基于金纳米颗粒的阻变存储器的性能测试与优化实验VIP免费

3基于金纳米颗粒的阻变存储器的性能测试与优化实验3.1理论模型与结构特点实验中制作的有机阻变存储器[30]是具有简单的三明治结构，即金属电极和氧化物电极之间夹着一层有机金纳米颗粒掺杂性质的存储介质，如图3.1展示了基于金纳米颗粒的有机阻变存储器的理想三维结构，分别由2mm条形铝电极（正极）-AuNPs掺杂PVP的薄膜（介质层）-ITO电极（负极）所构成。并且，实验中有机阻变存储器可采用如图3.1所示，十字交叉阵列结构集成，上下电极分别做成垂直相交的条状，存储介质位于其中。图3.1理论“三明治”结构图3.2（a）是器件初始能带图，电子从铝电极逸出注入和注出AuNPs主要取决于掺杂层PVP的最低分子未占有能级（LUMO）。图（b）、（c）是施加了正、反电压后的电荷俘获机制，正电压使得导带和费米能级降低，从而使得电荷更容易逸出并且被金纳米颗粒俘获，从而形成导电通道。而反向电压则升高了导带和费米能级，使得俘获的电荷重新逸出，关闭了导电通道。图3.2器件能带图3.1.1金纳米粒子（AuNPs）的制备由量子尺寸效应可知，金纳米颗粒的尺寸在10nm以下时会变得比较明显，因此，为了避免量子尺寸效应造成更大的影响，我们选择合成20nm的金纳米粒子，并使得金属纳米粒子不含氧化金。制备过程：（1）清洗玻璃器皿：玻璃器皿的干净与否是能否成功制备金纳米粒子的关键，如果玻璃器皿不干净，就会影响金纳米颗粒的形成，使得所制备的金纳米颗粒大小不一以及含有杂质。首先，将制备实验所用的所有玻璃器皿在王水溶液（HCl/HNO3，3:1）中浸润1分钟，之后用大量超纯去离子水（如图3.3）将玻璃器皿反复冲洗干净，并于使用前在真空干燥箱中（如图3.3所示）真空干燥；图3.3真空干燥箱和去离子水（2）室温下，在50ml烧瓶中在制备20mlHAuCl4水溶液样品；（3）在剧烈搅拌下将溶液加热至100℃，然后加入1mg/ml初始摩尔比的柠檬酸钠与Au3+的Na3Ct水溶液。继续沸腾10分钟，接着取出热板，继续搅拌另外15分钟。当溶液达到酒红色时，反应完成。在此步骤中，合成了20nm的AuNPs，其中Na3Ct与HAuCl4的比例为4.5:1。3.1.2AuNPs溶液的配制不同浓度的金纳米溶液的导电性不同，为了能够在测试过程中获得更稳定以及更丰富的实验数据，从而要配制最适应浓度的AuNps溶液作为存储介质层配制过程：（1）将0.6mg/ml的金纳米原溶液加超纯水稀释一倍变成0.3mg/ml；（2）取40mg的聚乙烯苯酚粉末和100ml的超纯水配制成聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液，并且充分搅拌均匀直至溶液澄清；（3）接着将AuNPs原溶液和PVP溶液按比例分别稀释成Au1（0.15mg/mlAuNPs+20mg/mlPVP），Au2（0.075mg/mlAuNPs+20mg/mlPVP），Au3（0.0375mg/mlAuNPs+20mg/mlPVP）三瓶待旋涂溶液，充分混合振荡后密封。3.1.2阻变存储器的制作本实验选取的ITO玻璃衬底具有良好的稳定性，能够在测试过程中获得更稳定的实验数据，从而有益于对实验的优化改良，故在使用柔性衬底之前，我们选择先将存储器件制备在纯净的ITO上。制作流程：（1）取片：切割多片2cmX2cm的带条纹电极（条纹宽度2mm）的ITO基底，然后掀开覆盖在电极上面的薄膜，然后放置在的已清洗烘干的玻璃皿中（如图3.4）；图3.4ITO衬底（2）清洗ITO衬底：a、先用去离子水清洗过试管后，然后将ITO放入试管中，向试管中滴加两至三滴的清洗液（decon），后加入去离子水没掉ITO衬底，覆盖上锡箔纸，防止尘埃掉入试管中，再将试管放进超声波清洗机中（如图3.5），第一次超声清洗15分钟左右；图3.5超声波清洗机b、清洗完成后倒出试管中的液体，加入去离子水清洗一遍，然后在加超纯水浸没ITO后盖上锡箔纸放入超声清洗机中进行第二次清洗，约10分钟右，重复此操作2次c、洗完两次后，倒出去离子水，用氮气快速吹干ITO衬底上的水滴，吹干后，最重要的一步是区分ITO片子的正反面，其中正面的电极电路纹路比较清晰；（3）衬底退火干燥：将清洗好的的ITO装在玻璃皿中放进真空干燥机，抽真空之后在120摄氏度下烘干50分钟左右，使得ITO衬底保持干燥稳定。（4）旋涂溶液：旋涂前需要把ITO放进紫外线照射仪(UVO如图3.6所示)中照射30分钟，在这具有特定波长的紫外线下化学键会发生断裂，与旋涂的物质更好吸附结合，然后将...