4.79 eV बैंडगैप के साथ नोवेल डोपेड ZnO नैनोपार्टिकल्स द्वारा नॉन-वोलेटाइल चार्ज स्टोरेज मेमोरी डिवाइस का निर्माण
सौदीप सिन्हा रॉय
सिद्धांतिक भौतिक विज्ञानी
क्वांटमोर्बिट सिंथेसिस प्रा। लिमिटेड, भारत
soudipsinharoy@(gmail.com, भौतिक विज्ञानी.नेट)
सार
एन owadays, प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में नैनो आकार सामग्री के कठोर भागीदारी विभिन्न अनुप्रयोगों के जो मुख्य रूप से प्रदर्शन के अनुकूलन करना है, आयामी आकार घटाने की, अल्ट्रा कम बिजली की खपत आदि microscale उपकरणों के मौलिक सीमा पर काबू पाने के साथ फंसाया गया है। मानव जाति के लिए अनुप्रयुक्त विज्ञान के प्रवाह को तेज करने के उद्देश्य से पारंपरिक बड़े पैमाने पर प्रौद्योगिकियों के सुविधाजनक विकल्प को परिचित करने के लिए यह अपेक्षित चरण है। यह लेख दो उपन्यास गैर-वाष्पशील उपकरण संरचनाओं को प्रस्तुत करता है जो एक परत जमाव विधि द्वारा परत द्वारा निर्मित होते हैं। दोनों नमूनों के लिए IV माप डिवाइस की विशेषता को पी-टाइप-इन्सुलेटर-एन-टाइप कॉन्फ़िगरेशन के रूप में सही ठहराते हैं। माप इस बात की पुष्टि करते हैं कि उन उपकरणों का सफल निर्माण और पूर्ववर्ती रिपोर्टों की तुलना में वाहकों के बेहतर जीवनकाल के साथ उच्च घनत्व चार्ज क्षमता को साबित करता है। इस उपकरण के लिए मापा गया थ्रेशोल्ड वोल्टेज 0.939V है।
गढ़े हुए उपकरण की डायोड विशेषता
कुंजी: जिंक ऑक्साइड, चार्ज स्टोरेज डिवाइस, क्वांटम भौतिकी, नैनोटेक्नोलॉजी
1 परिचय
अणुओं और उनके अनुप्रयोगों के छिपे रहस्यों को प्रकट करने के लिए नैनोसाइंस को इसके बहुत सारे रूपवाद प्रस्तुत किए गए हैं ताकि कठोर आयामी डाउन स्केलिंग के साथ तेजी से प्रदर्शन पैमाने को बढ़ाया जा सके। आणविक सूचना प्रौद्योगिकी के हेरफेर में कई मौजूदा दृष्टिकोण हैं , उदाहरण के लिए आणविक गैर-वाष्पशील मेमोरी , इलेक्ट्रॉन स्पिन डिवाइस, नैनो- मेमोरिस्टर , क्वांटम डॉट आइलैंड आधारित डिवाइस, कैपेसिटिव डिवाइस आदि। जिन्होंने बाइनरी लॉजिक और स्टोरेज डिवाइस अनुप्रयोगों में अपनी बेहतर गतिविधियों को साबित किया है। आजकल, हार्ड स्टोरेज की उपयोगिता काफी महत्वपूर्ण और तात्कालिक हो गई है जो मानव जाति की वर्तमान आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सबसे छोटे और सबसे तेज़ होने का दावा करती है । गैर-वाष्पशील चार्ज स्टोरेज डिवाइस का निर्माण कुछ नैनोमीटर क्षेत्रों में लाखों चार्ज स्टोरेज क्षमता के साथ एक सुविधाजनक तरीका खोलता है । इस पत्र में ZnO नैनोपार्टिकल-आधारित गैर-वाष्पशील मेमोरी डिवाइस ने रिपोर्ट किया है जो डिवाइस दक्षता के लिए बेहतर अनुकूलन प्रदान करता है। इस उपकरण को बनाने के लिए तीन प्रमुख सामग्रियों में शामिल हैं, वे हैं PMMA, Ag NPs, ZnO NPs। एक अन्य प्रकार के उपकरण में Nafion का उपयोग करके गढ़ा जाता है जो डायोड में p- के बेंचमार्किंग को प्रदर्शित करता है। PMMA परत का उपयोग इलेक्ट्रॉनों के लिए टनलिंग बैरियर के रूप में किया जाता है जो बायसिंग एप्लिकेशन के दौरान इलेक्ट्रॉनों को सुरंग बनाने के लिए एक मार्ग प्रदान करता है लेकिन कटऑफ अवस्था के दौरान प्रतिरोध करता है। यह कटऑफ अवस्था के दौरान इलेक्ट्रॉनों के लिए उच्च प्रतिबाधा के रूप में भी कार्य करता है जो रिवर्स टनलिंग का बचाव करके निर्वहन से प्रतिरोध करता है। इस उपकरण का निर्माण करना जेडएनओ और एजी doped जेडएनओ एनपीएस उपयोग किया जाता है और विशेष रूप से ITO की सतह पर sputtered। उपकरणों की दो अलग अलग प्रकार के माध्यम से चला गया गया है सबसे पहले ITO / PMMA / Nafion की जांच की गई है और अगले ITO / PMMA / जेडएनओ-एनपीएस एजी एनपीएस के साथ doped है। डोप्ड ZnO परत का घटा हुआ बैंडगैप इलेक्ट्रॉन होपिंग अवस्था के रूप में काम करता है और इसे अल्ट्रा-लो पावर इनपुट पर संचालित करने की अनुमति देता है।
2. गैर-वाष्पशील मेमोरी उपकरणों की पृष्ठभूमि
उन्नीसवीं शताब्दी के अंतिम बीस वर्षों के बाद से, नैनोटेक्नोलॉजी की प्रगति ने वर्तमान प्रौद्योगिकी को अपनी मूलभूत सीमाओं पर अपने वर्तमान प्रवाह को तेज करने के लिए बहुत सारे उपन्यास अनुप्रयोगों को विरासत में दिया है। आणविक प्रौद्योगिकी ने उपकरण निर्माण और संचालन में विभिन्न जटिलताओं को समाप्त कर दिया है उदाहरण के लिए अशुद्धता असंगतता, थर्मल वाहक प्रसार, फोटोलिथोग्राफी का ऊंचा परिव्यय आदि। जो वास्तव में सर्किट में अवांछित दोषों पर काबू पाता है और सुपरपोजिशन राज्यों की संख्या को सख्ती से कम करता है। हाल ही में प्रकाशित लेख में यह बताया गया है कि [1,2] टनलिंग करंट बैरियर प्रतिरोधकता पर निर्भर करता है जो टनलिंग ऑपरेटिंग तापमान परिवर्तन के कारण उत्पन्न गतिशील उल्लंघन मिलता है। इसलिए, तापमान स्थिरता भी एक महत्वपूर्ण बिंदु है जो अंतिम डिवाइस प्रदर्शन को चुनने के लिए उच्च होने का अधिकार देता है।
आणविक पतली फिल्म प्रौद्योगिकी के माध्यम से गैर-वाष्पशील स्मृति उपकरणों के संश्लेषण का कुछ वर्षों से पहले ही ध्यान रखा जा चुका है। फ्लोटिंग गेट एमओएस डिवाइस चार्ज स्टोरेज में भी स्वीकार्य प्रदर्शन करते हैं लेकिन उनमें स्टोरेज घनत्व कम होता है और ऑपरेशन की गति कम होती है। नैनोकणों की भागीदारी विस्तृत बैंडगैप के साथ एक उच्च सतह क्षेत्र को प्रेरित करती है जो उच्च घनत्व डेटा और अल्ट्रालो बिजली की खपत और मिनट दोषों के साथ अनुकूलित ऑपरेटिंग गति को स्टोर करने के लिए लगाया जाता है। प्रदर्शन
आईटीओ और एजी एनपी परत के बीच। एक अन्य रिपोर्ट बताती है कि संरचना आईटीओ/एसी/जेडएनओ/एसी/एएल संपर्क भी स्विचिंग दर और चार्ज स्टोरेज क्षमता में बहुत अधिक अनुकूलन प्रदर्शित करता है जहां दो एसी को शामिल किया गया है जो आईटीओ/पीएमएमए/एजी एनपी आधारित डिवाइस का कार्य करता है जो पहले ही रिपोर्ट किया जा चुका है। बेहतर प्रदर्शन अनुकूलन क्षमता प्रदर्शित करता है [2]। पीएमएमए परत को एक विशिष्ट इन्सुलेटर के रूप में शामिल करने के कारण चालू/बंद अनुपात (स्विचिंग दर) में भी काफी सुधार हुआ है।
3. की तैयारी संबंधित नैनोकणों
उपकरण निर्माण प्रक्रिया में निम्नलिखित नैनोकणों का उपयोग किया जाता है। उस नैनोमटेरियल के संश्लेषण की प्रक्रिया बहुत आसान, सस्ती और समय कुशल है। शामिल रसायनों की आसान व्यावसायिक उपलब्धता है। रसायनों की सूची इस प्रकार है।
सोडियम बोरोहाइड्रेट (NaBH4); AgNO3 ; पीवीपी; जिंक एसीटेट-डाइहाइड्रेट (Zn(COOCH3)2.2H2O);
आइसोप्रोपिल अल्कोहल (CH3 .) CH2 CH2 ओह); इथेनॉलमाइन (C2H7 .) नहीं)।
3.1. ZnO एनपी तैयारी विधि
व्यावसायिक रूप से उपलब्ध जिंक एसीटेट-डाइहाइड्रेट (Zn(COOCH3)2.2H2O) के अग्रदूत के रूप में नमक का उपयोग किया गया और इसोप्रोपाइल अल्कोहल ( CH3 CH2 CH2 OH ) में घोल दिया गया, जिसका दाढ़ द्रव्यमान 60.09 g/mol है। अंतिम प्राप्त समाधान 0.5M था। बाद में, घोल को सरगर्मी और इथेनॉलमाइन (C2H7 .) में डाल दिया गया NO) लगातार 80 . पर सरगर्मी के दौरान ड्रॉप-वार जोड़ा गया था जेल बनने तक C तापमान। जेल प्राप्त करने के बाद नमूना 35 . पर सूख गया था सी जब तक विलायक पूरी तरह से वाष्पित न हो जाए। हालांकि, कमरे के तापमान पर भी कार्बनिक विलायक तेजी से वाष्पित हो जाता है।
3.2. एजी एनपी तैयारी विधि
60 मि.ली. आसुत जल के साथ, 0.004M NaBH4 बर्फ के स्नान में लगातार हिलाते हुए 30 मिनट के लिए भंग कर दिया गया था। धीरे-धीरे हिलाते समय 0.002M AgNO3 ड्रॉपवाइज की 4 मिली मिलाएं जब तक कि घोल का रंग हल्का पीला न हो जाए। एक बार वांछित रंग 0.3% पीवीपी प्राप्त हो जाने के बाद कैपिंग एजेंट को धीरे से जोड़ा गया था। बाद में, कण ढेर से बचने के लिए तैयार घोल को तुरंत अंधेरे स्थान में स्टोर करें।
3.3. Ag-doped ZnO नैनोपाउडर प्रीपेरेशन विधि
व्यावसायिक रूप से उपलब्ध जिंक एसीटेट-डाइहाइड्रेट (Zn(COOCH3)2.2H2O) नमक का इस्तेमाल किया गया और इसे आइसोप्रोपिल अल्कोहल (CH3 CH2 CH2 OH ) में घोल दिया गया, जिसका दाढ़ द्रव्यमान 60.09 g/mol है। अंतिम प्राप्त समाधान 0.5M था। बाद में, घोल को सरगर्मी में डाल दिया गया और इथेनॉल (C2H7 NO) को जेल के बनने तक लगातार 80 C तापमान पर हिलाते हुए ड्रॉप-वाइज जोड़ा गया। ZnO जेल बनने के बाद, 5% गाढ़ा AgNO3 बर्फ के स्नान के अंदर 6000 आरपीएम पर हिलाते हुए ड्रॉपवाइज जोड़ा गया था। एक बार डोपिंग सफल होने के बाद कई बार विदेश मंत्रालय द्वारा नमूने और धुलाई को सेंट्रीफ्यूज करके चमकीले सफेद रंग का एजी-डॉप्ड जेडएनओ नैनोपाउडर प्राप्त किया गया था।
चित्र 1 | (ए) शुद्ध जेडएनओ एनपी (50 एनएम) के लिए यूवी-विज़ माप, (बी) आगे स्पष्टीकरण के लिए ज़ूम किया गया दृश्य
जैसा कि यूवी दृश्यमान ऑप्टिकल बैंडगैप सन्निकटन का दावा है कि बीजी = 1240/ लमदा ईवी
इसलिए, उपरोक्त ZnO नमूने की गणना बीजी 1240/258.40 = 4.79 eV द्वारा दी गई है।
शुद्ध ZnO नैनोपार्टिकल के लिए बैंडगैप लगभग ~ 3.2eV है जो 380nm UV तरंग दैर्ध्य की प्रतिक्रिया करता है। लेकिन इस मामले में बैंडगैप एक अप्रत्याशित वृद्धि के साथ पाया जाता है जो 258.40 एनएम यूवी तरंग दैर्ध्य पर प्रतिक्रिया करता है। अगले संदर्भ में यह कारण सामने आएगा। इस विषय पर शोध चल रहा है।
4. उपकरण निर्माण
किसी भी सैद्धांतिक पदार्थ को भौतिक पहलू प्रदान करने के लिए निर्माण अंतिम चरण है। इस मामले में, अंजीर में दो अलग-अलग प्रकार के उपकरणों का निर्माण किया गया है। 2 आईटीओ/पीएमएमए/जेडएनओ एनपी आधारित डिवाइस है। यह डिवाइस चार्ज ट्रैपिंग और होपिंग स्टेट्स की बुनियादी मूलभूत प्रक्रिया के साथ काम करता है। लेकिन दूसरा उपकरण अंजीर। 3 एजी डोपिंग के माध्यम से जेडएनओ के कम बैंडगैप के साथ संचालित होता है और इसके परिणामस्वरूप अल्ट्रा-लो पावर ऑप्टिमाइज्ड ऑन/ऑफ अनुपात के साथ काम करता है।
4.1. आईटीओ/पीएमएमए/नैफियन स्ट्रक्चर्ड डिवाइस
नेफियन का रासायनिक सूत्र C7HF13O5SC2F4· है। प्रारंभ में, आईटीओ को बार-बार गाढ़ा इथेनॉल और एसीटोन द्वारा अल्ट्रासोनिकेटर में साफ किया गया था, फिर इसे कमरे के तापमान पर एक घंटे में सुखाया गया था। उसके बाद, आईटीओ को एक उपयुक्त स्पिन कोटर द्वारा पीएमएमए के संपर्क में लाया गया और 24 घंटे तक रखा गया। सुखाने के उद्देश्य के लिए कमरे के तापमान पर। 40nm में बढ़ी हुई मोटाई। एक बार सुखाने का काम पूरा हो जाने के बाद अत्यधिक शुद्ध नेफियन को आईटीओ की सूखी पीएमएमए सतह पर डाला गया और 24 घंटे के लिए सुखाया गया। कमरे के तापमान पर।
चित्र 2 | आईटीओ/पीएमएमए/नाफियन स्ट्रक्चर्ड डिवाइस
4.2. आईटीओ/पीएमएमए/एजी-डॉप्ड जेडएनओ डिवाइस
निर्माण प्रक्रिया
प्रारंभ में, आईटीओ को बार-बार गाढ़ा इथेनॉल और एसीटोन द्वारा अल्ट्रासोनिकेटर में साफ किया गया था, फिर इसे कमरे के तापमान पर एक घंटे में सुखाया गया था। उसके बाद, आईटीओ को पीएमएमए के संपर्क में लाया गया और 24 घंटे तक रखा गया। कमरे के तापमान पर सुखाने के उद्देश्य के लिए। एक बार सुखाने का काम पूरा हो जाने के बाद पूर्व-संश्लेषित Ag-doped ZnO नैनोपाउडर को 2 प्रोपेनॉल में पतला किया गया और ITO की सूखी PMMA सतह पर थूक दिया गया और 100 एनएम मोटी पतली फिल्म का उत्पादन किया गया। उसके बाद, नमूने को विशेष प्रयोजन में 48 घंटे के लिए वैक्यूम पर रखा गया था।
चित्र 3 | आईटीओ/पीएमएमए/एजी एनपी/एजी-डॉप्ड जेडएनओ संरचित उपकरण
5. IV . के माध्यम से प्रदर्शन औचित्य और सीवी मापन
5.1. नेफियन आधारित डिवाइस का IV माप।
IV माप वह तकनीक है जो किसी भी बहुध्रुवीय उपकरण के लिए वर्तमान छंद वोल्टेज मानचित्रण की जांच करने की अनुमति देती है। इस मामले में दोनों गढ़े हुए उपकरण द्विध्रुवी प्रणाली हैं जिन्हें IV माप के माध्यम से सत्यापित किया जाता है।
चित्र 4| ITO/PMMA/Nafion आधारित डिवाइस के लिए IV माप वक्र
ऊपर दिए गए ग्राफ चित्र 4 से, यह अच्छी तरह से दिखाई देता है कि वक्र अर्धचालक डायोड के समान है जहां इलेक्ट्रॉन आगे की धारा 2.39889e-9 A है। पहले की रिपोर्ट की गई उपकरणों की तुलना में करंट अधिक है [2]। यह उच्च धारा Nafion के चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों के पाए जाने की उच्च संभावना के लिए है। एक बार जब इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोमोटिव क्षेत्र के अधीन किया जाता है तो धीरे-धीरे वे पीएमएमए बाधा इंटरफेस (मोटाई 250 एनएम) को दूर करने की कोशिश करते हैं और एक निश्चित वोल्टेज के बाद, इलेक्ट्रॉनों की सुरंग घटना देखी जाती है जो अंजीर से स्पष्ट है। 3. 0.831V से 0.939V की संभावित सीमा के भीतर इलेक्ट्रॉन का संक्रमण होता है जो एक छोटी घाटी शिखर देता है जो पतली PMMA फिल्म के माध्यम से इलेक्ट्रॉन टनलिंग प्रभाव को संतुष्ट करता है। ऊपरी घाटी 1.422e-9 एक धारा प्रदान करती है जो तुरंत 1.4444e-10 A पर गिरती है। 0.939V से यह उपकरण मानक डायोड विशेषताओं को प्रदर्शित करता है। इसलिए, इस उपकरण के लिए थ्रेशोल्ड वोल्टेज 0.939V है। -2V से +2V तक का माप यह आश्वासन देता है कि यह डायोड विशेषता अच्छी तरह से उचित है और मानक अर्धचालक उपकरणों के साथ मिलती है।
5.2. Nafion आधारित डिवाइस का CV माप
नेफियन आधारित नमूने के लिए चक्रीय वोल्टामेट्री माप। K+ आयनों को घोल में रखते हुए CV माप किया गया।
चित्र 5| IV चार-जांच माप प्रणाली के साथ ITO/PMMA/Nafion आधारित डिवाइस के लिए IV माप वक्र
चित्र 6| ITO/PMMA/Nafion आधारित डिवाइस के लिए CV माप वक्र
सीवी विश्लेषण के अनुसार यदि डिवाइस पूरी तरह से प्रतिवर्ती है तो स्पष्ट रूप से आईपीए/आईपीसी 1 के बराबर होना चाहिए। लेकिन इस मामले में यह राशन 4.3170 के कारक से एक से विचलित हो जाता है। एनोडिक करंट IPA 0.000351429A है और कैथोडिक करंट 0.00151714A है। फॉरवर्ड साइकिल के मामले में, करंट रिवर्स साइकल की तुलना में अधिक होता है। इसलिए, यह पहचाना जाता है कि इस उपकरण में एक गैर-अस्थिरता प्रकृति है। यह गैर-वाष्पशील प्रकृति चार्ज शोरिंग क्षमता के रूप में है। दो चक्र आगे और पीछे के बीच निर्दिष्ट अंतराल 2sec है।
5.3. Ag-doped ZnO आधारित डिवाइस का IV माप।
चित्र 7| आईटीओ/पीएमएमए/एजी-डॉप्ड जेडएनओ एनपी आधारित डिवाइस के लिए IV माप वक्र
इस माप वक्र आंकड़ा 7 से, यह देखा गया है कि कि वक्र विशेषताओं में मानक p- पीछा कर रहा है। इंटरमीडिएट इंसुलेटिंग लेयर का समावेश डिवाइस को सामान्य पीएन डायोड सेमीकंडक्टर्स से अलग करता है जहां पी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर्स संलग्न होते हैं और स्वयं-प्रेरित इंसुलेटिंग लेयर द्वारा अलग किए जाते हैं जिन्हें डिप्लेशन लेयर कहा जाता है । लेकिन मुखौटा तो गढ़े विशेषताओं में p- जहां इलेक्ट्रॉन सुरंग रोधक परत के माध्यम से जगह ले लेता है करने के लिए डिवाइस विशेषताओं परिवर्तन जब इस कमी परत है। टनलिंग बैरियर की मोटाई के आधार पर टनलिंग करंट बदलता रहता है और एक सर्च टनलिंग करंट देता है जो आम तौर पर एक दोलन प्रदान करता है जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है। माप वक्र के अनुसार, 3.984V पर अधिकतम स्थिर करंट आउटपुट 3.2e-5 A प्राप्त होता है। इस डिवाइस के लिए मापा थ्रेशोल्ड वोल्टेज 0.339V है।
ग्राफ का पूरा फ्रेम नीचे दिखाया गया है, जहां ग्राफ के हाइलाइट किए गए हिस्से में शोर जैसी घटना हो रही है, जो ज्यादातर लागू संभावित सीमा के भीतर अवांछित और अनियंत्रित इलेक्ट्रॉन टनलिंग के कारण होती है, चित्र 8।
चित्र 8| ITO/PMMA/Ag-doped ZnO NPs आधारित डिवाइस के लिए IV माप वक्र का पूर्ण वक्र।
6. निष्कर्ष
यह कार्य ZnO और धातु-डॉप्ड ZnO नैनोकणों पर आधारित गैर-वाष्पशील उपकरणों के निर्माण के लिए किया जाता है। चार जांच IV विशेषताओं माप के सहयोग से, उपकरणों ने साबित कर दिया है कि दोनों में एक गैर-वाष्पशील प्रकृति है और उनमें बहुत कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज है जो बहुत कम शक्ति पर डिवाइस को ट्रिगर कर सकता है। दोनों उपकरणों में चार्ज स्टोरेज क्षमता में सुधार उल्लेखनीय है। ZnO के लिए अप्रत्याशित बैंडगैप को कई अवलोकनों और प्रयोगों के माध्यम से सत्यापित किया जा रहा है। भविष्य के लेखों में, यह सामने आ सकता है।
संदर्भ
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