一种胶原蛋白忆阻器的制备方法与流程

本发明属于存储器制造技术领域，具体涉及一种胶原蛋白忆阻器的制备方法。

背景技术：

随着电子产品的不断小型化和电子元件集成度不断提高，对信息存储提出了更高的要求。对于传统的存储器而言，特别是大量电子产品所使用闪存存储器在小型化和高集成度的进程中遇到瓶颈。忆阻器是近几十年来发展起来的一种新型存储器，它通过电阻的跃变和恢复来实现信息的存储，其不仅功耗小、存储密度高，而且具备制备工艺简单和延展性好。凭借新材料的发现、器件结构的设计和与其他电子器件(纳米发电机、场效应晶体管、振荡器等)的结合，忆阻器的研究取得重要的突破和进展。因此，忆阻器被认为是取代闪存器件的最有前景存储器。

一个忆阻器的工作量，相当于一枚cpu芯片中十几个晶体管共同产生的效用。惠普关于忆阻器的发现在2008年时发表于《自然》期刊，2009年证明了crosslatch的系统很容易就能堆栈，形成立体的内存。技术每个电线间的“开关”大约是3nmx3nm大，开关切换的时间小于0.1ns，整体的运作速度已和dram差不多，但是开关次数还不如dram还不足以取代dram，但是靠着1cm2100gigabit(gb)，1cm31petabit(数据存储单位1pb＝1000tb)(还可堆栈)的惊人潜在容量，远较闪存具有潜力。未来半导体工业有可能从“硅时代”进入“碳时代”，而忆阻器这种可记忆电流的非线性电阻，凭借其优越的特性，将成为未来极有希望的存储元件。

忆阻随机存储器具有存储密度高，读写速度快，结构相对简单等优点。另外，忆阻随机存储器的制作工艺与传统的cmos工艺的兼容性很好，容易实现大批量、可集成、低成本的生产制造。在众多的忆阻功能层材料上，不仅有过渡族金属氧化物，掺杂半导体还有天然有机物和合成有机物。金属氧化物和半导体不仅成本高，获取途径少，利用率低，而且其中有一部分对环境与人体都有或多或少的伤害。近几年，许多科研人员都试图用可降解且无毒的天然生物材料作为忆阻器的功能层，如蛋清，蚕丝以及树叶等。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题，提供一种胶原蛋白忆阻器的制+备方法，该方法对环境友好，可以有效避免传统技术中半导体材料对环境和人体的负面影响。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种胶原蛋白忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

s1、收集定量的猪皮，采用清水将猪皮洗净后进行干燥处理，再利用还原法获得胶原蛋白粉末，胶原蛋白粉的粒径尺寸为2μm～2.5μm；

s2、将胶原蛋白粉加入高氯酸钠电解质溶液(nc-009)中，胶原蛋白粉与电解质溶液的质量配比范围3：1～4：1，胶原蛋白粉末在高氯酸钠溶液中溶解后制备成胶原蛋白胶体；

s3、将胶原蛋白胶体旋涂在导电基片上作为介电层；

s4、将步骤s3制备的带介电层的基片放置于35-40℃的干燥箱里进行干燥处理，干燥时间为12-15小时；

s5、通过真空沉积法在介电层的表面沉积上电极，从而获得结构为上电极/胶原蛋白/导电基片的忆阻器。

上述技术方案中，所述步骤s1中，胶原蛋白粉的粒径尺寸优选为2μm～2.5μm。胶原蛋白粉末粒径如果太大，如达到几十微米，制成胶体旋涂时会不均匀，影响成膜质量。粒径大小在1μm-4μm制备出来的膜效果较好。

上述技术方案中，所述还原法具体过程如下：

将干燥后的猪皮溶解到naoh、na2so3与sds的混合水溶液中，猪皮与蒸馏水质量比为1：15，所述加入蒸馏水的三种溶液，naoh溶液、na2so3溶液与sds溶液的质量浓度分别为10g/l、50g/l、15g/l，其配比为1：5：1.5；

将溶解猪皮后的混合溶液进行过滤操作，获得猪皮溶解液；

将猪皮溶解液进行离心，离心参数为：8000转/min～10000转/min，持续15～10min，取离心后的上清液进行透析，透析参数为：48-72h，8000kd～14000kd。进一步优选离心参数为：10000转/min，10min。将透析后的上清液放入干燥箱干燥至恒重，干燥温度为50℃，将干燥后获得的胶原蛋白晶体研磨成胶原蛋白粉末，备用。

上述技术方案中，所述导电基片为氧化铟锡透明导电玻璃、金属导电薄片或导电薄膜。所述上电极为银或导电氧化物。需要说明的是，本发明中，导电基片不限于氧化铟锡(ito)透明导电玻璃，其它金属薄片或导电薄膜也可用于本发明；上电极优选但不限于银，其他金属如金、铝、铜或导电氧化物都可用于本发明。

本发明的主要创新之处在于：在生物忆阻器领域，首次利用胶原蛋白作为功能层观测到忆阻效应，而且性能较好，充分证明这个材料是可以建造忆阻器件的，以后可基于该材料做更多的科学研究，基于胶原蛋白的忆阻器拥有更多的可能。

本发明的有益效果是：本发明提供的胶原蛋白忆阻器的制备方法，能够实现边角料的二次利用，对环境友好且节省能源，采用本方法制备成的忆阻器件具有较好的室温忆阻特性，能够用于制备忆阻存储器的原始模型，可实现较高比率的开关性能，且制造成本低。

附图说明

图1是本发明实施例中胶原蛋白忆阻器制备方法的流程示意图；

图2是实施例中制备的忆阻器的忆阻性能表征图；

图3是实施例中制备的忆阻器的忆阻性能另一表征图；

图4是实施例中制备的忆阻器件的储存性能表征图；

图5是实施例中制备的忆阻器件的储存性能另一表征图。

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：

在本实施例中，采用自制胶原蛋白粉。需要说明的是，市售其他胶原蛋白粉也可应用于本发明中。此外，制作胶原蛋白粉的原料并不限于猪皮，也可采用本领域中常规采用的其他用于制备胶原蛋白粉的原料，如驴皮等。采用猪皮可有效降低制备成本，而本实施例中的还原法可制备出超细(粒径范围优选为2μm-2.5μm)的胶原蛋白粉末。

如图1所示，本发明的胶原蛋白忆阻器制备方法，包括以下步骤：

s1、自制胶原蛋白粉，具体的制备方法如下：

收集设定量的猪皮，采用清水将猪皮洗净后进行干燥处理，将干燥后的猪皮溶解到naoh、na2so3与sds的混合水溶液中，猪皮与蒸馏水质量比为1：15，所述加入蒸馏水的三种溶液，naoh溶液、na2so3溶液与sds溶液的质量浓度分别为10g/l、50g/l、15g/l，其配比为1：5：1.5；

将溶解猪皮后的混合溶液进行过滤操作，获得猪皮溶解液；

将猪皮溶解液进行离心，离心参数为：8000转/min～10000转/min，持续15～10min，取离心后的上清液进行透析，透析参数为：48～72h，8000kd～14000kd，将透析后的上清液放入干燥箱干燥至恒重，干燥温度为50℃，将干燥后获得的胶原蛋白晶体研磨成胶原蛋白粉末，备用；

s2、将步骤s1制备的胶原蛋白粉末加入高氯酸钠电解质溶液(nc-009)中，其质量配比范围3:1～4:1，胶原蛋白粉末在高氯酸钠溶液中溶解后制备成胶原蛋白胶体；

s3、采用氧化铟锡透明导电玻璃作为导电基片，将胶原蛋白胶体作为中间层，旋涂在基片的氧化铟锡薄膜上作为介电层；

s4、将步骤s3制备的带介电层的基片放置于35～40℃的干燥箱里进行干燥处理，干燥时间为12～15小时；

s5、通过真空沉积法在介电层的表面沉积金属银做上电极，从而获得结构为上电极/胶原蛋白/氧化铟锡的忆阻器。

如图2和图3所示，为所制备忆阻器件的性能表征图，在忆阻性能测试中，ito导电玻璃直接作为下电极，用面积约8mm²状的银作为上电极，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：

图2为测试电路在电压扫描范围为-5v到5v的电流—电压(i-v)图，图3为其相应的利用对数坐标表征的i-v图，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。

如图4和图5所示，为制备的忆阻器件的储存性能表征。图4为忆阻器件的高低阻态—循环次数图，由图4可以看出，该忆阻器件的高低电阻比率大约为102-115，并且其高阻态随着循环次数的增多而逐渐稳定。图5为该忆阻器件的高阻态电阻(rhrs)和低阻态电阻(rlrs)分别在-1.3v偏压下高低阻态—时间图，由图5可以看出，其开关1000秒之后，其高阻态还有增加的趋势。

通过上述实验可以证明，本实施例制备得到的超细(粒径范围为2μm～2.5μm)的胶原蛋白粉末具有良好的忆阻存储效应，该忆阻器件能够实现较好的室温忆阻存储特性。

整体而言，在本发明中，发明人使用低价且可容易获得的猪皮提取的胶原蛋白来制备忆阻器，胶原蛋白在猪皮蛋白质中的含量可达85％-87.8％，而我国的猪皮多应用于皮革生产，因此，提取猪皮中的胶原蛋白可以提高猪皮的利用价值。利用猪皮制备忆阻器，不但实现了边角料的二次利用，而且猪皮中的胶原蛋白作为天然高分子材料具有其他高分子材料无可比拟的生物相容性和生物降解性，因此，利用猪皮制备忆阻器，从长远来看非常有应用价值与意义。

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。