一种结合摩擦发电机与阻变存储器的触摸传感记忆器件的制作方法

本发明涉及传感器技术领域，特别是指一种结合摩擦发电机与阻变存储器的触摸传感记忆器件。

背景技术：

取法自然一直是科研领域的一个研究热点，电子皮肤的研究也受到了世界各大课题组的广泛关注。各种各样的传感器就是电子皮肤领域的一个研究重点，希望能实现传感器高灵敏度、响应快速、低成本、低功耗、可组装的目标。例如，引入单电极的摩擦发电机作为触摸传感器，成功实现了高响应自驱动的触摸传感，同时还能组装成阵列器件实现对移动速度、加速度的探测。然而，对于一个完整的传感系统而言，包括信号传感单元与信号记录单元。就好像人脑对触摸的记忆一样，人对物体的触碰发生后，皮肤将外界刺激信号转换，然后传输给大脑，由大脑对刺激信号进行记忆、保存，包括物体的形状、温度等。所以，现有传感器的信号易失性限制了它们更进一步的发展。现有的解决方案是将信号传感单元与存储设备相连，以此对信号进行传感、处理、记录。然而这些方案都存在着功耗大，存储要求高，读取复杂，连接器件多等缺点，因此需要一种新型的解决方案来完美地处理这些问题。

阻变存储器是一种两端器件，阻变材料层置于底、顶电极之间构成金属(M)-绝缘层(I)-金属(M)的三明治结构。这种结构可以最大限度控制每个单元的尺寸，提高集成密度，同时这种两端器件与其他器件有很好的兼容性，非常便于集成。阻变存储器中间的阻变层可以在电场的刺激下，在高阻态和低阻态之间切换。其非易失特性表现在，阻变层的阻态不会随撤除电压或者施加小于阈值的电压而改变。一般来说，电阻状态切换的现象是通过金属阳离子(如银)和氧离子的迁移实现的，其中氧化物阻变层的电阻切换，一般是由氧离子的迁移而导致导电细丝的形成和断裂引起的。更重要的是，阻变存储器，也有称作忆阻器，能很好的模仿神经元的可塑性，因此非常适合在传感系统中承担人工大脑的作用，对传感信号进行记忆。

摩擦发电机通过对摩擦产生的响应电信号进行探测，以此来实现对摩擦行为的探测，达到触摸信号传感的功能。摩擦型的传感器不仅仅器件本身具有自驱动传感、相应快的特性，而且因其产生的电压信号大，完全能作为一种电源来给信号存储单元功能，以此达到整个传感系统的自驱动。然而因摩擦信号本身存在正负方向信号协同出现的特点，会存在正向电压写入，负向电压立马擦除的缺点，这将很大程度上限制其应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结合摩擦发电机与阻变存储器的触摸传感记忆器件，将阻变存储器与单电极摩擦发电机结合，利用摩擦型传感器传感与电源的双重功能，将触摸信号写入阻变存储器。而阻变存储器负责将触摸信号记录下来，同时自动排除摩擦产生的负向电压的影响。构建的传感系统具有自驱动、非易失性的特点，在电子产品、环境监测以及医疗设备制造等领域具有巨大的应用潜力。

该触摸传感记忆器件包括阻变存储器基底、阻变存储器底电极、阻变存储器阻变层、阻变存储器顶电极、摩擦发电机摩擦层、摩擦发电机底电极和导线；阻变存储器底电极覆盖在阻变存储器基底上，阻变存储器阻变层覆盖在阻变存储器底电极上，阻变存储器顶电极设置在阻变存储器阻变层上，摩擦发电机底电极与阻变存储器顶电极相对应，摩擦发电机底电极与阻变存储器顶电极通过导线一一连接，摩擦发电机底电极覆盖在摩擦发电机摩擦层上。

其中，阻变存储器基底表面平整光滑，材料为石英玻璃或绝缘硅。

阻变存储器底电极为沉积导电薄膜，材料为掺铝氧化锌导电薄膜或氧化铟锡导电薄膜，阻变存储器底电极厚度为1μm。

阻变存储器阻变层为沉积介电氧化物薄膜，材料为氧化锌、氧化钽、氧化铪、氧化锆中的一种，阻变存储器阻变层厚度为100nm。

阻变存储器顶电极材料为Au、Pt、Al中的一种，阻变存储器顶电极厚度为100nm，阻变存储器顶电极以阵列形式排列在阻变存储器阻变层上，阻变存储器顶电极尺寸在1mm×1mm到1μm×1μm之间。

摩擦发电机底电极材料为Al、Au、Pt中的一种，摩擦发电机底电极厚度为100nm，摩擦发电机底电极尺寸小于摩擦发电机摩擦层尺寸，且摩擦发电机底电极以阵列形式排列在摩擦发电机摩擦层下，摩擦发电机底电极尺寸为1cm×1cm到10cm×10cm。

摩擦发电机摩擦层材料为PTFE、PDMS、FEP中的一种，摩擦发电机摩擦层厚度在10μm到500μm之间。

导线为金属线，材料为Fe、Cu、Al中的一种。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，将单电极摩擦发电机与阻变存储器集成，构建一个完整的传感系统，实现对触摸信号的传感与记忆，而且成本低廉、功耗低、功能完成、相应快速，该器件可以实现信号记录时的完全自驱动，不需要外加电源，信号不会因摩擦的交变电压而改变，是一种自驱动的非易失性集成器件，在信息安全、监测、仿生学、人工智能、电子皮肤等方向有非常大的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结合摩擦发电机与阻变存储器的触摸传感记忆器件结构示意图；

图2为本发明实施例1集成器件中阻变存储器的电流电压曲线；

图3为本发明实施例1集成器件的触摸电流响应。

其中：1-阻变存储器基底、2-阻变存储器底电极、3-阻变存储器阻变层、4-阻变存储器顶电极、5-导线、6-摩擦发电机底电极、7-摩擦发电机摩擦层。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种结合摩擦发电机与阻变存储器的触摸传感记忆器件，如图1所示，该器件中阻变存储器底电极2覆盖在阻变存储器基底1上，阻变存储器阻变层3覆盖在阻变存储器底电极2上，阻变存储器顶电极4设置在阻变存储器阻变层3上，摩擦发电机底电极6与阻变存储器顶电极4相对应，摩擦发电机底电极6与阻变存储器顶电极4通过导线5一一连接，摩擦发电机底电极6覆盖在摩擦发电机摩擦层7上。

下面结合具体实施例予以说明。

实施例1：

(1)在清洗好的阻变存储器底电极2，即掺铝氧化锌导电玻璃(1.0cm×1.5cm)上磁控溅射100nm厚的五氧化二钽薄膜，即阻变存储器阻变层3。

(2)使用金属掩模版在五氧化二钽薄膜(阻变存储器阻变层3)表面直流溅射沉积100nm厚1mm×1mm的金电极阵列(阻变存储器顶电极4)。

(3)在清洗好的PTFE薄膜(摩擦发电机摩擦层7)表面，沉积100nm厚的1cm×1cm的铝电极阵列(摩擦发电机底电极6)。

(4)使用导线5将金电极(阻变存储器顶电极4)和铝电极(摩擦发电机底电极6)一一对应连接。

制备好的器件的电流电压曲线如图2所示，触摸电流响应情况如图3所示。

实施例2：

其他步骤如实施例1，只将步骤(2)改为：在清洗好的掺铝氧化锌导电玻璃(1.0cm×1.5cm)上磁控溅射100nm厚的氧化锌薄膜。

实施例3：

其他步骤如实施例1，只将步骤(2)改为：在清洗好的掺铝氧化锌导电玻璃(1.0cm×1.5cm)上磁控溅射100nm厚的氧化哈薄膜。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。