[发明专利]一种具有光致阻增特性的含银纳米颗粒碲酸盐光功能微晶玻璃材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有光致阻增特性的含银纳米颗粒碲酸盐光功能微晶玻璃材料及其制备方法与应用；本发明的微晶玻璃材料包括基质玻璃和掺杂组分；所述基质玻璃为以TeOsubgt;2/subgt;为玻璃形成体，ZnO、Nasubgt;2/subgt;O为网络外体的基质玻璃；所述掺杂组分为Ersubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、Ybsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和Agsubgt;2/subgt;O。本发明将Te源、Zn源、Na源、Er源、Yb源和Ag源混合，研磨成粉、熔融、退火，得到具有光致阻增特性的含银纳米颗粒碲酸盐光功能微晶玻璃材料。本发明的微晶玻璃材料在450nm和980nm半导体激光激发下其阻抗和直流电阻性能随着激光波长、功率呈有规律性变化，通过光可以使材料阻值提高一个数量级，可用于光电集成信息存储领域。

技术领域

本发明属于光电集成信息存储器件用具有光致阻增特性的材料及应用技术领域，具体涉及一种具有光致阻增特性的含银纳米颗粒碲酸盐光功能微晶玻璃材料及其制备方法与应用。

背景技术

为了存储数据，人们发展了基于磁、电、光等不同原理的0、1二进制存储技术。利用电磁感应装置调控磁性物质表面微区磁畴的不同状态，发展了磁性存储，如磁带和机械硬盘。基于激光改变感光染料分子价键或极性发展了光学存储，例如CD、DVD和BD；基于浮栅晶体管的高低电压值变化发展了U盘、固态硬盘(SSD)等电学存储方式。随着大数据时代对冷数据存储的需求，基于即时电压控制场效应晶体管或者忆阻器的两个开关状态而发展出的非易失性存储设备也越来越被人们所重视。

忆阻器的内涵丰富，阻变机理也各异。目前，众多的阻变机理可归纳为离子效应、电子效应和热效应三种。这三种效应并不是孤立的，可能会共同起作用，但其作用程度会根据介质材料的特性不同而发生改变。离子效应是目前忆阻器的主要机理。离子效应主要指电阻的变化是由电场作用下离子的输运和化学反应引起的，又可分为阴离子效应和阳离子效应。阴离子主要指氧离子，阳离子主要指电化学活性金属离子，如Ag⁺,Cu²⁺等。阳离子效应往往基于固体电解质或类固体电解质中活性金属离子的物理迁移和电化学反应。当正电压施加于活性金属电极上时，电解质中源于活性电极的金属离子将在惰性电极处被还原成金属原子。随着被还原离子的不断增多，在两个电极之间就形成了一个由惰性电极连向活性电极的金属导电细丝，这个细丝显著地降低了器件电阻，这就完成了一个“写”的过程。擦除这个器件与写入类似，在活性电极上施加负电压，金属离子将从细丝离开回到电解质中去，并最终回到活性电极上，这样就使导电细丝断开，重新回到了高阻态。与传统计算机不同，基于忆阻器的状态逻辑以阻值高低代表逻辑状态而不是电压或电荷，这就要求作为离子型忆阻器的固态/类固态电解质材料具有良好的机械性能和热稳定性，且内部电阻可以随着外部电场变化进行阻值调节。通过光场调控离子导电电阻的忆阻器技术稀少，光致离子电阻增加的材料和技术匮乏，鉴于目前现有的成熟的光敏电阻技术通常是利用光致电子电阻减少的效应，且其缺点是光敏电阻受温度影响较大，具体而言是其内部材料的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。响应速度不快，在毫秒到秒之间，延迟时间受入射光的光照度影响，因此研发一种既能够满足光致阻增特性来与光敏电阻互补，且其存储介质材料具有良好的光/热稳定性，能在高温高光密度的工作条件下保持良好的光电灵敏度至关重要。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有光致阻增特性的用于光电集成信息存储器件的含银纳米颗粒碲酸盐光功能微晶玻璃材料及其制备方法与应用；本发明设计了该材料光电特性的使用器件原型，并提出了一个应用概念模型装置。

本发明的首要目的是制备一种能在光照条件下产生较强局域场且具有光活性中心的透明介质材料。本发明采用熔融冷却法制备出含银离子和稀土离子的透明基质玻璃，随后对抛光的基质玻璃进行热处理，使其在不同的热处理时间下析出富集状态不同的纳米银颗粒，得到微晶玻璃，本发明将纳米银颗粒引入到碲酸盐基质玻璃中，通过其局域表面等离子共振效应来提供光生局域场。