一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及微/納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及微/納米記憶存儲(chǔ)器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，鐵電記憶存儲(chǔ)器、磁阻記憶存儲(chǔ)器、相變記憶存儲(chǔ)器、阻變記憶存儲(chǔ)器等新型的非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器獲得國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。與大體積器件相比，微/納米記憶存儲(chǔ)器具有耗能少、尺寸小、存儲(chǔ)密度大等優(yōu)點(diǎn)。基于Ni0、Zn0、ZnSn04、GeSe2等一維微/納米線的記憶存儲(chǔ)器具有制備工藝簡(jiǎn)單、低能耗、良好的穩(wěn)定性、高讀寫速度和循環(huán)次數(shù)等優(yōu)點(diǎn)在阻變存儲(chǔ)器的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和研究。在非易失性記憶存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)通過(guò)電阻開關(guān)性能得以實(shí)現(xiàn)，低阻態(tài)和高阻態(tài)分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制中的“O”和“I”。
[0003]Karen 1.Winey等將Ag納米線分散于聚苯乙稀中形成雜化納米薄膜。在高電壓下，Ag納米線之間形成燈絲效應(yīng)，為電子的傳輸提供了快速通道，降低器件電阻，從而使器件從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，實(shí)現(xiàn)電阻開關(guān)效應(yīng)。Zhong Lin Wang課題組利用一維ZnO微/納米線的壓電效應(yīng)，構(gòu)筑了兩電極的柔性器件。通過(guò)對(duì)柔性器件施加應(yīng)力來(lái)改變半導(dǎo)體與金屬之間的肖特基勢(shì)皇高度，從而改變器件的電阻狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)非易失型阻態(tài)存儲(chǔ)效果，James M.Tour課題組將單壁碳納米管的兩端焊接在Si02/Si襯底上，并在底部構(gòu)建一個(gè)柵電極。在柵電壓的作用下電荷在碳納米管和S12界面被俘獲。這種基于單根一維單壁碳納米管結(jié)構(gòu)的納米器件具有電阻開關(guān)效應(yīng)，以及非易失性存儲(chǔ)功能。隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)和存儲(chǔ)密度需求的增加，近年來(lái)多比特記憶存儲(chǔ)器在取代“O”和“I” 二進(jìn)制的記憶存儲(chǔ)器方面獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。Wooyoung Shim等人在單根一維Ge/Si核殼納米線上構(gòu)筑兩個(gè)疊加的柵電極，所構(gòu)筑的內(nèi)層的柵電極可控制電阻的開關(guān)，外層?xùn)烹姌O具有調(diào)節(jié)阻態(tài)的作用。
[0004]雖然在電阻開關(guān)和記憶存儲(chǔ)研究方面已經(jīng)獲得了一些研究成果，然而在存儲(chǔ)器領(lǐng)域還存在許多值得探索的問(wèn)題。如:雖然熱傳感器和熱探測(cè)器已經(jīng)得到很好的發(fā)展，然而，迄今為止沒(méi)有一款針對(duì)溫度信號(hào)寫入的非易失性記憶存儲(chǔ)器;為了獲得非易失性及多比特存儲(chǔ)性能，研究者在設(shè)計(jì)器件時(shí)會(huì)構(gòu)建柵電壓或設(shè)計(jì)復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)，從而使器件獲得多阻態(tài)的存儲(chǔ)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器，能夠采集不同的溫度信號(hào)并長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的多比特存儲(chǔ)以及克服現(xiàn)有非易失性多比特記憶存儲(chǔ)器對(duì)柵電壓及特殊器件結(jié)構(gòu)的依賴，
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明所述的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器，包括絕緣襯底(101)、單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO—維微/納米線(102)、電極一(103)、電極二(104)、導(dǎo)線一(105)、導(dǎo)線二(106)、封裝材料(107)。單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO一維微/納米線(102)放置在絕緣襯底(101)上，單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO—維微/納米線(102)兩端分別焊接電極一(103)和電極二(104)，兩端電極分別連接導(dǎo)線一(105)和導(dǎo)線二(106);封裝材料(107)將整個(gè)單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO—維微/納米線
(102)、電極一(103)和電極二( 104)封裝在絕緣襯底(101)上。
[0007]測(cè)試時(shí)，將導(dǎo)線一(105)和導(dǎo)線二(106)與函數(shù)功能發(fā)生器(108)連接。
[0008]優(yōu)選地，所述的單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO—維微/納米線為ZnO晶格中含有鉀元素和氯元素雜質(zhì)缺陷的一維微/納米線。
[0009]優(yōu)選地，所述絕緣基底為氧化鋁陶瓷基底、氮化鋁陶瓷基底或氮化硅陶瓷基底。
[0010]優(yōu)選地，所述的金屬電極為鋁、銀或鉑。
[0011]優(yōu)選地，所述的封裝材料為環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0012]本發(fā)明還提供一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器的信息寫入方法，其特征包括如下步驟:將所述的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器置于30-300 qC以內(nèi)任一溫度。
[0013]本發(fā)明還提供一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器的信息存儲(chǔ)方法，其特征包括如下步驟:將所述的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器置于30-300 ciC以內(nèi)任一溫度，然后放置室溫環(huán)境中。
[0014]本發(fā)明還提供一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器的信息擦除方法，其特征包括如下步驟:將所述的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器置于30-300 ciC以內(nèi)任一溫度，然后放置室溫環(huán)境中，再對(duì)所述的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器施加1V的直流電壓。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0016](I)應(yīng)用上的新突破。本發(fā)明的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器，首次實(shí)現(xiàn)了將溫度信息直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的非易失性記憶存儲(chǔ)器;所述的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器能夠有識(shí)別30至300°C環(huán)境內(nèi)的任一溫度，根據(jù)溫度值的大小有區(qū)別的將信號(hào)存儲(chǔ)于所述的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)多比特存儲(chǔ)性能。
[0017](2)工藝簡(jiǎn)便、體積小、輕巧便攜、兼容性好。本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器無(wú)需構(gòu)建柵電壓和特殊器件結(jié)構(gòu)就可獲得非易失性和多比特存儲(chǔ)性，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，節(jié)約能源消耗；本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，且無(wú)需特殊的工作環(huán)境，具有很好的兼容性。
[0018](3)高效利用。本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器無(wú)需大規(guī)模、高強(qiáng)度的能量輸入，僅需放置大氣環(huán)境中即可;本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器能夠重復(fù)信號(hào)寫入-存儲(chǔ)-擦除的過(guò)程，可循環(huán)利用;本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器具有多比特存儲(chǔ)性能，增加了存儲(chǔ)密度。實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。
[0019](4)用途廣泛。本發(fā)明的一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器可用于工業(yè)排熱管道、供暖管道、地?zé)岬刃枰M(jìn)行溫度傳感及探測(cè)的領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器的一種典型結(jié)構(gòu)示意圖。其中，101為絕緣襯底、102為單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO—維微/納米線、103為電極一、104為電極二、105為導(dǎo)線一、106為導(dǎo)線二、107為封裝材料、108為函數(shù)功能發(fā)生器。
[0021]圖2為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在100°(:、150°(:、200°(:、250°(:和300°(:下的電流電壓特征曲線。
[0022]圖3為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在100°(:、150°(:、200°(:、250°(:和300°(:的信息寫入后，室溫下存儲(chǔ)性能的穩(wěn)定性測(cè)試。
[0023]圖4為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在寫入的溫度信號(hào)為100°C下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過(guò)程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過(guò)程中的操作電壓。
[0024]圖5為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在寫入的溫度信號(hào)為150°C下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過(guò)程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過(guò)程中的操作電壓。
[0025]圖6為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在寫入的溫度信號(hào)為200°C下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過(guò)程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過(guò)程中的操作電壓。
[0026]圖7為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在寫入的溫度信號(hào)為250°C下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過(guò)程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過(guò)程中的操作電壓。
[0027]圖8為本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器在寫入的溫度信號(hào)為300°C下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過(guò)程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過(guò)程中的操作電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]本發(fā)明提供一種可存儲(chǔ)溫度信號(hào)的非易失性多比特微/納米記憶存儲(chǔ)器，在無(wú)需柵壓和特殊器件結(jié)構(gòu)的情況下，能夠有識(shí)別30至300°C環(huán)境內(nèi)的任一溫度，根據(jù)溫度值的大小有區(qū)別的將信號(hào)存儲(chǔ)于所述的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)多比特存儲(chǔ)性能，可用于工業(yè)排熱管道、供暖管道、地?zé)岬刃枰M(jìn)行溫度傳感及探測(cè)的領(lǐng)域。本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器利用單根鉀元素和氯元素共摻雜的ZnO—維微/納米線中的陷阱能級(jí)，通過(guò)溫度對(duì)陷阱能級(jí)電子激發(fā)來(lái)調(diào)控器件的電阻狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的多比特存儲(chǔ)性能。
[0030]圖1示出的是本發(fā)明的溫度信號(hào)存儲(chǔ)器的典型結(jié)構(gòu)示意圖依次包括絕緣基底