CN105932155B - 一种柔性透明的薄膜型电阻开关及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种柔性透明的薄膜型电阻开关及制备方法，该柔性透明的薄膜型电阻开关为ITO‑ITO纳米线‑Ag三明治结构，包括柔性透明衬底、设置于柔性透明衬底上的ITO薄膜，ITO薄膜上设有一层ITO纳米线网络，ITO纳米线网络上设有Ag电极，Ag电极为上电极，ITO薄膜上未设置ITO纳米线网络的区域为下电极引线区域。本发明制作的电阻开关在可见光波段透过率达到70％以上，在正向弯曲或反向弯曲情况下都能保持良好的电阻开关特性。本发明制备的一种柔性透明薄膜型电阻开关可作为开关元件和电存储器件在信息处理领域中进行应用，同时由于结构和工艺简单，成本极低，在透明电子器件领域中有较强的实用价值。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件和功能薄膜技术领域，具体涉及一种基于柔性衬底的、透明的薄膜型电阻开关器件及其制备方法。
背景技术
具有电阻开关特性的电双稳器件具有两种不同的电阻态，可以作为非挥发性随机存储器来进行使用，基于电阻开关现象的电阻式随机存储器被认为是下一代记忆器件的替代品之一。电阻式存储器具有制备简单、存储密度高、读写速度快、操作电压低和兼容性好等特点，因而开始被广泛研究。
ITO是氧化铟(In2O3)和氧化锡(SnO2)的混合物，具有良好的光学和电学特性，已被作为透明导电电极广泛应用于LED发光器件、太阳能电池等领域。ITO纳米线网络薄膜既具有高的透过率(可见光波段大于90％)又具有良好的导电特性，且已被发现具有双极性的电阻开关行为。现阶段，随着透明显示技术的不断突破，以及可弯折可形变的透明电子产品具有的广阔市场前景，柔性透明的超薄存储器件是其中重要的一个部分。一般电阻开关器件都是基于金属衬底，不具备柔性或透明的特性，难以实现柔性透明超薄的存储器制备。
发明内容
本发明的目的在于提出一种柔性透明的薄膜型电阻开关及制备方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种柔性透明的薄膜型电阻开关，该柔性透明的薄膜型电阻开关为ITO-ITO纳米线-Ag三明治结构，包括柔性透明衬底、设置于柔性透明衬底上的ITO薄膜，ITO薄膜上设有一层ITO纳米线网络，ITO纳米线网络上设有Ag电极，Ag电极为上电极，ITO薄膜上未设置ITO纳米线网络的区域为下电极引线区域。
进一步的，柔性透明衬底为PDMS薄膜。
进一步的，整个柔性透明的薄膜型电阻开关在可见光波段的透过率为70％以上。
一种柔性透明的薄膜型电阻开关及制备方法，包括以下步骤：
(1)制备一层厚度均匀的固化PDMS薄膜；
(2)将固化后的PDMS薄膜反贴于一片洁净的硬性基底上，实现PDMS薄膜的转移；
(3)在PDMS薄膜上制备一层ITO薄膜作为下电极；
(4)将作为电极引线的区域进行遮挡，然后利用自助装的方式，在ITO薄膜上平铺一层聚苯乙烯小球，并自然晾干；
(5)利用电子束蒸镀的方式，在ITO薄膜上制备ITO纳米线网络薄膜；
(6)将制备完成的样品放入快速退火炉中退火；
(7)在ITO纳米线网络薄膜上涂覆条状Ag导电胶，作为Ag电极；
(8)将整个器件从玻璃基底上取下，得到柔性透明的薄膜型电阻开关。
进一步的，步骤(1)具体包括以下步骤：将PDMS主剂与PDMS硬化剂按体积比10：1比例混合均匀，放置于抽真空腔室中，利用抽真空的方式去除混合液中的气泡；用酒精清洗玻璃基底并用氮气吹干，在玻璃基片上滴入配置完成的PDMS混合液，利用匀胶机制备均匀的PDMS薄膜，厚度在100-800μm之间，然后在90℃下烘烤40分钟；得到厚度均匀的固化PDMS薄膜。
进一步的，步骤(3)中利用磁控溅射的方式，在低于100℃条件下制备一层300nm厚的ITO薄膜作为下电极。
进一步的，步骤(4)中聚苯乙烯小球的直径为670nm；步骤(5)中利用电子束蒸镀的方式，按0.1nm/s的速率在280℃下，沉积20分钟，制备得到ITO纳米线网络薄膜。
进一步的，步骤(6)中快速退火具体为在300℃氮气氛围下退火3-5分钟。
对制备完成的基于PDMS衬底的ITO-ITO纳米线网络-Ag三明治结构电阻开关进行电压-电流特性的测试，研究不同弯曲程度下其电阻开关效应。将测试探针正极插在ITO膜上，负极插在Ag电极上，电压变化范围在-5V～5V之间。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：电阻开关在柔性衬底上的制备，总体器件透过率大于70％，实现器件的透明特性；本发明提出的薄膜型电阻开关稳定性好，在正向/反向弯曲条件下都能够实现高低阻态。
因此，本发明制备的一种柔性透明薄膜型电阻开关可作为开关元件和电存储器件在信息处理领域中进行应用，同时由于结构和工艺简单，成本极低，在透明电子器件领域中有较强的实用价值。
附图说明
图1为基于PDMS衬底的ITO-ITO纳米线网络-Ag的三明治结构电阻开关的结构示意图。
图2为制备完成的电阻开关横截面形貌的场发射扫描电子显微镜(SEM)图。
图3为实施例1中的柔性透明薄膜型电阻开关器件的透过率测试曲线。
图4为实施例1中的柔性透明薄膜型电阻开关器件的的电流-电压特性曲线。
图5为实施例1中正向弯曲的柔性透明薄膜型电阻开关器件的的电流-电压特性曲线。
图6为实施例1中反向弯曲的柔性透明薄膜型电阻开关器件的的电流-电压特性曲线。
图中标号：1为PDMS薄膜；2为ITO薄膜；3为ITO纳米线网络；4为Ag电极。
具体实施方式
根据对本发明所制备的基于PDMS衬底的ITO-ITO纳米线网络-Ag三明治结构电阻开关的特性分析，下面将其制备方法的最佳实施案例进行详细说明，同时针对这种柔性透明的薄膜型电阻开关在不同方向弯曲情况下的电压-电流特性进行案例说明。
实施例1：
一种柔性透明的薄膜型电阻开关及制备方法，包括以下步骤：
(1)在一块2cm×2cm的洁净玻璃片上滴入0.2ml配置完成的PDMS混合液，利用匀胶机在转速500rpm下转20秒，然后将样品在90℃下烘烤40分钟，得到一个厚度在500μm的固化PDMS薄膜1；聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)是一种聚合物材料，具有光学透明、柔性、良好的化学惰性、无毒、不易燃以及低成本等特点，已被广泛应用于微流控等领域。
(2)将固化后的PDMS薄膜1剥离后反贴于另一片洁净的玻璃基底上，实现PDMS薄膜1的转移，并用高温胶带将薄膜的边缘粘牢固；
(3)利用磁控溅射的方式，在低于100℃条件下制备一层厚度为300nm厚的ITO薄膜2作为下电极；
(4)用高温胶带将作为电极引线的区域进行遮挡，然后利用自助装的方式，在ITO薄膜2上平铺一层直径为670nm的聚苯乙烯小球，并自然晾干；
(5)利用电子束蒸镀的方式，按0.1nm/s的速率在280℃下，沉积20分钟，制备ITO纳米线网络薄膜3；
(6)去除高温胶带，将制备完成的样品放入快速退火炉中，300℃下，氮气氛围下退火3分钟；
(7)在ITO纳米线网络薄膜3上涂覆条状Ag导电胶，作为Ag电极4；
(8)将整个器件从玻璃基底上取下，得到一种总厚度在百微米量级的超薄柔性透明的可贴式电阻开关。
对制备完成的柔性透明薄膜型电阻开关进行透过率测试，结果如图3所示。可以看出整个电阻开关器件的透过率在可见光波段达到70％以上，具有良好的透明特性。
用电流源/电压表测量样品的电压-电流特性，分别将测试探针正极与下电极(ITO薄膜)相接，负极与上电极(Ag)相接，测试过程0→2V→0→-2V→0为一个循环，每隔0.125V测量一个数据点，结果如图4所示。可以看出在特定电压下，对应不同的电流值，表现出不同的电阻态，说明本发明制备的电阻开关具有良好的电阻开关效应。
将实施案例1中制备完成的电阻开关器件，进行正向弯曲，即向上电极方向弯曲形成一个圆筒状(圆筒截面圆周长约为2cm)，利用同样的电流源/电压表测量样品的电压-电流特性，分别将测试探针正极与下电极(ITO薄膜)相接，负极与上电极(Ag)相接，测试过程0→3V→0→-3V→0为一个循环，每隔0.06V测量一个数据点，结果如图5所示。通过100次循环测试可以看出，本发明制备的电阻开关器件在弯曲一定程度下仍然具有稳定的高低两种电阻态，说明本发明制备的电阻开关器件，能够实现在正向弯曲下的应用。
将实施案例1中制备完成的电阻开关器件，进行反向弯曲，即向下电极方向弯曲形成一个圆筒状(圆筒截面圆周长约为2cm)，利用同样的电流源/电压表测量样品的电压-电流特性，分别将测试探针正极与下电极(ITO薄膜)相接，负极与上电极(Ag)相接，测试过程0→3V→0→-3V→0为一个循环，每隔0.06V测量一个数据点，结果如图6所示。通过100次循环测试可以看出，本发明制备的电阻开关器件在弯曲一定程度下仍然具有稳定的高低两种电阻态，说明本发明制备的电阻开关器件，能够实现在反向弯曲下的应用。
Claims (4)
1.一种柔性透明的薄膜型电阻开关的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备一层厚度均匀的固化PDMS薄膜，将PDMS主剂与PDMS硬化剂按体积比10：1比例混合均匀，放置于抽真空腔室中，利用抽真空的方式去除混合液中的气泡；用酒精清洗玻璃基底并用氮气吹干，在玻璃基片上滴入配置完成的PDMS混合液，利用匀胶机制备均匀的PDMS薄膜，厚度在100-800µm之间，然后在90℃下烘烤40分钟；得到厚度均匀的固化PDMS薄膜；
（2）将固化后的PDMS薄膜反贴于一片洁净的硬性基底上，实现PDMS薄膜的转移；
（3）在PDMS薄膜上制备一层ITO薄膜作为下电极；
（4）将作为电极引线的区域进行遮挡，然后利用自组装的方式，在ITO薄膜上平铺一层聚苯乙烯小球，并自然晾干；
（5）利用电子束蒸镀的方式，在ITO薄膜上制备ITO纳米线网络薄膜；
（6）将制备完成的样品放入快速退火炉中300℃氮气氛围下退火3-5分钟；
（7）在ITO纳米线网络薄膜上涂覆条状Ag导电胶，作为Ag电极；
（8）将整个器件从玻璃基底上取下，得到柔性透明的薄膜型电阻开关。
2.根据权利要求1所述的一种柔性透明的薄膜型电阻开关的制备方法，其特征在于，步骤（3）中利用磁控溅射的方式，在低于100℃条件下制备一层300nm厚的ITO薄膜作为下电极。
3.根据权利要求1所述的一种柔性透明的薄膜型电阻开关的制备方法，其特征在于，步骤（4）中聚苯乙烯小球的直径为670nm；步骤（5）中利用电子束蒸镀的方式，按0.1nm/s的速率在280℃下，沉积20分钟，制备得到ITO纳米线网络薄膜。
4.权利要求1至3中任一项所述的制备方法所制备的柔性透明的薄膜型电阻开关，其特征在于，该柔性透明的薄膜型电阻开关为ITO-ITO纳米线-Ag三明治结构，包括柔性透明衬底、设置于柔性透明衬底上的ITO薄膜，ITO薄膜上设有一层ITO纳米线网络，ITO纳米线网络上设有Ag电极，Ag电极为上电极，ITO薄膜上未设置ITO纳米线网络的区域为下电极引线区域，整个柔性透明的薄膜型电阻开关在可见光波段的透过率为70%以上；柔性透明衬底为PDMS薄膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |