[發明專利]基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的存儲器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201310553001.4
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103594481B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 趙睿;李亮;喻湘華;張橋;吳艷光
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: H01L27/28
• 分類號: H01L27/28
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及一種基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的記憶存儲器件及其制備方法，屬于新材料、有機存儲器與微電子領域。?

背景技術

隨著移動終端的發展需要，存儲器件的市場與存儲器件的存儲容量越來越大。常見的存儲器件一般是利用無機氧化物半導體材料構造，通過減少晶體管的尺寸從而減低生成成本與提高存儲容量。但是由于量子隧穿效應，無機氧化物半導體材料的制造工藝越來越負責，成本也逐漸提高。因為有機高分子材料具有分子結構可控、可彎曲、易加工、成本低廉等是優點，它們成為了制造新一代存儲器件的候選材料之一。?

聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)作為一種電活性材料，已經被廣泛被作為有機電極，用于構造晶體管、發光二極管與太陽能電池。最近，聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)也被用來構造存儲器件。利用聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)在不同的外加電場下，呈現出高電阻與低電阻不同的兩種電阻狀態，實現了信息的存儲。但是由于在有機高分子材料中載流子傳遞較差，穩定性較差，導致基于有機高分子材料的存儲器件重復性有待進一步改進。?

石墨烯作為一種由碳原子以sp²雜化形式組成的二維平面晶格結構材料，有著優異的電學特性、極高的熱傳導率、良好的熱穩定性和化學穩定性。但是由于石墨烯材料納米片層之間的相互吸引作用，它極易發生聚集。如果不對其進行改性，石墨烯較難與其他材料實現均勻復合。通過在石墨烯的二維平面上引入磺酸基團，將會提高石墨烯的水溶性，有利于實現石墨烯與水溶性有機高分子材料的復合，改善石墨烯的溶液加工性能，使其能大規模的應用在光電器件、生物傳感等領域。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的存儲器件及其制備方法，通過調控復合材料中磺化石墨烯的含量，可調控基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的存儲器件的開啟電壓和開關電流比。?

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的存儲器件,其由下電極、旋涂在下電極上的磺化石墨烯/聚?(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料作為存儲器件的中間電活性存儲層、沉積在電活性存儲層上的上電極組成，所述的磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的制備方法包括有以下步驟：1）利用石墨，依次通過化學還原、磺化和還原步驟制備磺化石墨烯；2）將磺化石墨烯加入聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)水溶液中，超聲分散30-60分鐘，得磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的水溶液。?

按上述方案，所述的磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料作為中間電活性存儲層的厚度為60-100nm。?

按上述方案，所述的磺化石墨烯在磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料中的重量比例為0.08%-0.32%。?

基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的存儲器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟：?

1）利用石墨，依次通過化學還原、磺化和還原步驟制備磺化石墨烯；?

2）將磺化石墨烯加入聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)水溶液中，超聲分散30-60分鐘，得磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的水溶液；?

3）在下電極上以轉速3000-5000轉/分鐘旋涂步驟2）所得復合材料的水溶液，旋涂時間為30-60秒；然后將表面旋涂有復合材料的下電極置于100度下干燥10-20分鐘；?

4）在旋涂完成的下電極上，通過熱蒸發得到厚度為100-300nm的金屬鋁或銅作為上電極材料，即形成基于磺化石墨烯/聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)復合材料的存儲器件。?

按上述方案，所述的下電極為ITO導電玻璃、單晶硅、金屬鋁、或表面蒸鍍有氧化銦摻錫的柔性PET聚酯薄膜；?

本發明具有以下優點：1）利用水溶性的磺化石墨烯與聚合物復合，不需要使用有機溶劑，減輕了對環境的污染；2）磺化石墨烯與聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)在水相中實現均勻復合，保證器件的重復性和穩定性；3）復合材料的原料易得，制備條件簡單，成本低，有利于大規模生產。?