阻变膜忆阻器的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种忆阻器的制备方法，尤其涉及一种基于纳米级单层Bi(1-X) Ca xFe03-x/2阻变膜忆阻器的制备方法;属于非线性电路应用领域。
【背景技术】
[0002] 忆阻器，又名记忆电阻，是继电阻、电容和电感之后出现的第四种无源电路元件。 由于其具有非易失性、突触功能和纳米尺度结构，在高密度非易失性存储器、人工神经网 络、大规模集成电路、可重构逻辑和可编程逻辑、生物工程、模式识别、信号处理等领域具有 巨大的应用前景。并有望为制造存储精度无限、超高存储密度的非易失性存储设备、具有能 够调节神经元突触权的人工神经网络和类似人类大脑方式处理与联系信息的模拟式计算 机等的发展铺平道路，给计算机的制造和运行方式带来革命性变革。
[0003] 目前的研究，忆阻性能实现机理划分，可分为基于边界迀移模型、基于电子自旋阻 塞模型、基于相变机制，以及基于丝导电机制等几种。
[0004] 近年来，尽管忆阻器的研究已经取得了较大的进展，但我们也要看到，作为一个基 本的电路元件来说，忆阻器的研究可以说是，才刚刚起步，主要表现在以下几个方面：
[0005] (1)近年来，不断有新的忆阻材料及忆阻体系报道，但物理实现的忆阻器模型还很 少，且相对单一，尚无统一的普适模型对忆阻器行为进行描述。
[0006] 近年来报道的实物忆阻器大都是针对某类应用或模拟某种功能（如高密度非易失 性存储器、Crossbar Latch技术、模拟神经突触）而提出的，大多采用与HP忆阻器相类似的 开关模型和工作机理，且制作工艺复杂、成本高，对于研究忆阻器特性、忆阻电路理论以及 电子电路设计等不具有一般性和普适性。
[0007] (2)目前尚未实现商业化生产。
[0008] 大多数研究者难以获得一个真正的忆阻器元件，致使很多研究者在研究忆阻器和 忆阻电路时，因为缺乏忆阻器元件而无法开展真正物理意义上的硬件实验，更多的是依靠 仿真或模拟电路来进行实验研究。然而，忆阻器仿真模型和模拟电路离实际的忆阻器特性 相差甚远，用模拟电路进行的硬件实现更多考虑的也是模拟忆阻器数学模型而忽略了忆阻 器的本质物理特性。
[0009] (3)已报道的实物忆阻器的制备，在原材料选择和制备工艺方法上要求高、条件苛 亥IJ，条件一般的实验室或科研单位难以完成相关实物忆阻器元件的制备。
[0010]在忆阻器的物理实现上，现有技术中，比较先进的是，中国专利申请CN103594620A 公开了一种单层纳米薄膜忆阻器及其制备方法，其基于物理实现的方式制备出具有复合层 结构形式的忆阻器，具体的制备方法:采用CaC0 3，SrC03和Ti03作原料，在900-1300°C下烧结 15-240min，制备出 Ca(1-x)SrxTi03-s陶瓷材料，然后以 Ca(1-x)SrxTi03-s作靶材(其中，0〈χ〈1，0〈 3〈3)，采用磁控溅射方法在?"110 2/5丨02/5丨衬底上镀膜，镀膜的厚度为20-900腹，再经700-800°C热处理10_30min ;最后在Ca(i-x)SrxTi〇3-s纳米薄膜上镀上一层电极。
[0011]其技术方案的实质，概括而言就是:先制备出用作靶材的Ca(1-x)SrxTi〇3- S(其中，0〈 χ〈1，0〈δ〈3)陶瓷材料，后以该Ca(1-x)SrxTi0 3-满瓷材料作靶材，采用磁控溅射方法在Pt/ Ti02/Si02/Si衬底上镀膜，最后再在Ca (1-x)SrxTi03-s纳米薄膜上镀上一层电极。
[0012]上述技术方案的制备方法，其主要缺点和不足在于：
[0013] 1、所制备出的忆阻器忆阻性能较差。
[0014] 原因在于，其阻变层:Ca(1-x)SrxTi03-s纳米薄膜是以Ca (1-x)SrxTi03-s陶瓷材料作靶 材(其中，〇〈x〈l，〇〈S〈3)，采用磁控溅射方法沉积在下电极表面上的。
[0015]这种结构形式的单层纳米膜，是以经过较高温度(900-1300°C)的煅烧被烧结成陶 瓷材料0&(1-^3611〇3-5为靶材，再通过磁控溅射沉积在下电极基材上的，其材料本身内部结 构致密，晶格缺陷和空穴数量偏少。
[0016] 2、制备工艺复杂，制备周期长，能耗偏高：
[0017] 原因在于，其制备工艺需要先在900-1300°C的高温下煅烧，制备出Ca(1-x)Sr xTi03-S 陶瓷材料靶材;磁控溅射成型后，还需要再次在700-800°C下热处理10_30min。
[0018] 此外，其还存在工艺条件相对严苛，产品率偏低的问题和不足。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的是，提供一种易于物理实现、制备工艺简单、控制难度小、质量稳定、 生产效率高、成本低廉的单层纳米阻变膜忆阻器的制备方法，其所制备出的忆阻器适于一 般电路理论研究和电路设计、具有一般性和普适性。
[0020] 本发明为实现上述目的，所采用的第一种技术方案是，一种单层纳米阻变膜忆阻 器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0021] 第一步，制备Bi(i-x)CaxFe〇3-x/2革E1材，具体步骤如下：
[0022] (1)、原料混合：
[0023]将Bi(N03)3 · 5H2〇3、Ca(N03)2 · 4H2〇3和Fe(N03)3 · 9H2〇3,按（l_x):x:l的摩尔比混 合，其中，0〈χ〈1;
[0024] 将上述混合物溶于10 % -20 %的稀硝酸中，放在磁力搅拌器上，进行搅拌，使其完 全溶解；
[0025] (2)、粉体制备
[0026]向上述溶液中缓慢滴加NaOH溶液直至沉淀完全，过滤沉淀并用去离子水洗涤，滴 加NaOH溶液并调节pH值，并装入反应釜中，放入事先达到确定温度200°C的恒温干燥箱内， 水热反应24小时；
[0027] 水热反应后，将反应釜自然冷却至室温，将反应釜中所得的样品用去离子水反复 清洗直到去除所有可溶性盐，于60°C下烘干后得到Bia- x)CaxFe03-x/2粉体；
[0028] (3)、造粒：
[0029] 将上述粉体进行造粒：按待造粒混合料质量的2-5 %，加入质量百分比浓度为2-5%的聚乙烯醇溶液，拌和均匀后，过40目筛进行造粒；
[0030] (4)、Bi(1-x)CaxFe03- x/2靶材的压制成型：
[0031] 将经过造粒后的物料置于压片机上压制成块;然后，将所得块状物料切割成直径 为20-150mm，厚度为2-50mm的圆片，即得Bi (1-x)CaxFe03-x/ 2 靶材；
[0032]第二步，选取下电极：
[0033]取Si基片，以Pt或Au为靶材，采用脉冲激光方法或磁控溅射方法，将Pt或Au沉积在 Si基片上，形成以Si基片为衬底、材质为Pt或Au的下电极；
[0034]第三步，将所得到的Bi(1-x)CaxFe03- x/2靶材，采用脉冲激光方法或磁控溅射方法沉 积在上述下电极的上表面上；
[0035] 然后，在700-900°C下热处理10-30分钟，得到化学成分为Bi(1-x)Ca xFe03-x/2的单层 陶瓷纳米薄膜；
[0036] 第四步，以材质为Au、Ag或Pt的靶材，采用脉冲激光方法、磁控溅射方法，将Au、Ag 或Pt沉积在上述的化学成分为Bi (1-x)CaxFe03-x/2的单层陶瓷纳米薄膜上，制得上电极，即得 单层纳米阻变膜忆阻器；
[0037] 或者：
[0038]将In-Ga电极液，采用表面印刷方法镀在上述的化学成分为Bi(1-x)Ca xFe03-x/2的单 层陶瓷纳米薄膜上，制得上电极，即得单层纳米阻变膜忆阻器。
[0039] 上述技术方案直接带来的技术效果是，采用脉冲激光方法或磁控溅射方法，采用 化学成分为Bi(1-x)Ca xFe03-x/2的靶材，直接将Bi(1- x)CaxFe03-/2沉积在下电极的上表面上;