[發(fā)明專利]一種光電多功能結(jié)構(gòu)單元、其制備方法與應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410018532.8
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103730573B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李潤偉;檀洪偉;劉鋼;朱小健
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11327
• 代理人: 單英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電致電阻轉(zhuǎn)變技術(shù)與發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能結(jié)構(gòu)單元及其制備方法，能夠應用于信息存儲與信息通訊等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著數(shù)字高科技的迅猛發(fā)展，人們對現(xiàn)有的電子信息產(chǎn)品的功能提出了更多的需求，如小型化、低成本、低功耗、高容量、高速度、多功能等。同時，集成電路也得到了飛速發(fā)展，其應用也越來越廣泛，電子系統(tǒng)正在與越來越多的其他系統(tǒng)相結(jié)合，進而孕育出各種多功能體系來滿足人們對電子信息產(chǎn)品越來越高的需求。

當前主流動態(tài)存儲器和靜態(tài)隨機存儲器的弱點之一是其易失性，即斷電情況下信息丟失，并且易受電磁輻射的干擾。閃存雖具有非易失性，但存在讀寫速度慢、記錄密度低等技術(shù)障礙，又面臨著微加工技術(shù)物理極限臨近的問題。因此，開發(fā)新概念存儲器已迫在眉睫。

2000年美國休斯敦大學在金屬/鈣鈦礦錳氧化物PrCaMnO/金屬這種三明治結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，在金屬電極間施加電脈沖可以使體系電阻在高低阻值來回切換。隨后，人們發(fā)現(xiàn)在NiO、CuO、ZrO₂、TiO₂等多種過渡族金屬氧化物中也存在類似的電致電阻轉(zhuǎn)變效應。基于電致電阻轉(zhuǎn)變效應，人們提出了一種新型非易失性存儲器—電阻型隨機存儲器。電阻型隨機存儲器具有存儲容量高、響應速度快、成本低等優(yōu)點，隨著研發(fā)的進展，該類存儲器在集成電路中扮演著越來越重要的角色。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明人在長期對電致電阻效應的研發(fā)基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)：在電致電阻效應的三明治結(jié)構(gòu)中，即，其由電極一、電極二，以及位于電極一與電極二之間的介質(zhì)層組成的結(jié)構(gòu)單元中，當介質(zhì)層材料不僅具有電致電阻轉(zhuǎn)變性能，而且在外界激勵條件下具有發(fā)光性能，并且其發(fā)光狀態(tài)與該電阻的轉(zhuǎn)變行為一致時，該結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成了一種特殊的光電多功能結(jié)構(gòu)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)電場寫入，光讀出（即，肉眼讀出），或者電場寫入、光傳輸?shù)墓δ堋?/p>

因此，本發(fā)明人提出了一種光電多功能結(jié)構(gòu)單元，包括電極一、電極二，以及位于電極一與電極二之間的介質(zhì)層，其特征是：所述的介質(zhì)層具有電致電阻轉(zhuǎn)變性能，而且在外界激勵條件下具有發(fā)光性能；當電極一和電極二之間的施加電壓變化，使該結(jié)構(gòu)單元的電阻發(fā)生轉(zhuǎn)變時，在外界激勵條件下，該結(jié)構(gòu)單元的發(fā)光狀態(tài)也發(fā)生變化。

所述的介質(zhì)層材料包括具有電致電阻轉(zhuǎn)變性質(zhì)的無機發(fā)光材料、有機發(fā)光材料和有機無機復合發(fā)光材料等。所述的發(fā)光材料包括硅酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氧化物、硫化物、硅基材料、半導體發(fā)光材料、稀土發(fā)光材料、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料、下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料、量子點發(fā)光材料、有機小分子發(fā)光材料、有機高分子發(fā)光材料、金屬有機配合物、X射線發(fā)光材料、化學發(fā)光材料、其他材料中的一種或多種組合等。

所述的介質(zhì)層可以是單層薄膜，也可以是多層不同材料組合而成的復合薄膜。

所述的介質(zhì)層厚度不限，優(yōu)選為5nm～100000nm。

所述的發(fā)光狀態(tài)不限，包括發(fā)光強度、發(fā)光波長或頻率等。相應地、所述的發(fā)光狀態(tài)發(fā)生變化是指發(fā)光強度、發(fā)光波長或頻率等發(fā)生變化。

所述結(jié)構(gòu)單元的發(fā)光狀態(tài)發(fā)生變化的機理包括以下兩種：

（1）因為外界激勵發(fā)生變化而引起介質(zhì)層發(fā)光狀態(tài)變化，所述的外界激勵變化是因為電極一和電極二之間的施加電壓發(fā)生變化而引起的；

（2）外界激勵保持不變，因為電極一和電極二之間的施加電壓發(fā)生變化而引起介質(zhì)層材料的發(fā)生變化，最終導致其發(fā)光狀態(tài)變化。

所述的外界激勵包括電磁波場激勵、電場激勵、磁場激勵、應力場激勵、溫度場激勵，以及陰極射線激勵中的一種激勵或多種的共同激勵等。其中，所述的電磁波場激勵包括紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等電磁波場激勵。

所述的電極一與電極二是導電材料，電極一與電極二可以是由同一種導電材料構(gòu)成，也可以由不同種導電材料構(gòu)成。所述的導電材料選自鐵、鉻、錳、鋁、銅、錫、鈷、鎳、金、鉬、鈀、鋯、銀、鋰、鈮、鉑、鈦、鉭、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁摻雜的氧化鋅、氮化鈦、氮化鋁鈦、氮化鉭、氮化鎢和石墨烯中的一種或多種組合。

本發(fā)明還提出了一種制備上述光電多功能存儲單元方法，包括如下步驟：

步驟1、采用鍍膜的方法在電極一表面制備介質(zhì)層；

步驟2、采用鍍膜的方法在介質(zhì)層表面制備電極二。

所述的步驟1、2中的鍍膜方法包括但不限于溶液旋涂、噴墨打印、自組裝、絲網(wǎng)印刷、凸版印刷、磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、脈沖激光沉積等方法中的一種或多種的組合。