[发明专利]一种光电多功能结构单元、其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及电致电阻转变技术与发光技术领域，具体涉及一种多功能结构单元及其制备方法，能够应用于信息存储与信息通讯等领域。

背景技术

随着数字高科技的迅猛发展，人们对现有的电子信息产品的功能提出了更多的需求，如小型化、低成本、低功耗、高容量、高速度、多功能等。同时，集成电路也得到了飞速发展，其应用也越来越广泛，电子系统正在与越来越多的其他系统相结合，进而孕育出各种多功能体系来满足人们对电子信息产品越来越高的需求。

当前主流动态存储器和静态随机存储器的弱点之一是其易失性，即断电情况下信息丢失，并且易受电磁辐射的干扰。闪存虽具有非易失性，但存在读写速度慢、记录密度低等技术障碍，又面临着微加工技术物理极限临近的问题。因此，开发新概念存储器已迫在眉睫。

2000年美国休斯敦大学在金属/钙钛矿锰氧化物PrCaMnO/金属这种三明治结构中发现，在金属电极间施加电脉冲可以使体系电阻在高低阻值来回切换。随后，人们发现在NiO、CuO、ZrO₂、TiO₂等多种过渡族金属氧化物中也存在类似的电致电阻转变效应。基于电致电阻转变效应，人们提出了一种新型非易失性存储器—电阻型随机存储器。电阻型随机存储器具有存储容量高、响应速度快、成本低等优点，随着研发的进展，该类存储器在集成电路中扮演着越来越重要的角色。

发明内容

本发明人在长期对电致电阻效应的研发基础上，发现：在电致电阻效应的三明治结构中，即，其由电极一、电极二，以及位于电极一与电极二之间的介质层组成的结构单元中，当介质层材料不仅具有电致电阻转变性能，而且在外界激励条件下具有发光性能，并且其发光状态与该电阻的转变行为一致时，该结构单元构成了一种特殊的光电多功能结构单元，能够实现电场写入，光读出（即，肉眼读出），或者电场写入、光传输的功能。

因此，本发明人提出了一种光电多功能结构单元，包括电极一、电极二，以及位于电极一与电极二之间的介质层，其特征是：所述的介质层具有电致电阻转变性能，而且在外界激励条件下具有发光性能；当电极一和电极二之间的施加电压变化，使该结构单元的电阻发生转变时，在外界激励条件下，该结构单元的发光状态也发生变化。

所述的介质层材料包括具有电致电阻转变性质的无机发光材料、有机发光材料和有机无机复合发光材料等。所述的发光材料包括硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氧化物、硫化物、硅基材料、半导体发光材料、稀土发光材料、上转换发光材料、下转换发光材料、量子点发光材料、有机小分子发光材料、有机高分子发光材料、金属有机配合物、X射线发光材料、化学发光材料、其他材料中的一种或多种组合等。

所述的介质层可以是单层薄膜，也可以是多层不同材料组合而成的复合薄膜。

所述的介质层厚度不限，优选为5nm～100000nm。

所述的发光状态不限，包括发光强度、发光波长或频率等。相应地、所述的发光状态发生变化是指发光强度、发光波长或频率等发生变化。

所述结构单元的发光状态发生变化的机理包括以下两种：

（1）因为外界激励发生变化而引起介质层发光状态变化，所述的外界激励变化是因为电极一和电极二之间的施加电压发生变化而引起的；

（2）外界激励保持不变，因为电极一和电极二之间的施加电压发生变化而引起介质层材料的发生变化，最终导致其发光状态变化。

所述的外界激励包括电磁波场激励、电场激励、磁场激励、应力场激励、温度场激励，以及阴极射线激励中的一种激励或多种的共同激励等。其中，所述的电磁波场激励包括红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等电磁波场激励。

所述的电极一与电极二是导电材料，电极一与电极二可以是由同一种导电材料构成，也可以由不同种导电材料构成。所述的导电材料选自铁、铬、锰、铝、铜、锡、钴、镍、金、钼、钯、锆、银、锂、铌、铂、钛、钽、铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝掺杂的氧化锌、氮化钛、氮化铝钛、氮化钽、氮化钨和石墨烯中的一种或多种组合。

本发明还提出了一种制备上述光电多功能存储单元方法，包括如下步骤：

步骤1、采用镀膜的方法在电极一表面制备介质层；

步骤2、采用镀膜的方法在介质层表面制备电极二。

所述的步骤1、2中的镀膜方法包括但不限于溶液旋涂、喷墨打印、自组装、丝网印刷、凸版印刷、磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发、脉冲激光沉积等方法中的一种或多种的组合。