[发明专利]基于磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料的存储器件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料的存储器件及其制备方法，该存储器件由下电极、中间电活性存储层和上电极组成，其中下电极选自ITO导电玻璃、单晶硅、表面蒸镀有氧化铟掺锡的柔性PET聚酯薄膜中的一种，中间电活性存储层为磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料，上电极为金属铝。本发明利用水溶性的磺化石墨烯作为掺杂剂与聚吡咯发生分子间相互作用，实现石墨烯与聚吡咯的有效均匀复合，同时聚吡咯减弱了石墨烯与金纳米粒子的聚集，石墨烯与金纳米粒子改善了载流子在复合材料中的传输能力，保证了存储器件的稳定性与重复性。

技术领域

本发明涉及复合材料及微电子技术领域，具体涉及一种基于磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料的存储器件及其制备方法。

背景技术

在电子半导体工业中，大部分存储器件是用无机氧化物半导体材料制造的，然而随着小尺寸无机半导体材料的制备工艺越来越复杂，其逐渐无法满足存储器件对于大存储容量与快存储速率的要求。分子结构可控、易加工的有机导电高分子材料已被广泛用于构造传感器、晶体管、发光二极管与太阳能电池，它们也成为构造新型存储器件的候选材料之一。

聚吡咯作为一种导电高分子材料，也被用来构造存储器件。在不同的外加电场下，聚吡咯分子内的载流子传输状态会发生改变，呈现出高电阻与低电阻两种不同的电阻状态，完成了信息的存储。但是载流子在聚吡咯中传递性、稳定性较差，导致基于聚吡咯的存储器件的存储性能与存储重复性有待进一步提升。

石墨烯与金属纳米粒子具有良好的电学性能，但是石墨烯亲水性差不利于在水中分散，而且石墨烯与金属纳米粒子易于聚集。杜瑶等人(杜瑶.石墨烯基复合材料的制备及其在光电信息存储领域的应用[D].北京化工大学,2016.)将银纳米粒子通过交联分子共价接枝到表面含有羟基等官能团的氧化石墨烯上，改善了氧化石墨烯的性能，得到了基于银纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的存储器件，但是加入的交联分子不利于提升载流子的传输能力。

对于石墨烯/聚吡咯复合材料，如何实现石墨烯与聚吡咯在分子层次上的均匀复合，减弱石墨烯的聚集情况，如何改善载流子在石墨烯与聚吡咯复合材料中的传输，提升存储器件的综合性能，仍需要做大量的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于解决现有石墨烯/聚吡咯复合材料应用于存储器件存在的上述问题，提供一种基于磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料的存储器件及其制备方法。该存储器件由导电玻璃类下电极、沉积在下电极上的磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料中间电活性存储层、铝上电极组成，利用水溶性的磺化石墨烯作为掺杂剂与聚吡咯发生分子间相互作用，实现石墨烯与聚吡咯的有效均匀复合，聚吡咯减弱了石墨烯与金纳米粒子的聚集，石墨烯与金纳米粒子改善了载流子在复合材料中的传输能力，保证了存储器件的稳定性与重复性。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料的存储器件，由下电极、中间电活性存储层和上电极组成，其中下电极选自ITO导电玻璃、单晶硅、表面蒸镀有氧化铟掺锡的柔性PET聚酯薄膜中的一种，所述中间电活性存储层为磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料，所述上电极为金属铝。

进一步的，所述中间电活性存储层厚度为100-150nm，所述上电极厚度为100-300nm。

上述存储器件的制备方法，包括以下步骤：(a)将下电极表面处理干净备用；(b)对石墨改性得到磺化石墨烯，接着在氧化剂存在条件下，将磺化石墨烯与吡咯单体混合反应，分离得到磺化石墨烯/聚吡咯复合材料；(c)将磺化石墨烯/聚吡咯复合材料分散在水中，再加入高氯酸金，反应后分离得到磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料；(d)将磺化石墨烯/聚吡咯/金纳米粒子复合材料分散在甲苯类溶剂中，所得溶液旋涂在下电极上，干燥后得到中间电活性存储层；(e)在中间电活性存储层上蒸镀一层铝，得到存储器件。

按照上述方案，步骤(a)所述下电极为ITO导电玻璃或单晶硅或表面蒸镀有氧化铟掺锡的柔性PET聚酯薄膜。