锰酸镧(LaMnO3)溶液或锰酸锶(SrMnO3)溶液旋涂至基底1上，300℃烘胶、退火。
本发明实施例中，在非晶薄膜层3背离第一电极结构2的一侧形成第二电极结构4包括：
采用模板掩盖法，在非晶薄膜层3背离第一电极结构2的一侧采用电子束蒸发溅射一层直径为0.25mm～0.5mm的第二电极材料，形成第二电极结构4。
需要说明的是，本发明非晶薄膜器件的电学性能受气氛环境、基底温度、真空度等影响很大，在制作过程中需严格控制气氛环境、基底温度和真空度。本发明实施例中采用空气气氛、基底温度20℃、常压。
本发明非晶薄膜器件中，非晶薄膜层3的成分为掺铁的钛酸锶(SrFexTi1-xO3)，非晶薄膜层3是在第一电极结构2上直接沉积非晶薄膜层，结合合适的退火工艺，使得该非晶薄膜器件具有非常显著的二极管阻变效应。本发明非晶薄膜器件的制备条件易得，工艺简单，适合批量生产，且非晶薄膜器件的二极管阻变特性稳定，该非晶薄膜器件的薄小轻便，结构简单，可广泛应用，应用于阻变存储器中，可满足阻变存储器对薄膜材料的可操作电压和电阻值改变倍率等性能的要求，并解决了电子器件薄膜材料制作工艺复杂的缺点。本发明非晶薄膜器件制备工艺简单方便，二极管阻变效应优良，在电子器件领域具有不可低估的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。