CN1139998C - 一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺 - Google Patents
一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1139998C CN1139998C CNB011323744A CN01132374A CN1139998C CN 1139998 C CN1139998 C CN 1139998C CN B011323744 A CNB011323744 A CN B011323744A CN 01132374 A CN01132374 A CN 01132374A CN 1139998 C CN1139998 C CN 1139998C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- molecular
- film
- film device
- organic
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明属于分子电子器件技术领域，具体涉及一种电可擦写的分子基电双稳薄膜器件及其制作工艺。该分子基电双稳薄膜器件为由底电极、顶电极和有机分子膜构成的夹层结构。底电极和顶电极采用不同金属，有机分子材料采用含杂环的1，1-二氰基乙烯衍生物。该薄膜器件可采用真空热蒸镀方法制作。本电双稳薄膜器件，擦写次数达到数10次至1000次，两种状态的反差超过1000倍，写入时间小于100纳秒，擦除时间小于1微秒。这种电双稳薄膜可用于研制超高密度的电可擦写存贮器、分子基逻辑门以及过电压保护器等，具有广泛的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于分子电子器件技术领域，具体涉及一种电可擦写的分子基电双稳薄膜器件及其制作工艺。
技术背景
电子器件和集成电路的发展趋势是更小的尺寸、更快的速度和更低的功耗。考虑到传统的硅基半导体维持固体特性需要一定尺度，加上光刻、掺杂等工艺技术条件的限制，微电子元件的尺寸将达到极限。因此，需要开发新型的功能材料，发展相应的制造技术。
利用有机功能分子来制作分子器件和集成电路是一种可行的解决办法。这是因为有机分子作用体积小(原则上可以达到分子尺度)，并且可以通过改变或裁切分子结构来控制有机器件的性质。以特殊的有机分子来制备开关，就是分子电子器件的基本设想。近年来，人们还不断提出用有机分子来制作各种电子器件，比如电存贮器、分子基逻辑门、纳米芯片等，显示了广阔的应用前景。([1]R.F.Service，Science，2001，293：782；[2]C.P.Collier，et al..Science，1999，285：391；[3]Z.J.Donhauser，et al..Science，2001，292：2303.)
在分子电子器件中，分子开关的可逆转换是一个大难题，即很难用电来擦写。即使有个别例子实现了可逆转换，也存在转换时间太长、两种状态反差太小以及擦写次数不多的问题。([4]C.P.Collier，et al..Science，2000，289：1172.)
发明内容
本发明目的在于提出一种可逆转换时间短、两种状态反差大、电可擦写次数多的分子基电双稳薄膜器件及其制作工艺。
本发明提出的电可擦写分子基电双稳薄膜器件，由底电极、顶电极和有机分子膜构成，为夹层结构，其结构可表示为M-Organic-N，M，N表示两金属电极，Organic为有机分子材料。
本发明提出薄膜器件的电极材料可以采用Ag、Cu、Au、Al、Mg、Ti等。在同一个薄膜器件中底电极(M)和顶电极(N)可采用不同金属，即M和N不同。比如：底电极用Ag，顶电极用Al。
本发明提出用于薄膜器件的有机电双稳分子材料为含有杂环的1，1-二氰基乙烯衍生物，具体可采用以下七种分子材料之一种。(1)3-氢化苯并咪唑-2-亚基-二氰基甲烷，又名：(2-亚苯并咪唑啉基)-二氰基甲烷，简称IMCN。英文名称为：3-Hydrobenzimidazol-2-ylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C10H6N4，结构式如下：
(2)3-氢化苯并噁唑-2-亚基-二氰基甲烷，又名：(2-亚苯并噁唑啉基)-二氰基甲烷，简称OXCN。英文名称为：3-Hydrobenzoxazol-2-ylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C10H5N3O，结构式如下：(3)3-氢化苯并噻唑-2-亚基-二氰基甲烷，又名：(2-亚苯并噻唑啉基)-二氰基甲烷，简称THCN。英文名称为：3-Hydrobenzothiazol-2-ylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C10H5N3S，结构式如下：
(4)(2-亚咪唑啉啶基)-二氰基甲烷，简称IDCN。英文名称为：Imidazolidin-2-ylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C6H6N4，结构式如下：
(5)(2-亚(N-甲基咪唑啉啶基))-二氰基甲烷，简称MICN。英文名称为：N-Methylimidazolidin-2-ylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C7H8N4，结构式如下：
(6)(2-亚(N-苯基咪唑啉啶基))-二氰基甲烷，简称PICN。
英文名称为：N-Phenylimidazolidin-2-ylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C12H10N4，结构式如下：(7)全氢化嘧啶-2-亚基-二氰基甲烷，又名：(2-亚六氢嘧啶基)-二氰基甲烷，简称PMCN。英文名称为：2，6-Diazaperhydroinylidenemethane-1，1-dicarbonitrile该化合物的分子式为：C7H8N4，结构式如下：
以上有机化合物都是偶极型分子，任选一种并和二个不同种类的金属电极(M和N)一起构成夹层结构，即得薄膜器件。比如用Ag做底电极，用Al做顶电极，采用IMCN作为电双稳分子，那么电可擦器件就是Ag-IMCN-Al。
本发明还提出上述电可擦薄膜器件的制作工艺。方法是在平整的基底表面上蒸镀一层金属膜作为底电极(比如：Ag)，然后在底电极上面蒸镀一层有机分子膜：含杂环的1-1，二氰基乙烯衍生物，厚度为10-200纳米，再在有机薄膜上面蒸镀另一种金属膜或金属斑点作为顶电极(比如：Al)，如图1所示。这样就构成了薄膜器件。
本发明工艺中，电极材料可采用Ag、Au、Cu、Al、Mg、Ti等。在同一器件中，使用的底电极和顶电极可以不相同。采用的含杂环的1-1，二氰基乙烯衍生物可采用如下有机分子材料之一种：IMCN、OXCN、THCN、IDCN、MICN、PICN、PMCN。
采用如图2所示的电路来测量薄膜器件的电特性，其中函数发尘器的输出电压为V0，串联电阻的分压为VR，样品上的实际分压Vs＝V0-VR，数字示波器能同时显示函数发生器的输出电压(V0)和串联电阻上的分压(VR)。
在顶电极(如Al)和底电极(如Ag)之间加方波脉冲电压信号、或者三角波电信号来测量薄膜器件的电特性，结果如下：(1)薄膜的电特性具有极性记忆效应
外加正向电场(即：Al接正极，Ag接负极)，在10伏以下电压作用下，薄膜维持高阻状态；
外加反向电场(即：Al接负极，Ag接正极)，在2-10伏电压作用下，薄膜维持在高阻态；但在0.6-2伏的电压作用下，薄膜从高阻态变成低阻态。
说明薄膜的电特性与电极的极性有关，表现出极性记忆效应。(2)可逆转换特性，即可擦写特征
处于高阻态的薄膜器件，在0.6-2伏的电压作用下，可以转变成低阻态；处于低阻态的薄膜，在2-10伏电压作用下，又可以恢复成高阻态。高阻态和低阻态之间可以多次可逆转换。转换次数有几十次，严格控制条件转换次数可以超过500次，甚至达到1000次以上。即电双稳薄膜能够擦写数10次到1000次。(3)转换速度，即跃迁时间
薄膜器件从高阻态到低阻态的跃迁时间(即写入时间)小于100纳秒，较好的为10-20纳秒；从低阻态到高阻态的转变时间(即擦除时间)小于1微秒，较好的为100-200纳秒。说明电双稳薄膜具有很快的写入和擦除速度。(4)两种状态的反差，即高阻态和低阻态的阻值比
电双稳薄膜两种状态的电阻值可以用万用电表直接测量，也可以根据图2中的电路，通过测量电压值(V、VS和VR)，再经过换算得到。
测得薄膜器件的初始电阻值超过10兆欧，甚至达到200兆欧以上。
转变成低阻态后，测得电阻值小于200欧姆(比如：33欧姆)。
恢复到高阻态后，测得的电阻值通常超过10千欧，甚至达到兆欧以上。
高阻态和低阻态的阻值比为：数100倍～1000000倍，通常都在1000倍以上。即两种状态的反差在1000倍以上。
本发明制得的有机薄膜器件，在高电压作用下薄膜处于高阻态，在低电压作用下薄膜处于低阻态，两种状态可以通过控制外加电压来实现可逆转换，转换次数多，状态反差大，是一种性能优良的可擦写的电双稳薄膜器件。这种电可擦写的电双稳薄膜可以用来研制高密度电存贮器和过电压保护器，更为重要的是这种分子基的电双稳薄膜材料还可以用来研制分子基逻辑门，因此具有重要的产业前景和实际应用价值。
附图说明
图1为电双稳薄膜器件的基本结构
图2为电双稳薄膜器件的测量电路
图中标号：1为基底(比如：载波片)，2为底电极(比如：Ag)，3为有机分子膜(比如：IMCN)，4为顶电极(比如：Al)，5为函数发生器，6为数字示波器，7为样品(即制得的薄膜器件)，8为串联电阻。
具体实施方式
下面以IMCN为例描述本发明的基本结构及其性能。
在清洁的载波片表面上，用真空热蒸镀方法制作一层Ag膜作为底电极，然后蒸镀一层厚度为80-120纳米IMCN，再在有机薄膜上面蒸镀许多Al斑点作为顶电极(每个Al斑点相当于一个顶电极，每个顶电极的面积为0.05-2平方毫米)，这样就得到了一种的薄膜器件Ag-IMCN-Al。
对薄膜器件Ag-IMCN-Al进行电双稳特性测量，结果如下：
薄膜器件的初始电阻大于20兆欧。转变成低阻态后电阻值为20-100欧姆，恢复成高阻态后的电阻值为10千欧～5兆欧，两种状态的反差为1000倍以上。写入时间18-100纳秒，擦除时间200-1000纳秒。擦写次数通常为数10次，较好的有600次。
Claims (7)
1、一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件，由底电极、顶电极和有机分子膜构成，为夹层结构：M-organic-N，其特征在于有机分子材料organic采用含杂环的1，1-二氰基乙烯衍生物，底电极M和顶电极N采用金属材料。
2、根据权利要求1所述的电双稳薄膜器件，其特征在于底电极和顶电极采用下述金属材料：Ag、Cu、Au、Al、Mg、Ti。
3、根据权利要求2所述的电双稳薄膜器件，其特征在于底电极和顶电极采用不同的金属。
4、根据权利要求1或3所述的电双稳薄膜器件，其特征在于含杂环的1，1-二氰基乙烯衍生物为下述有机分子材料之一种：IMCN、OXCN、THCN、IDCN、MICN、PICN、PMCN。
5、一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件的制作工艺，其特征在于采用真空热蒸发方法制作薄膜器件，首先在基底表面上蒸镀金属膜作为底电极；然后蒸镀有机分子膜：含杂环的1，1-二氰基乙烯衍生物；再在有机分子膜的表面上蒸镀金属膜作为顶电极。
6、根据权利要求5所述的制作工艺，其特征在于金属电极可采用下述金属材料：Ag、Cu、Au、Al、Mg、Ti。
7、根据权利要求5所述的制作工艺，其特征在于有机分子膜采用下述有机分子材料之一种：IMCN、OXCN、THCN、IDCN、MICN、PICN、PMCN。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011323744A CN1139998C (zh) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011323744A CN1139998C (zh) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1352470A CN1352470A (zh) | 2002-06-05 |
| CN1139998C true CN1139998C (zh) | 2004-02-25 |
Family
ID=4671402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB011323744A Expired - Fee Related CN1139998C (zh) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1139998C (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100373588C (zh) * | 2005-06-23 | 2008-03-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法 |
| CN100399543C (zh) * | 2005-10-13 | 2008-07-02 | 中国科学院微电子研究所 | 基于自组装技术的交叉阵列结构有机器件制备方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1724851A1 (en) | 2005-05-20 | 2006-11-22 | STMicroelectronics S.r.l. | Organic electrically bistable material and its use for producing a memory switch |
| CN100452473C (zh) * | 2005-07-14 | 2009-01-14 | 中国科学院微电子研究所 | 采用氧化硅填充-回刻的交叉阵列结构有机器件制备方法 |
| CN100411219C (zh) * | 2005-12-22 | 2008-08-13 | 复旦大学 | 一种分子基电双稳负阻器件及其应用 |
| CN101101963B (zh) * | 2007-08-02 | 2010-05-19 | 复旦大学 | 一种高状态比的无机薄膜电双稳器件及其制作方法 |
-
2001
- 2001-11-30 CN CNB011323744A patent/CN1139998C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100373588C (zh) * | 2005-06-23 | 2008-03-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种交叉线阵列结构有机分子器件的制备方法 |
| CN100399543C (zh) * | 2005-10-13 | 2008-07-02 | 中国科学院微电子研究所 | 基于自组装技术的交叉阵列结构有机器件制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1352470A (zh) | 2002-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Paul et al. | Memory effect in thin films of insulating polymer and C60 nanocomposites | |
| US7405167B2 (en) | Method of manufacturing nonvolatile organic memory device and nonvolatile organic memory device manufactured by the same | |
| CN105118916B (zh) | 电阻式存储器架构和装置 | |
| Ma et al. | Organic electrical bistable devices and rewritable memory cells | |
| Lee et al. | Two series oxide resistors applicable to high speed and high density nonvolatile memory | |
| CN101192647B (zh) | 包括无定形合金金属氧化物层的非易失性存储装置 | |
| US20160087007A1 (en) | Diode/Superionic Conductor/Polymer Memory Structure | |
| KR101067582B1 (ko) | 메모리 소자의 다중 상태 구동 방법 | |
| JP2006229227A (ja) | 抵抗変化型メモリ素子 | |
| WO2006070773A1 (ja) | スイッチング素子、書き換え可能な論理集積回路、およびメモリ素子 | |
| CN101064359A (zh) | 包括可变电阻材料的非易失存储器件 | |
| CN101271962A (zh) | 有机存储装置及其制造方法 | |
| CN1139998C (zh) | 一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺 | |
| WO2012048521A1 (zh) | 一种nio基电阻式随机存储器及其制备方法 | |
| JP5313405B2 (ja) | 電流制御素子及びこれを用いた不揮発性記憶素子 | |
| CN101106172B (zh) | 一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件及其制备方法 | |
| Singh et al. | Investigation of analog resistive switching in solution-processed lead-free perovskite Cs2SnI6 memristor for synaptic application | |
| CN101013741A (zh) | 有机存储装置及该装置的制造方法 | |
| CN101931049A (zh) | 低功耗抗疲劳的相变存储单元及制备方法 | |
| CN1828962A (zh) | 具有用于控制转换窗的电阻器部件的电阻式存储器件 | |
| Singh et al. | Performance analysis and read voltage optimization of E-beam evaporated amorphous SnO $ _ {\text {2}} $-based cross-cell resistive switching device | |
| CN101101963B (zh) | 一种高状态比的无机薄膜电双稳器件及其制作方法 | |
| CN101290971B (zh) | 一次写入多次读取的电存储器件及其制备方法 | |
| CN101593554A (zh) | 单层有机交叉点结构的电学存储器及其制备方法 | |
| CN100505366C (zh) | 一种具有可逆电双稳信息存储功能的有机薄膜器件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |