一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，該柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)為ITO?ITO納米線?Ag三明治結(jié)構(gòu)，包括柔性透明襯底、設(shè)置于柔性透明襯底上的ITO薄膜，ITO薄膜上設(shè)有一層ITO納米線網(wǎng)絡(luò)，ITO納米線網(wǎng)絡(luò)上設(shè)有Ag電極，Ag電極為上電極，ITO薄膜上未設(shè)置ITO納米線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域?yàn)橄码姌O引線區(qū)域。本發(fā)明制作的電阻開關(guān)在可見光波段透過率達(dá)到70％以上，在正向彎曲或反向彎曲情況下都能保持良好的電阻開關(guān)特性。本發(fā)明制備的一種柔性透明薄膜型電阻開關(guān)可作為開關(guān)元件和電存儲(chǔ)器件在信息處理領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)和工藝簡單，成本極低，在透明電子器件領(lǐng)域中有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【專利說明】
一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微電子器件和功能薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于柔性襯底的、透明的薄膜型電阻開關(guān)器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有電阻開關(guān)特性的電雙穩(wěn)器件具有兩種不同的電阻態(tài)，可以作為非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器來進(jìn)行使用，基于電阻開關(guān)現(xiàn)象的電阻式隨機(jī)存儲(chǔ)器被認(rèn)為是下一代記憶器件的替代品之一。電阻式存儲(chǔ)器具有制備簡單、存儲(chǔ)密度高、讀寫速度快、操作電壓低和兼容性好等特點(diǎn)，因而開始被廣泛研究。
[0003]ITO是氧化銦(In2O3)和氧化錫(SnO2)的混合物，具有良好的光學(xué)和電學(xué)特性，已被作為透明導(dǎo)電電極廣泛應(yīng)用于LED發(fā)光器件、太陽能電池等領(lǐng)域。ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜既具有高的透過率(可見光波段大于90%)又具有良好的導(dǎo)電特性，且已被發(fā)現(xiàn)具有雙極性的電阻開關(guān)行為?，F(xiàn)階段，隨著透明顯示技術(shù)的不斷突破，以及可彎折可形變的透明電子產(chǎn)品具有的廣闊市場(chǎng)前景，柔性透明的超薄存儲(chǔ)器件是其中重要的一個(gè)部分。一般電阻開關(guān)器件都是基于金屬襯底，不具備柔性或透明的特性，難以實(shí)現(xiàn)柔性透明超薄的存儲(chǔ)器制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，以解決上述技術(shù)問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)，該柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)為ITO-1TO納米線-Ag三明治結(jié)構(gòu)，包括柔性透明襯底、設(shè)置于柔性透明襯底上的ITO薄膜，ITO薄膜上設(shè)有一層ITO納米線網(wǎng)絡(luò)，ITO納米線網(wǎng)絡(luò)上設(shè)有Ag電極，Ag電極為上電極，ITO薄膜上未設(shè)置ITO納米線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域?yàn)橄码姌O引線區(qū)域。
[0007]進(jìn)一步的，柔性透明襯底為PDMS薄膜。
[0008]進(jìn)一步的，整個(gè)柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)在可見光波段的透過率為70%以上。
[0009]—種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)制備一層厚度均勻的固化PDMS薄膜；
[0011](2)將固化后的PDMS薄膜反貼于一片潔凈的硬性基底上，實(shí)現(xiàn)PDMS薄膜的轉(zhuǎn)移；
[0012](3)在PDMS薄膜上制備一層ITO薄膜作為下電極；
[0013](4)將作為電極引線的區(qū)域進(jìn)行遮擋，然后利用自助裝的方式，在ITO薄膜上平鋪一層聚苯乙稀小球，并自然瞭干；
[0014](5)利用電子束蒸鍍的方式，在ITO薄膜上制備ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜；
[0015](6)將制備完成的樣品放入快速退火爐中退火；
[0016](7)在ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜上涂覆條狀A(yù)g導(dǎo)電膠，作為Ag電極；
[0017](8)將整個(gè)器件從玻璃基底上取下，得到柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)。
[0018]進(jìn)一步的，步驟(I)具體包括以下步驟:將PDMS主劑與PDMS硬化劑按體積比10:1比例混合均勻，放置于抽真空腔室中，利用抽真空的方式去除混合液中的氣泡;用酒精清洗玻璃基底并用氮?dú)獯蹈?，在玻璃基片上滴入配置完成的PDMS混合液，利用勻膠機(jī)制備均勻的PDMS薄膜，厚度在100-800μπι之間，然后在90 °C下烘烤40分鐘；得到厚度均勻的固化PDMS薄膜。
[0019]進(jìn)一步的，步驟(3)中利用磁控濺射的方式，在低于100°C條件下制備一層300nm厚的ITO薄膜作為下電極。
[0020]進(jìn)一步的，步驟(4)中聚苯乙烯小球的直徑為670nm;步驟(5)中利用電子束蒸鍍的方式，按0.lnm/s的速率在280°C下，沉積20分鐘，制備得到ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜。
[0021]進(jìn)一步的，步驟(6)中快速退火具體為在300°C氮?dú)夥諊峦嘶?-5分鐘。
[0022]對(duì)制備完成的基于PDMS襯底的ITO-1TO納米線網(wǎng)絡(luò)-Ag三明治結(jié)構(gòu)電阻開關(guān)進(jìn)行電壓-電流特性的測(cè)試，研究不同彎曲程度下其電阻開關(guān)效應(yīng)。將測(cè)試探針正極插在ITO膜上，負(fù)極插在Ag電極上，電壓變化范圍在-5V?5V之間。
[0023]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:電阻開關(guān)在柔性襯底上的制備，總體器件透過率大于70%，實(shí)現(xiàn)器件的透明特性;本發(fā)明提出的薄膜型電阻開關(guān)穩(wěn)定性好，在正向/反向彎曲條件下都能夠?qū)崿F(xiàn)高低阻態(tài)。
[0024]因此，本發(fā)明制備的一種柔性透明薄膜型電阻開關(guān)可作為開關(guān)元件和電存儲(chǔ)器件在信息處理領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)和工藝簡單，成本極低，在透明電子器件領(lǐng)域中有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0025]圖1為基于PDMS襯底的ITO-1TO納米線網(wǎng)絡(luò)-Ag的三明治結(jié)構(gòu)電阻開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為制備完成的電阻開關(guān)橫截面形貌的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
[0027]圖3為實(shí)施例1中的柔性透明薄膜型電阻開關(guān)器件的透過率測(cè)試曲線。
[0028]圖4為實(shí)施例1中的柔性透明薄膜型電阻開關(guān)器件的的電流-電壓特性曲線。
[0029]圖5為實(shí)施例1中正向彎曲的柔性透明薄膜型電阻開關(guān)器件的的電流-電壓特性曲線。
[0030]圖6為實(shí)施例1中反向彎曲的柔性透明薄膜型電阻開關(guān)器件的的電流-電壓特性曲線。
[0031]圖中標(biāo)號(hào):I為PDMS薄膜;2為ITO薄膜;3為ITO納米線網(wǎng)絡(luò);4為Ag電極。
【具體實(shí)施方式】
[0032]根據(jù)對(duì)本發(fā)明所制備的基于PDMS襯底的ITO-1TO納米線網(wǎng)絡(luò)-Ag三明治結(jié)構(gòu)電阻開關(guān)的特性分析，下面將其制備方法的最佳實(shí)施案例進(jìn)行詳細(xì)說明，同時(shí)針對(duì)這種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)在不同方向彎曲情況下的電壓-電流特性進(jìn)行案例說明。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]—種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，包括以下步驟:
[0035](I)在一塊2cm X 2cm的潔凈玻璃片上滴入0.2ml配置完成的PDMS混合液，利用勻膠機(jī)在轉(zhuǎn)速500rpm下轉(zhuǎn)20秒，然后將樣品在90 °C下烘烤40分鐘，得到一個(gè)厚度在500μπι的固化PDMS薄膜I ;聚二甲基娃氧燒(polydimethylsiloxane，PDMS)是一種聚合物材料，具有光學(xué)透明、柔性、良好的化學(xué)惰性、無毒、不易燃以及低成本等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于微流控等領(lǐng)域。
[0036](2)將固化后的PDMS薄膜I剝離后反貼于另一片潔凈的玻璃基底上，實(shí)現(xiàn)PDMS薄膜I的轉(zhuǎn)移，并用高溫膠帶將薄膜的邊緣粘牢固；
[0037](3)利用磁控濺射的方式，在低于100°C條件下制備一層厚度為300nm厚的ITO薄膜2作為下電極；
[0038](4)用高溫膠帶將作為電極引線的區(qū)域進(jìn)行遮擋，然后利用自助裝的方式，在ITO薄膜2上平鋪一層直徑為670nm的聚苯乙稀小球，并自然瞭干；
[0039](5)利用電子束蒸鍍的方式，按0.lnm/s的速率在280°C下，沉積20分鐘，制備ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜3;
[0040](6)去除高溫膠帶，將制備完成的樣品放入快速退火爐中，300°C下，氮?dú)夥諊峦嘶?分鐘；
[0041 ] (7)在ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜3上涂覆條狀A(yù)g導(dǎo)電膠，作為Ag電極4;
[0042](8)將整個(gè)器件從玻璃基底上取下，得到一種總厚度在百微米量級(jí)的超薄柔性透明的可貼式電阻開關(guān)。
[0043]對(duì)制備完成的柔性透明薄膜型電阻開關(guān)進(jìn)行透過率測(cè)試，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯稣麄€(gè)電阻開關(guān)器件的透過率在可見光波段達(dá)到70%以上，具有良好的透明特性。
[0044]用電流源/電壓表測(cè)量樣品的電壓-電流特性，分別將測(cè)試探針正極與下電極(ΙΤ0薄膜)相接，負(fù)極與上電極(Ag)相接，測(cè)試過程042V404-2V—0為一個(gè)循環(huán)，每隔0.125V測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，結(jié)果如圖4所示。可以看出在特定電壓下，對(duì)應(yīng)不同的電流值，表現(xiàn)出不同的電阻態(tài)，說明本發(fā)明制備的電阻開關(guān)具有良好的電阻開關(guān)效應(yīng)。
[0045]將實(shí)施案例I中制備完成的電阻開關(guān)器件，進(jìn)行正向彎曲，即向上電極方向彎曲形成一個(gè)圓筒狀(圓筒截面圓周長約為2cm)，利用同樣的電流源/電壓表測(cè)量樣品的電壓-電流特性，分別將測(cè)試探針正極與下電極(ΙΤ0薄膜)相接，負(fù)極與上電極(Ag)相接，測(cè)試過程O—3V404-3V—0為一個(gè)循環(huán)，每隔0.06V測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，結(jié)果如圖5所示。通過100次循環(huán)測(cè)試可以看出，本發(fā)明制備的電阻開關(guān)器件在彎曲一定程度下仍然具有穩(wěn)定的高低兩種電阻態(tài)，說明本發(fā)明制備的電阻開關(guān)器件，能夠?qū)崿F(xiàn)在正向彎曲下的應(yīng)用。
[0046]將實(shí)施案例I中制備完成的電阻開關(guān)器件，進(jìn)行反向彎曲，即向下電極方向彎曲形成一個(gè)圓筒狀(圓筒截面圓周長約為2cm)，利用同樣的電流源/電壓表測(cè)量樣品的電壓-電流特性，分別將測(cè)試探針正極與下電極(ΙΤ0薄膜)相接，負(fù)極與上電極(Ag)相接，測(cè)試過程O—3V404-3V—0為一個(gè)循環(huán)，每隔0.06V測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，結(jié)果如圖6所示。通過100次循環(huán)測(cè)試可以看出，本發(fā)明制備的電阻開關(guān)器件在彎曲一定程度下仍然具有穩(wěn)定的高低兩種電阻態(tài)，說明本發(fā)明制備的電阻開關(guān)器件，能夠?qū)崿F(xiàn)在反向彎曲下的應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)，其特征在于，該柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)為ITO-1TO納米線-Ag三明治結(jié)構(gòu)，包括柔性透明襯底、設(shè)置于柔性透明襯底上的ITO薄膜，ITO薄膜上設(shè)有一層ITO納米線網(wǎng)絡(luò)，ITO納米線網(wǎng)絡(luò)上設(shè)有Ag電極，Ag電極為上電極，ITO薄膜上未設(shè)置ITO納米線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域?yàn)橄码姌O引線區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)，其特征在于，柔性透明襯底為I3DMS薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)，其特征在于，整個(gè)柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)在可見光波段的透過率為70 %以上。4.一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備一層厚度均勻的固化PDMS薄膜； (2)將固化后的PDMS薄膜反貼于一片潔凈的硬性基底上，實(shí)現(xiàn)PDMS薄膜的轉(zhuǎn)移； (3)在PDMS薄膜上制備一層ITO薄膜作為下電極； (4)將作為電極引線的區(qū)域進(jìn)行遮擋，然后利用自助裝的方式，在ITO薄膜上平鋪一層聚苯乙烯小球，并自然晾干； (5)利用電子束蒸鍍的方式，在ITO薄膜上制備ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜； (6)將制備完成的樣品放入快速退火爐中退火； (7)在ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜上涂覆條狀A(yù)g導(dǎo)電膠，作為Ag電極； (8)將整個(gè)器件從玻璃基底上取下，得到柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，其特征在于，步驟(I)具體包括以下步驟:將PDMS主劑與PDMS硬化劑按體積比10:1比例混合均勻，放置于抽真空腔室中，利用抽真空的方式去除混合液中的氣泡；用酒精清洗玻璃基底并用氮?dú)獯蹈?，在玻璃基片上滴入配置完成的PDMS混合液，利用勻膠機(jī)制備均勻的PDMS薄膜，厚度在100-800μπι之間，然后在90°C下烘烤40分鐘;得到厚度均勻的固化PDMS薄膜。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，其特征在于，步驟(3)中利用磁控濺射的方式，在低于100°C條件下制備一層300nm厚的ITO薄膜作為下電極。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，其特征在于，步驟(4)中聚苯乙稀小球的直徑為670nm;步驟(5)中利用電子束蒸鍍的方式，按0.lnm/s的速率在280°C下，沉積20分鐘，制備得到ITO納米線網(wǎng)絡(luò)薄膜。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種柔性透明的薄膜型電阻開關(guān)及制備方法，其特征在于，步驟(6)中快速退火具體為在300 °C氮?dú)夥諊峦嘶?-5分鐘。
【文檔編號(hào)】H01L45/00GK105932155SQ201610398430
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】李強(qiáng), 田振寰, 尚更, 云峰
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)