Fabrikimi i pajisjes me memorie të ruajtjes së ngarkesës jo të paqëndrueshme nga nanogrimcat e reja të dopuara ZnO me gap 4,79 eV
SOUDIP SINHA ROY
Fizikan teorik
Quantumorbit Synthesis Pvt. Ltd, Indi
soudipsinharoy@(gmail.com, physicist.net)
Abstrakt
Në ditët e sotme, pjesëmarrja drastike e materialeve me përmasa nano në teknologji është implikuar me aplikacione të ndryshme të cilat synojnë kryesisht optimizimin e performancës, zvogëlimin e dimensioneve, konsumin ultra të ulët të energjisë etj. për të kapërcyer kufijtë themelorë të pajisjeve në shkallë mikro. Është faza e nevojshme për të njohur një alternativë të përshtatshme të teknologjive tradicionale në shkallë të gjerë me qëllim të përshpejtimit të rrjedhës së shkencës së aplikuar për njerëzimin. Ky artikull paraqet dy struktura të reja të pajisjes jo të paqëndrueshme të cilat janë fabrikuar nga shtresa me metodën e depozitimit të shtresave. Matjet IV për të dy mostrat justifikojnë karakteristikën e pajisjes si konfigurim të tipit p –izolator–n-lloj. Matjet konfirmojnë fabrikimin e suksesshëm të këtyre pajisjeve dhe provojnë kapacitetin e ngarkimit me densitet të lartë me një jetëgjatësi të përmirësuar të transportuesve në krahasim me raportet e dikurshme. Tensioni i pragut të matur për këtë pajisje është 0,939 V.
Karakteristikë e diodës së pajisjes së prodhuar
Çelësat: Oksidi i zinkut, pajisjet e ruajtjes së ngarkesave, fizika kuantike, nanoteknologjia
1. Hyrje
Të shpalosin misteret e fshehura të molekulave dhe aplikimet e tyre, nanoscience janë paraqitur shumë morphism e saj në mënyrë që të shkallës së shpejtë të performancës me drastike dimensionale poshtë shkallë. Manipulimi i teknologjisë së informacionit molekular ka qasje të shumta ekzistuese, për shembull , memorien e paqëndrueshme molekulare , pajisjet e rrotullimit të elektroneve, nanomemorierët , pajisjet e bazuara në ishuj me pika kuantike, pajisjet kapacitore etj., të cilat kanë dëshmuar aktivitetet e tyre superiore në aplikimet e logjikës binare dhe pajisjet e ruajtjes. Në ditët e sotme, përdorimi i ruajtjes së fortë është bërë mjaft i rëndësishëm dhe i menjëhershëm, i cili pretendon të jetë më i vogël dhe më i shpejtë për të përmbushur kërkesat aktuale të njerëzimit . Fabrikimi i pajisjeve të ruajtjes së ngarkesave jo të paqëndrueshme hap një mënyrë të përshtatshme me kapacitetin e ruajtjes së miliona ngarkesave në disa zona nanometrash. Në këtë letër , pajisja e memories jo e paqëndrueshme e bazuar në nanogrimca ZnO ka raportuar e cila siguron një optimizim më të mirë të efikasitetit të pajisjes. Për prodhimin e kësaj pajisjeje janë përfshirë tre materiale kryesore, ato janë PMMA, Ag NP, ZnO NP. Në një lloj tjetër pajisja prodhohet duke përdorur Nafion, i cili shfaq një krahasim të diodës p-në. Shtresa PMMA përdoret si barrierë tunelizimi për elektronet që siguron një rrugë drejt elektroneve që do të tunelohen gjatë aplikimit të paragjykimit, por rezistencë gjatë gjendjes së ndërprerjes. Ai gjithashtu vepron si një rezistencë e lartë ndaj elektroneve gjatë gjendjes së ndërprerjes që i reziston shkarkimit duke mbrojtur tunelizimin e kundërt. Për të fabrikuar këtë pajisje, NP-të ZnO të dopuara me ZnO dhe Ag përdoren dhe spërkaten në mënyrë specifike në sipërfaqen e ITO-s. Janë kaluar dy lloje të ndryshme pajisjesh, së pari janë ekzaminuar ITO/PMMA/Nafion dhe më pas janë ITO/PMMA/ZnO-NP të dopuara me Ag NP. Zvogëlimi i brezit të shtresës së dopuar ZnO funksionon si gjendja e kërcimit të elektroneve dhe lejon përdorimin e tij në hyrje me fuqi jashtëzakonisht të ulët.
2. Sfondi i pajisjeve të memories jo të paqëndrueshme
Që nga njëzet vitet e fundit të shekullit të 19-të, përparimi i nanoteknologjisë i ka lënë trashëgim teknologjisë aktuale shumë aplikime të reja për të përshpejtuar rrjedhën e saj aktuale mbi kufijtë e saj themelorë. Teknologjia molekulare ka eliminuar komplikime të ndryshme në fabrikimin dhe funksionimin e pajisjes, për shembull mospërputhja e papastërtisë, difuzioni i bartësit termik, shpenzimi i lartë i fotolitografisë etj., gjë që kapërcen vërtet defektet e padëshiruara në qark dhe zvogëlon rreptësisht numrin e gjendjeve të mbivendosjes. Në artikullin e publikuar së fundmi raportohet se [1,2] rryma e tunelit varet nga rezistenca e pengesës së tunelit të shkelur dinamike për shkak të ndryshimit të temperaturës operativ. Prandaj, stabiliteti i temperaturës është gjithashtu një pikë kyçe e të drejtave të larta për të zgjedhur performancën përfundimtare të pajisjes.
Sinteza e pajisjeve të memories jo të paqëndrueshme përmes teknologjisë molekulare të filmit të hollë është kujdesur tashmë para disa vitesh. Pajisjet MOS me portë lundruese kanë performancë të pranueshme edhe në ruajtjen e ngarkesave, por ato kanë më pak densitet të ruajtjes dhe shpejtësi më të ulët të funksionimit. Përfshirja e nanogrimcave shkakton një sipërfaqe të lartë me hapësirën e gjerë të brezit që imponon ruajtjen e të dhënave me densitet të lartë dhe shpejtësinë e optimizuar të funksionimit me konsum jashtëzakonisht të ulët të energjisë dhe gabime të vogla.
ndërmjet shtresës ITO dhe Ag NPs. Një raport tjetër komunikon se struktura e kontaktit ITO/aC/ZnO/aC/Al gjithashtu shfaq optimizim shumë të lartë në shpejtësinë e ndërrimit dhe aftësinë e ruajtjes së ngarkesës ku dy aC janë përfshirë që veprojnë pajisja e bazuar në ITO/PMMA/Ag NP është raportuar tashmë më parë, e cila shfaq përshtatshmëri superiore të performancës [2]. Raporti ON/OFF (shkalla e ndërrimit) është përmirësuar gjithashtu në mënyrë drastike për shkak të përfshirjes së shtresës PMMA si një izolues tipik [1].
3. Përgatitja e nanogrimcave përkatëse
Nanogrimcat e mëposhtme përdoren në procesin e prodhimit të pajisjes. Procesi i sintezës së atij nanomateriali është shumë i lehtë, më i lirë dhe me efikasitet në kohë. Kimikatet e përfshira kanë disponueshmëri të lehtë komerciale. Lista e kimikateve është si më poshtë.
Borohidrat natriumi (NaBH4); AgNO3 ; PVP; Acetat zinku-dihidrat (Zn(COOCH3)2.2H2O);
Alkooli izopropil (CH3 CH2 CH2 OH); Etanolamina (C2H7 JO).
3.1. Metoda e përgatitjes së ZnO NP
Si një pararendës i disponueshëm në treg acetat-dihidrat zinku (Zn(COOCH3)2.2H2O) kripë është përdorur dhe tretur në Izopropil Alkool ( CH3 CH2 CH2 OH ) me masë molare 60.09 g/mol. Zgjidhja përfundimtare e përftuar ishte 0.5 M. Më pas, tretësira vihet në përzierje dhe Etanolamina (C2H7 NO) u shtua pika-pika gjatë përzierjes në konstante 80 C temperaturë derisa të formohet xheli. Pas marrjes së xhelit, kampioni u tha në 35 C derisa tretësi të jetë avulluar plotësisht. Megjithatë, tretësi organik avullon më shpejt në shpejtësi edhe në temperaturën e dhomës.
3.2. Metoda e përgatitjes së Ag NP
Me 60 ml ujë të distiluar, 0.004 M NaBH4 tretet dhe mbahet për 30 minuta me përzierje të vazhdueshme në një banjë akulli. Gjatë përzierjes, shtoni pak 4 ml 0.002 M AgNO3 derisa ngjyra e tretësirës të shndërrohet në të verdhë të hapur. Pasi të arrihet ngjyra e dëshiruar, 0.3% PVP pasi agjenti mbulues u shtua butësisht. Më pas, ruajeni tretësirën e përgatitur menjëherë në një hapësirë të errët për të shmangur grumbullimin e grimcave.
3.3. Metoda e përgatitjes së nanopluhurit ZnO të dopuar me Ag
Si një pararendës i disponueshëm në treg, kripa dihidrate acetate zinku (Zn(COOCH3) 2.2H2O) u përdor dhe u tret në Alkool izopropil ( CH3 CH2 CH2 OH ) me masë molare 60.09 g/mol. Zgjidhja përfundimtare e përftuar ishte 0.5 M. Më pas, tretësira futet në përzierje dhe Etanolamina (C2H7 NO) shtohet pika-pika gjatë përzierjes në temperaturë konstante 80 C derisa të formohet xheli. Pas formimit të xhelit ZnO, AgNO3 5% koncentrike u shtua pika-pika duke e përzier me 6000 rpm brenda një banjë akulli. Pasi dopingu është i suksesshëm, atëherë nga centrifugimi i kampionit dhe larja me MEA disa herë u përftua nanopluhur ZnO i dopuar Ag-dopuar me ngjyrë të bardhë të ndezur.
Figura 1 | (a) Matja UV-vis për NP-të e pastër ZnO (50 nm), (b) Pamje e zmadhuar për sqarime të mëtejshme
Ndërsa përafrimi i brezit optik të dukshëm UV pohon se BG= 1240/ lamda eV.
Prandaj, llogaritja BG e këtij kampioni të mësipërm ZnO jepet me 1240/258.40= 4.79 eV.
Hapësira e brezit për një nanogrimcë të pastër ZnO është rreth ~3.2eV e cila përgjigjet ndaj gjatësisë së valës 380 nm UV. Por në këtë rast hendeku i brezit gjendet me një rritje të papritur e cila u përgjigj në gjatësi vale UV 258,40 nm. Në kontekstin tjetër kjo arsye do të zbulohet. Hulumtimet janë duke vazhduar për këtë temë.
4. Fabrikimi i pajisjes
Fabrikimi është hapi përfundimtar për sigurimin e një aspekti fizik për çdo substancë teorike. Në këtë rast janë fabrikuar dy lloje të ndryshme aparatesh fig. 2 është pajisja e bazuar në NP ITO/PMMA/ZnO. Kjo pajisje funksionon me procesin themelor bazë të gjendjeve të bllokimit dhe kërcimit. Por pajisja e dytë fig. 3 funksionon me zvogëlimin e brezit të ZnO përmes dopingut Ag dhe rezulton në fuqi jashtëzakonisht të ulët që funksionon me raportin e optimizuar ON/OFF.
4.1. Pajisja e strukturuar ITO/PMMA/Naffion
Formula kimike e nafionit është C7HF13O5SC2F4·. Fillimisht, ITO u pastrua në mënyrë të përsëritur nga etanoli koncentrik dhe acetoni në ultrasonikator, më pas u tha në një orë në temperaturën e dhomës. Pas kësaj, ITO u ekspozua ndaj PMMA nga një shtresë e përshtatshme rrotulluese dhe u mbajt për 24 orë. në temperaturën e dhomës për qëllime tharjeje. Trashësia e rritur në 40 nm. Pasi tharja përfundon, nafioni shumë i pastruar u hodh në sipërfaqen e tharë PMMA të ITO dhe u tha për 24 orë. në temperaturën e dhomës.
Figura 2 | Pajisja e strukturuar ITO/PMMA/Nafion
4.2. Pajisja ITO/PMMA/Ag-doped ZnO
Procesi i fabrikimit
Fillimisht, ITO u pastrua në mënyrë të përsëritur nga etanoli koncentrik dhe acetoni në ultrasonikator, më pas u tha në një orë në temperaturën e dhomës. Pas kësaj, ITO u ekspozua ndaj PMMA dhe u mbajt për 24 orë. në temperaturën e dhomës. për qëllime tharjeje. Pasi tharja përfundon, nanopluhuri ZnO i para-sintetizuar i dopuar me Ag u hollua në 2 propanole dhe u spërkat në sipërfaqen e tharë PMMA të ITO dhe u prodhua një film i hollë 100 nm më i trashë. Pas kësaj, kampioni u mbajt në vakum për 48 orë në qëllime të veçanta.
Figura 3 | ITO/PMMA/Ag NPs/Pajisje e strukturuar ZnO e dopuar me Ag
5. Arsyetimi i Performancës Përmes IV dhe Matja e CV-së
5.1. Matja IV e pajisjes me bazë naffion.
Matja IV është teknika e cila lejon të hetojë hartën e tensionit të vargjeve aktuale për çdo pajisje shumëpolare. Në këtë rast të dyja pajisjet e fabrikuara janë sisteme bipolare që verifikohen me matjet IV.
Figura 4| Kurba e matjes IV për pajisjen me bazë ITO/PMMA/Nafion
Nga grafiku i mësipërm figura 4, është mirë e dukshme që kurba është e ngjashme me diodën gjysmëpërçuese ku rryma e elektroneve përpara është 2.39889e-9 A. Rryma është e lartë në krahasim me pajisjet e raportuara më parë [2]. Kjo rrymë e lartë tregon probabilitetin e lartë që elektronet të gjenden në brezin e përcjelljes së Nafionit. Pasi elektronet i nënshtrohen fushës elektromotore, atëherë gradualisht ato përpiqen të kapërcejnë ndërfaqen e barrierës PMMA (trashësia 250 nm) dhe pas një tensioni të caktuar, vërehen dukuritë e tunelizimit të elektroneve që duket qartë nga fig. 3. Brenda diapazonit potencial prej 0.831V deri në 0.939V ka një tranzicion të elektronit i cili jep një kulm të vogël luginor që kënaq efektin e tunelit të elektroneve përmes filmit të hollë PMMA. Lugina e sipërme siguron rrymë 1.422e-9 A e cila bie në çast në 1.4444e-10 A. Nga 0.939V kjo pajisje shfaq karakteristikat standarde të diodës. Prandaj, voltazhi i pragut për këtë pajisje është 0.939 V. Matja nga -2V në +2V siguron që kjo karakteristikë e diodës është e justifikuar mirë dhe përputhet me pajisjet standarde gjysmëpërçuese.
5.2. Matja CV e pajisjes me bazë Nafion
Matja e voltammetrisë ciklike për kampionin me bazë nafioni. Me mbajtjen e joneve K+ në tretësirë u krye matja e CV.
Figura 5| Kurba e matjes IV për pajisjen me bazë ITO/PMMA/Nafion me sistemin e matjes me katër sonda IV
Figura 6| Kurba e matjes CV për pajisjen me bazë ITO/PMMA/Nafion
Sipas analizës CV nëse pajisja është plotësisht e kthyeshme atëherë padyshim që ipa/ipc duhet të jetë e barabartë me 1. Por në këtë rast ky racion devijon nga një me faktorin 4,3170. Rryma anodike IPA është 0.000351429A dhe rryma katodike është 0.00151714A. Në rastin e ciklit përpara, rryma është relativisht e lartë me ciklin e kundërt. Prandaj, është identifikuar se kjo pajisje ka një natyrë jo-paqëndrueshmërie. Kjo natyrë e paqëndrueshme është në formën e kapacitetit mbajtës të ngarkesës. Intervali i specifikuar midis dy cikleve përpara dhe mbrapa është 2 sekonda.
5.3. Matja IV e pajisjes me bazë ZnO të dopuar me Ag.
Figura 7| Kurba e matjes IV për pajisjen e bazuar në ZnO NP të dopëzuar me ITO/PMMA/Ag
Nga kjo kurbë matje figura 7, shihet se ajo kurbë është duke ndjekur karakteristikat standarde p- në . Përfshirja e shtresës së ndërmjetme izoluese e ndryshon pajisjen nga gjysmëpërçuesit e përgjithshëm të diodës pn ku gjysmëpërçuesit e tipit p dhe të tipit n janë ngjitur dhe ndahen nga shtresa izoluese e vetë-induktuar e quajtur shtresa e varfërimit . Por kur kjo shtresë e varfërimit fabrikohet me maskë, atëherë karakteristikat e pajisjes ndryshojnë në karakteristikat p-në ku ndodh tunelizimi i elektroneve përmes shtresës izoluese. Në varësi të trashësisë së tunneling pengesë tunneling ndryshon aktuale dhe i jep një kërkim tunel rrymë e cila zakonisht ofron një luhatje, siç tregohet në figurën 8. Sipas kurbë matjes, maksimale të qëndrueshme prodhimi aktual është marrë në 3.984V është 3.2e-5 A Tensioni i pragut të matur për këtë pajisje është 0,339 V.
Korniza e plotë e grafikut është paraqitur më poshtë, ku pjesa e theksuar e grafikut ka një dukuri të ngjashme me zhurmën që shkaktohet kryesisht nga tunelizimi i padëshiruar dhe i pakontrolluar i elektroneve brenda intervalit potencial të aplikuar, figura 8.
Figura 8| Kurba e plotë e kurbës së matjes IV për pajisjen e bazuar në ZnO NP të dopuar me ITO/PMMA/Ag.
6. konkluzioni
Kjo punë kryhet për fabrikimin e pajisjeve jo të avullueshme të bazuara në ZnO dhe nanogrimca ZnO të dopuara me metal. Në bashkëpunim me matjen e katër karakteristikave të sondës IV, pajisjet kanë vërtetuar se të dyja kanë një natyrë jo të paqëndrueshme dhe ato kanë një tension pragu shumë më të vogël i cili mund të aktivizojë pajisjen me fuqi shumë të ulët. Përmirësimi i kapacitetit të ruajtjes së karikimit është i dukshëm në të dyja pajisjet. Gap-i i papritur për ZnO po verifikohet përmes disa vëzhgimeve dhe eksperimenteve. Në artikujt e ardhshëm, kjo mund të ndodhë.
Referencat
[1] Fushan Li, etj. , "Efektet e paqëndrueshme të memories së nanogrimcave ZnO të ngulitura në një shtresë karboni amorf", Gazeta Japoneze e Fizikës së Aplikuar 49 (2010) 070209.
[2] Biswanath Mukherjee dhe Moumita Mukherjee, "Pajisja e memories së paqëndrueshme e bazuar në nanopartikulën Ag: Përmirësimi i karakteristikave" Letrat e Aplikuara të Fizikës 94, 173510 (2009); doi : 10.1063/1.3127233.
[3] VL Covin, MC Schlamp dhe AP Alivisatos: Nature (Londër) 370 (1994) 354.
[4] T. Homma, T. Kutsuzawa, K. Kunimune dhe Y. Murao: Thin Solid Films 235 (1993) 80.
[5] M. Horie: J. Vac. Shkencë. Teknol. A 3 (1995) 2490.
[6] S. Mizuno, A. Verma, H. Tran, P. Lee dhe B. Nguyen: Thin Solid Films 283 (1996) 30.
[7] HJ Ko, KM Lee, HJ Lee dhe 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 dhe PS Weiss, Science 292, 2303 2001.