Vervaardiging van nie-vlugtige lading-berging geheue toestel deur nuwe gedoteerde ZnO nanopartikels met 4.79 eV bandgap
SOUDIP SINHA ROY
Teoretiese fisikus

Quantumorbit Synthesis Pvt. Bpk., Indië
soudipsinharoy@(gmail.com, physicist.net)
Abstrak
N owadays, het die drastiese deelname van die nanogrootte materiale in tegnologie betrek met verskeie programme wat hoofsaaklik daarop gemik die verbetering van die prestasie, dimensionele afskaling, ultra-lae kragverbruik ens om die fundamentele grense van die micro toestelle te oorkom. Dit is die vereiste stadium om 'n gerieflike alternatief van die tradisionele grootskaalse tegnologieë bekend te maak met die doel om die vloei van die toegepaste wetenskap vir die mensdom te versnel. Hierdie artikel bied twee nuwe nie-vlugtige toestelstrukture aan wat per laag deur ' n laagafsettingsmetode vervaardig word. IV-metings vir beide die monsters regverdig die toestelkenmerk as p-tipe –isolator-n-tipe konfigurasie. Die metings bevestig dat die suksesvolle vervaardiging van daardie toestelle en bewys die hoëdigtheid laaikapasiteit met ' n verbeterde leeftyd van die draers in vergelyking met vroeëre verslae. Die gemeet die drempelspanning vir hierdie toestel is 0,939V.
Fabrication of Non-volatile Charge Stora

Diode kenmerkend van die vervaardigde toestel

Sleutels: sinkoksied, ladingstoortoestelle, kwantumfisika, nanotegnologie

1. Inleiding

Om die verborge geheime van die molekules en hul aansoeke die nanowetenskap is aangebied baie van sy morfisme ten einde vinnige prestasie skaal met drastiese dimensionele afskaling ontvou. Manipulasie van die molekulêre inligtingstegnologie het talle bestaande benaderings , byvoorbeeld molekulêre nie-vlugtige geheue , elektronspin -toestelle, nano- memorister , kwantumpunt-eiland-gebaseerde toestelle, kapasitiewe toestelle ens. wat hul voortreflike aktiwiteite in binêre logika en stoortoesteltoepassings bewys het. Deesdae het die nut van die harde berging baie belangrik en oombliklik geword, wat beweer dat dit kleiner en vinnigste is om aan die huidige vereistes van die mensdom te voldoen . Die vervaardiging van die nie-vlugtige lading stoor toestelle maak 'n gerieflike manier oop met miljoene lading stoor kapasiteit in 'n paar nanometer gebiede . In hierdie brief het die ZnO nanopartikel-gebaseerde nie-vlugtige geheue-toestel gerapporteer wat 'n beter optimalisering van die toesteldoeltreffendheid bied. Om hierdie toestel te vervaardig, het drie hoofmateriaal betrokke, dit is PMMA, Ag NPs, ZnO NPs. In 'n ander tipe toestel word die toestel vervaardig deur Nafion te gebruik wat 'n maatstaf van die p- in- diode toon. Die PMMA-laag word gebruik as die tonnelversperring vir die elektrone wat 'n pad verskaf na die elektrone wat getonneel moet word tydens die voorspanningtoepassing, maar weerstand tydens afsnytoestand. Dit dien ook as die hoë impedansie vir die elektrone tydens afsnytoestand wat die ontlading weerstaan deur die omgekeerde tonnel te verdedig. Om hierdie toestel vervaardig die ZnO en Ag gedoteer ZnO NP benut en spesifiek sputtered op die oppervlak van die ITO. Twee verskillende tipes toestelle is deurgeloop, eerstens is ITO/PMMA/Nafion ondersoek en volgende is ITO/PMMA/ZnO-NP's wat met Ag NP's gedoteer is. Die verminderde bandgaping van die gedoteerde ZnO-laag werk as die elektron-hoptoestand en laat dit toe om dit teen ultra-lae kragtoevoer te bedryf.

2. Agtergrond van nie-vlugtige geheue toestelle

Sedert die laaste twintig jaar van die 19de eeu het die vooruitgang van die nanotegnologie baie nuwe toepassings aan die huidige tegnologie bemaak om die huidige vloei oor sy fundamentele grense te versnel. Die molekulêre tegnologie het verskeie komplikasies in die vervaardiging en werking van die toestel uitgeskakel, byvoorbeeld onsuiwerheidsinkonsekwentheid, termiese draerdiffusie, verhoogde uitgawes van fotolitografie, ens. wat werklik die ongewenste foute in stroombaan oorkom en die aantal superposisietoestande streng laat krimp. In die onlangs gepubliseerde artikel word berig dat [1,2] die tonnelstroom afhang van die versperringsweerstand wat tonnel  word dinamies geskend as gevolg van die bedryfstemperatuurvariasie. Daarom is die temperatuurstabiliteit ook 'n sleutelpunt wat hoog moet wees om die uiteindelike toestelprestasie te kies.

Die sintese van die nie-vlugtige geheue toestelle deur die molekulêre dunfilm tegnologie is reeds voor 'n paar jaar versorg. Die drywende hek MOS-toestelle is ook aanvaarbare prestasies in beheer berging, maar dié het die minder bergingsdigtheid en laer spoed van werking. Die betrokkenheid van die nanopartikels veroorsaak ' n hoë oppervlakarea met die wye bandgaping wat vereis om hoëdigtheiddata te stoor en geoptimaliseerde bedryfspoed met ultralae kragverbruik en klein foute.

tussen die ITO- en die Ag NPs-laag. Nog 'n verslag kommunikeer dat die struktuur ITO/aC/ZnO/aC/Al-kontak ook baie hoë optimering in skakeltempo toon en die ladingstoorvermoë waar twee aC geïnkorporeer is wat optree ITO/PMMA/Ag NPs-gebaseerde toestel is reeds voorheen gerapporteer wat toon uitstekende prestasie-aanpasbaarheid [2]. Die AAN/AF-verhouding (skakeltempo) het ook drasties verbeter as gevolg van die inkorporering van die PMMA-laag as ' n tipiese isolator [1].

3.  Voorbereiding van  onderskeie nanopartikels

Die volgende nanopartikels word in die toestelvervaardigingsproses gebruik. Die proses van sintese van daardie nanomateriaal is baie maklik, goedkoper en tyddoeltreffend. Die betrokke chemikalieë het maklike kommersiële beskikbaarheid. Die lys van chemikalieë is soos volg.

Natriumboorhidraat (NaBH4); AgNO3 ; PVP; Sinkasetaat-dihidraat (Zn(COOCH3)2.2H2O);

Isopropylalkohol (CH3 CH2 CH2 OH); Etanolamien (C2H7 GEEN).

3.1.            ZnO NP voorbereiding metode

As 'n voorloper kommersieel beskikbare sinkasetaat-dihidraat (Zn(COOCH3)2.2H2O)  sout is gebruik en ontbind in isopropielalkohol (CH3 CH2 CH2 OH) met molêre massa 60,09 g / mol. Die finale verkry oplossing was 0.5M. Daarna is die oplossing geroer en die Etanolamine (C2H7 NO) is druppelsgewys bygevoeg tydens geroer teen konstante 80 C temperatuur totdat die jel gevorm word. Nadat die gel verkry is, is die monster by 35 gedroog C totdat die oplosmiddel heeltemal verdamp is. Die organiese oplosmiddel verdamp egter vinniger in tempo selfs by kamertemperatuur.

3.2.            Ag NP voorbereiding metode

Met die 60ml gedistilleerde water, die 0,004M NaBH4   is opgelos en vir 30 min by voortdurende roer in 'n ysbad gehou. Voeg 4ml 0.002M AgNO3 liggies druppelsgewys tydens roer by totdat die kleur van die oplossing in liggeel omgeskakel word. Sodra die verlangde kleur bereik is, is 0.3% PVP as die afdekmiddel liggies bygevoeg. Berg daarna die voorbereide oplossing onmiddellik in 'n donker spasie om die partikelagglomerasie te vermy.

3.3.        Ag-gedoteerde ZnO-nanopoeier-voorbereidingsmetode

As 'n voorloper is kommersieel beskikbare sinkasetaat-dihidraat (Zn(COOCH3)2.2H2O) sout gebruik en opgelos in isopropylalkohol ( CH3 CH2 CH2 OH ) met molêre massa 60.09 g/mol. Die finale verkry oplossing was 0.5M. Daarna is die oplossing geroer en die Etanolamine (C2H7 NO) is druppelsgewys bygevoeg tydens roer by konstante 80 C temperatuur totdat die jel gevorm is. Na die ZnO gel vorming, die 5% konsentriese AgNO3  is druppelsgewys bygevoeg terwyl geroer word teen 6000 rpm binne 'n ysbad. Sodra die doping suksesvol was, is helderwit gedoteerde ZnO nanopowder verkry deur die monster te sentrifugering en verskeie kere met MEA te was.

UV-vis measurement for the pure ZnO NPs

Figuur 1 | (a) UV-vis meting vir die suiwer ZnO NP's (50nm), (b) Gezoemde aansig vir verdere verduideliking

Aangesien die UV-sigbare optiese bandgaping-benadering beweer dat BG=  1240/ lamda  eV.

Daarom word die berekende BG van hierdie ZnO-monster hierbo gegee deur 1240/258.40= 4.79 eV.

Die bandgaping vir 'n suiwer ZnO nanopartikel is by ongeveer ~3.2eV wat reageer op 380nm UV-golflengte. Maar in hierdie geval word die bandgaping gevind met 'n onverwagte toename wat teen 258.40 nm UV-golflengte gereageer het. In die volgende konteks sal hierdie rede aan die lig gebring word. Navorsing is aan die gang oor hierdie onderwerp.

4.     Toestel vervaardiging

Die vervaardiging is die uiteindelike stap om 'n fisiese aspek aan enige teoretiese stof te verskaf. In hierdie geval is twee verskillende tipes toestelle vervaardig fig. 2 is die ITO/PMMA/ZnO NPs-gebaseerde toestel. Hierdie toestel werk met die basiese fundamentele proses van die lading vasvang en hop state. Maar die tweede toestel fig. 3 werk met die verminderde bandgaping van die ZnO deur Ag-dotering en lei tot die ultra-lae krag wat met geoptimaliseerde AAN/UIT-verhouding werk.

4.1.        ITO/PMMA/Naffion-gestruktureerde toestel

Die chemiese formule van die nafion is C7HF13O5SC2F4·. Aanvanklik was die ITO herhaaldelik skoongemaak deur die konsentriese etanol en die asetoon in die ultrasonicator dan is dit gedroog op 'n uur by kamertemperatuur. Daarna is die ITO deur 'n geskikte spincoater aan die PMMA blootgestel en vir 24 uur gehou. by kamertemperatuur vir droogdoeleindes. Die gegroeide dikte in 40nm. Sodra die droging voltooi is, is hoogs gesuiwerde nafion op die gedroogde PMMA-oppervlak van die ITO druppelgegiet en vir 24 uur gedroog. by kamertemperatuur.

ITO/PMMA/Nafion structured device

Figuur 2 | ITO/PMMA/Nafion-gestruktureerde toestel

4.2.        ITO/PMMA/Ag-gedoteerde ZnO-toestel

Die vervaardigingsproses

Aanvanklik was die ITO herhaaldelik skoongemaak deur die konsentriese etanol en die asetoon in die ultrasonicator dan is dit gedroog op 'n uur by kamertemperatuur. Daarna is die ITO aan die PMMA blootgestel en vir 24 uur gehou. by kamertemp. vir droogdoeleindes. Sodra die droging voltooi is, is die vooraf gesintetiseerde Ag-gedoteerde ZnO-nanopoeier in die 2 propanole verdun en is dit op die gedroogde PMMA-oppervlak van die ITO gesputter en 100 nm dikker dun film is geproduseer. Daarna is die monster vir 48 uur by vakuum gehou vir spesiale doel.

ITO/PMMA/Nafion structured device

Figuur 3 | ITO/PMMA/Ag NP's/Ag-gedoteerde ZnO-gestruktureerde toestel

5.     Prestasieregverdiging Deur IV  en CV-meting

5.1.        IV meting van die naffion-gebaseerde toestel.

IV-meting is die tegniek wat dit moontlik maak om die stroomversspanningskartering vir enige multipolêre toestel te ondersoek. In hierdie geval is beide die vervaardigde toestelle die bipolêre stelsels wat deur IV-metings geverifieer word.

Fabrication of Non-volatile Charge Stora

Figuur 4| IV-meetkurwe vir die ITO/PMMA/Nafion-gebaseerde toestel

Uit bostaande grafiek figuur 4 is dit goed sigbaar dat die kromme soortgelyk is aan die halfgeleierdiode waar die elektrone vorentoe stroom 2,39889e-9 A is. Die stroom is hoog in vergelyking met die voorheen gerapporteerde toestelle [2]. Hierdie hoë stroom staan vir die hoë waarskynlikheid dat die elektrone in die geleidingsband van die Nafion gevind sal word. Sodra die elektrone aan die elektromotoriese veld onderwerp word, probeer dié geleidelik om die PMMA-versperring-koppelvlak (dikte 250nm) te oorkom en na 'n sekere spanning word die tonnelverskynsels van die elektrone waargeneem, wat duidelik uit die fig. 3. Binne die potensiaalgebied van 0.831V tot 0.939V is daar 'n oorgang van die elektron wat 'n klein vallei piek gee wat die elektrontonnel-effek deur die dun PMMA film bevredig. Die boonste vallei verskaf 1,422e-9 A stroom wat onmiddellik afval by 1,4444e-10 A. Vanaf 0,939V vertoon hierdie toestel die standaard diode eienskappe. Daarom is die drempelspanning vir hierdie toestel 0,939V. Die meting van -2V tot +2V verseker dat hierdie diode-eienskap goed geregverdig is en voldoen aan die standaard halfgeleiertoestelle.

5.2.        CV-meting van die Nafion-gebaseerde toestel

Sikliese voltammetrie meting vir die nafion-gebaseerde monster. Deur K+-ione in die oplossing te hou, is die CV-meting uitgevoer.

Fig. 5: I-V measurement curve for the IT

Figuur 5| IV-meetkurwe vir die ITO/PMMA/Nafion-gebaseerde toestel met die IV vier-sonde meetstelsel

Figure 6| C-V measurement curve for the

Figuur 6| CV-meetkurwe vir die ITO/PMMA/Nafion-gebaseerde toestel

Volgens die CV-analise, as die toestel ten volle omkeerbaar is, moet ipa/ipc natuurlik gelyk wees aan 1. Maar in hierdie geval wyk hierdie rantsoen van een af met die faktor van 4,3170. Die anodiese stroom IPA is 0,000351429A en die katodiese stroom is 0,00151714A. In die geval van voorwaartse siklus is die stroom relatief hoog as die terugwaartse siklus. Daarom word dit geïdentifiseer dat hierdie toestel 'n nie-vlugtigheid van aard het. Hierdie nie-vlugtige aard is in die vorm van ladingstootkapasiteit. Die gespesifiseerde interval tussen twee siklusse vorentoe en agtertoe is 2 sek.

5.3.       IV meting van die Ag-gedoteerde ZnO-gebaseerde toestel.

Figure 7| I-V measurement curve for the

Figuur 7|  IV metingkurwe vir die ITO/PMMA/Ag-gedoteerde ZnO NPs-gebaseerde toestel

Uit hierdie metingkurwe figuur 7, word gesien dat daardie kromme die standaard p- in eienskappe volg. Die inkorporering van die tussenliggende isolerende laag verskil die toestel van die algemene pn diode halfgeleiers waar die p-tipe en die n-tipe halfgeleiers geheg is en geskei word deur die self-geïnduseerde isolerende laag wat die uitputtingslaag genoem word. Maar wanneer hierdie sperlaag is masker vervaardigde dan die eienskappe toestel veranderinge aan die p-in eienskappe waar die elektron tunneling vind plaas deur die isolerende laag. Afhangende van die dikte van die tonnel versperring tunneling huidige wissel en gee 'n soektog tunneling stroom wat tipies bied 'n ossillasie soos getoon in figuur 8. Volgens die meting kurwe, die maksimum stabiele stroom uitset verkry by 3.984V is 3.2e-5 A Die gemete drempelspanning vir hierdie toestel is 0,339V.

Die volle raam van die grafiek hieronder getoon, waar die gemerkte deel van die grafiek is 'n geraas soos verskynsels wat meestal veroorsaak deur die ongewenste en onbeheerde elektron tonnel binne die toegepaste potensiaal bereik, figuur 8.

Figure 8| Complete curve of I-V measurem

Figuur 8|  Volledige kurwe van IV metingkromme vir die ITO/PMMA/Ag-gedoteerde ZnO NPs-gebaseerde toestel.

6.      Afsluiting

Hierdie werk word uitgevoer vir die vervaardiging van die nie-vlugtige toestelle gebaseer op ZnO en metaal-gedoteerde ZnO nanopartikels. In samewerking met die vier sonde IV-kenmerke meting, het die toestelle bewys dat beide 'n nie-vlugtige aard het en dat dié baie minder drumpelspanning het wat die toestel teen baie lae krag kan aktiveer. Die verbetering in die ladingbergingskapasiteit is opmerklik in beide die toestelle. Die onverwagte bandgaping vir die ZnO word deur verskeie waarnemings en eksperimente geverifieer. In die toekomstige artikels kan dit voorkom.

Verwysings

[1]      Fushan Li, et.al. , "Nie-vlugtige geheue-effekte van ZnO-nanodeeltjies ingebed in 'n amorfe koolstoflaag", Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 070209.

[2]      Biswanath Mukherjee en Moumita Mukherjee, "Nie-vlugtige geheue toestel gebaseer op Ag nanopartikel: Eienskappe verbetering" Applied Physics Letters 94, 173510 (2009); doi : 10.1063/1.3127233.

[3]      VL Covin, MC Schlamp en AP Alivisatos: Nature (Londen) 370 (1994) 354.

[4]      T. Homma, T. Kutsuzawa, K. Kunimune en Y. Murao: Thin Solid Films 235 (1993) 80.

[5]      M. Horie: J. Vac. Wetenskap. Tegnologie. A  3 (1995) 2490.

[6]      S. Mizuno, A. Verma, H. Tran, P. Lee en B. Nguyen: Thin Solid Films 283 (1996) 30.

[7]      HJ Ko, KM Lee, HJ Lee en CK Choi: Thin Solid Films 506–507 (2006) 8 .

[8]      ZJ Donhauser, BA Mantooth, KF Kelly, LA Bumm, JD Monnell, JJ Stapleton, Jr., DW Price, AM Rawlett , DL Allara, JM Tour, en PS Weiss, Science 292, 2303 2001.