[发明专利]一种碲基三元异质纳米线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碲基相变纳米材料及其制备方法，更加具体地说，是关于一维相变铟锑碲（In-Sb-Te）异质纳米线及其制备方法。

背景技术

相变化合物(如Ge-Sb-Te、In-Sb-Te等)因其在电流脉冲作用下晶态与非晶态之间进行可逆相变并可稳定保持的特性，成为构建相变非易失性随机存储器（Phasechange nonvolatilerandomaccessmemory，简称“PCRAM”）的关键材料。纳米相变化合物器件因其存储单元达到纳米级时所显示出的诸多优异性能，被业界认为有希望成为下一代主流非易失性存储器。基于异质纳米线（含核壳纳米线、异质结纳米线）的多态存储技术（即同一个存储单元内存储两个以上的状态），因其在不降低存储单元尺寸的前提下能有效地增加存储密度而被认为是提高纳米器件存储容量的最有效的方法之一。

多态存储技术主要是利用在一种存储单元内存储两个以上的状态。当多态存储单元构成多元相变存储器时，其存储状态比二态存储有显著的提高。国内外研究者所采用的多态存储方法主要有三种：1）通过薄膜掺杂在非晶态和晶态之间形成一个新的中间态；2）对于RESET态的RAM关键薄膜材料施加不同数目的编程脉冲，而获得具有不同阻值的电阻态；3）沉积异质薄膜材料（如Ge₂Sb₂Te₅–Sb₂Te₃薄膜）。尽管这三种方法都可在单元存储器中产生第三种状态，显示了一定的多态存储潜能，但是前两种方法产生的中间态难以控制、阻值波动性大、抗噪声低、重复性不理想，后者关键材料仍是相变化合物薄膜，因而其所需操作电流大、擦写速度慢，从而制约着这些多态存储方法的实用化。

美国宾夕法尼亚大学的Agarwal教授研究组在Ge₂Sb₂Te₅纳米线的表面气相沉积了一层多晶GeTe壳层，研究表明这种异质纳米线壳层的存在能在低阻态和高阻态之间形成一个中间状态的阻态，从而显著地增加纳米线的存储容量。制备出具有优异相变存储性能的Te基异质纳米线（纳米线异质结、核壳纳米线）及异质纳米线阵列，为探索新型多态存储材料及PCRAM器件的研制奠定理论与实际操作基础，在信息存储、凝聚态物理和集成电路系统的微型化等方面将产生重要的影响。现有的制备相变异质纳米线的方法主要是化学气相沉积相关技术，但这些方法一般需要较高的温度，能耗大，工艺复杂，反应副产物多，毒性大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本、低能耗、工艺简单的，能大量生产In-Sb-Te异质纳米线的制备方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种碲基三元异质纳米线及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，制备电解液：配制pH=2.2缓冲溶液，并向所述缓冲溶液中加入氯化锑、氯化铟和亚碲酸钾，完全溶解均匀；

步骤2，准备电解池：将模板的一面导电作为工作电极，同时在电解池中设置参比电极和对电极，并将步骤1制备的电解液转移至电解池中，然后将电解池密封通入惰性气体，例如氮气、氩气或者氦气，以除去电解液中的溶解氧；

步骤3，进行电化学沉积：先进行恒电位沉积，电位为-1.4V或-0.4V，沉积20—30分钟，再进行差分脉冲电沉积，一个脉冲循环参数为在-1.4V下沉积200ms，然后-0.4V下沉积100ms，连续进行沉积30—40分钟。

在上述方法中，所述pH=2.2缓冲溶液按照下述方法进行准备：柠檬酸1.05g、氢氧化钠0.42g、盐酸0.8ml溶解在49.2ml水中，超声分散成无色透明溶液。

在上述方法中，所述氯化锑、氯化铟和亚碲酸钾分别为体系提供元素锑、铟和碲，三种元素的摩尔比为4：4：1，例如10mM氯化锑（SbCl₃）、10mM氯化铟（InCl₃）2.5mM亚碲酸钾（K₂TeO₃）。

在上述方法中，在所述步骤1中，选择添加支持电解质硫酸钠，每50mL缓冲溶液中添加0.7102g。

在上述方法中，在所述步骤2中，选择孔径100nm的聚碳酸酯（PC）模板，通过喷金使其一面导电，作为工作电极使用；选择饱和甘汞电极为参比电极，选择铂片电极为对电极，并选择石英电解池。

在上述方法中，在所述步骤2中，选择通入惰性气体的时间为30min，以除去电解液中的溶解氧，例如氮气、氩气或者氦气。