基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器及其制备方法，包括底电极、顶电极、及夹于底电极和顶电极之间的阻变功能复合层；所述阻变功能复合层包括第一有机聚合物薄膜层，第二有机聚合物薄膜层，及夹于第一、第二有机聚合物薄膜层之间的MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层，所述底电极、顶电极分别与第一有机聚合物薄膜层、第二有机聚合物薄膜层层叠连接。本发明专利技术提供的阻变存储器具有重复性高、器件的性能稳定、响应速度快等特点，可用于高度集成的大容量存储器领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于阻变存储器制备
，特别涉及一种基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器及其制备方法。
技术介绍
阻变存储器(RRAM，resistancerandomaccessmemory)是基于目前Flash存储器的物理和技术上的瓶颈现状而开发出来的一种新型非挥发性存储器。RRAM被认为是最有潜力的一种新型半导体存储器，主要原理为电致阻变效应，即在电场的作用下，一些材料可在高电阻和低电阻两个状态之间发生持续可逆的转换。由该效应制备的RRAM具有非挥发性、方向性、可逆性、长持续性，且变化幅度大等独特优点。RRAM的高、低电阻态可分别对应布尔逻辑数“1”、“0”，具有存储电阻态的功能。利用材料的这种效应，有望获得具有快速擦写、非挥发性存储、非破坏性读取、高密度集成、与CMOS工艺兼容等特点的新型随机存储器。因此，在众多新型存储器件中，RRAM备受青睐。RRAM巨大的应用前景激励着研究者对各种材料的阻变存储效应进行广泛研究。纳米微粒作为纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等优点，在微纳结构器件中有着极大的潜能，因此，将纳米微粒应用到新型存储器中极具吸引力。部分研究者已经着手在研发具有较快的开关速度、较好的循环性能的纳米微粒RRAM。在纳米微粒材料中，量子点材料作为一种新颖的半导体纳米材料，因其本身具有的量子尺寸效应、表面效应、介电限域效应、量子隧道效应、库仑阻塞效应等独特的性质，而且，由于其物理限制作用若将其应用在RRAM中将拥有皮秒级的写入速度。因此，量子点基RRAM一旦研制成功其将引领新一代小型化、大规模集成化、高存储密度、极快响应速度的存储器，受到行业内的关注。MoS2纳米片作为一种与石墨稀具有相似结构和性质的新型二维纳米材料，由于其优越的半导体和催化性质，在电子器件、析氢反应催化、锂离子电池电极材料等领域的研究引起了人们广泛的关注，同时，对于尺寸更小的MoS2量子点，由于独特的半导体光电性质、催化性质等优势，在半导体领域的应用不断引起了人们的关注。同时，有机阻变存储器以其特有的低成本、可柔性、适用于大面积生产等优势成为研究的热点。但现有的阻变存储器在器件稳定性、开关比率、重复性、及制备成本等方面都有待进一步改善。
技术实现思路
本专利技术为弥补现有技术中存在的不足，提供一种基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器，该阻变存储器具有重复性高、器件的性能稳定、响应速度快等特点，可用于高度集成的大容量存储器领域。本专利技术为达到其目的，采用的技术方案如下：一种基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器，其特征在于，包括底电极、顶电极、及夹于底电极和顶电极之间的阻变功能复合层；所述阻变功能复合层包括第一有机聚合物薄膜层，第二有机聚合物薄膜层，及夹于第一、第二有机聚合物薄膜层之间的MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层，所述底电极、顶电极分别与第一有机聚合物薄膜层、第二有机聚合物薄膜层层叠连接。进一步的，所述MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层为嵌入了MoS2量子点的有机聚合物薄膜层。优选的，所述MoS2量子点的尺寸在1.5-5.5nm。作为一种具体实施方式，所述有机聚合物优选自但不限于聚甲基硅倍半氧烷(PMSSQ)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种。作为一种具体实施方式，所述底电极优选为但不限于ITO、AZO、FTO中的至少一种，所述顶电极优选为但不限于Au、Al、Ag或Pt中的至少一种。本专利技术第二方面提供一种制备如上文所述的阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：1)将MoS2粉末和极性溶剂经超声混合后进行溶剂热反应，自然冷却后静置，取1/3-2/3上清液进行离心，离心后取1/3-2/3上清液，得MoS2量子点溶液；2)将有机聚合物粉末加入到极性溶剂中超声混合，得有机聚合物溶液；3)将步骤2)所制备的有机聚合物溶液与步骤1)所制备的MoS2量子点溶液超声混合，得MoS2量子点与有机聚合物的混合溶液；4)在导电薄膜上旋涂有机聚合物溶液，经烘烤形成第一有机聚合物薄膜层；5)在步骤4)所述第一有机聚合物薄膜层上旋涂MoS2量子点与有机聚合物的混合溶液，经烘烤形成MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层；6)在步骤5)所述的MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层上旋涂有机聚合物溶液，经烘烤形成第二有机聚合物薄膜层；7)在步骤6)所述的第二有机聚合物薄膜层上沉积制备顶电极。优选的，步骤1)中，溶剂热反应温度为160-200℃，反应时间为6-10h；步骤1)所述极性溶剂优选自但不限于水、丙酮、乙醇、二甲基甲酰胺中的至少一种；步骤1)所述静置的时间为20-60小时，所述离心的转速为6000-10000r/min。采用优选方法制备的MoS2量子点材料，其制备方法简单，无污染，材料性能稳定，利用该量子点有助于制备出开关比率高、响应速度极快、可重复性强等诸多优势的存储器件。优选的，步骤2)中，所制备的有机聚合物溶液的浓度为0.4wt％-0.6wt％；本申请专利技术人发现将有机聚合物溶液的浓度控制在该范围，溶质不会太分散，也不会出现团聚现象，有利于制备出性能更佳的器件。作为一种优选方案，步骤2)中所述极性溶剂优选为但不限于丙酮、甲苯、氯苯、四氢呋喃中的至少一种。优选的，步骤3)所制备的混合溶液中MoS2量子溶液和有机聚合物溶液的体积比控制在1∶2-1∶4之间；在该优选的体积比范围内MoS2量子溶液能较好的分散在有机聚合物溶液中，不易导致量子点的团聚，有利于制备过程顺利进行，使制备的器件表现优良的性质。优选的，所述超声混合时间≥4h，让溶液能保持非常均一的分散。作为一种优选方案，步骤4)中旋涂转速为2500-3000rpm，旋涂时间为20-40s，专利技术人发现，优选该旋涂条件，可获得约60-80nm厚的薄膜，该厚度范围内薄膜能有较好的绝缘性，如果转速高于该范围，膜厚则较小，器件容易漏电；低于该转速范围，膜厚则较厚，器件将很难导通。作为一种优选方案，步骤4)中，所述烘烤的温度为100±10℃；优选的，烘烤时间为10-30min；由于溶剂的挥发特性，将烘烤温度控制在100±10℃时，溶剂能较为均匀的挥发，太低温度挥发则不能较快进行，太高温度则会由于挥发过快在薄膜上产生孔洞，影响薄膜质量，在该优选烘烤条件下，所得薄膜质量最佳。烘烤时间理论上是越长溶剂去除越干净，但烘烤10-30min内溶剂都基本去除，且如果时间过长容易使薄膜龟裂也不能制备良好的薄膜。作为一种优选方案，步骤5)中，所述烘烤的温度为100±10℃，烘烤时间为10-30min。作为一种优选方案，步骤5)中旋涂转速为4000-6000rpm，旋涂时间为40-60s，步骤6)的旋涂转速为2500-3000rpm，旋涂时间为20-40s；，专利技术人发现在该优选旋涂条件下可以获得约50nm厚的薄膜，在该厚度范围内电子可以有效隧穿，量子点才能起到很好的电子陷阱的作用，进而表现出良好的阻变性能。作为一种优选方案，步骤7)中的顶电极厚度为80-110nm，优选该厚度的顶电极，可以使电极和薄膜充分接触，此厚度范围便于测试，但厚度太薄器件容易刺穿，厚度太厚器件电阻就太大。本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：1)本专利技术提供的阻变存储器所用M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器，其特征在于，包括底电极、顶电极、及夹于底电极和顶电极之间的阻变功能复合层；所述阻变功能复合层包括第一有机聚合物薄膜层，第二有机聚合物薄膜层，及夹于第一、第二有机聚合物薄膜层之间的MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层，所述底电极、顶电极分别与第一有机聚合物薄膜层、第二有机聚合物薄膜层层叠连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于MoS2量子点嵌入有机聚合物的阻变存储器，其特征在于，包括底电极、顶电极、及夹于底电极和顶电极之间的阻变功能复合层；所述阻变功能复合层包括第一有机聚合物薄膜层，第二有机聚合物薄膜层，及夹于第一、第二有机聚合物薄膜层之间的MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层，所述底电极、顶电极分别与第一有机聚合物薄膜层、第二有机聚合物薄膜层层叠连接。2.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层为嵌入了MoS2量子点的有机聚合物薄膜层。3.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述MoS2量子点/有机聚合物复合薄膜层中的MoS2量子点的尺寸在1.5-5.5nm。4.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述有机聚合物选自聚甲基硅倍半氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述底电极为ITO、AZO、FTO中的至少一种，所述顶电极为Au、Al、Ag或Pt中的至少一种。6.一种制备如权利要求1～5任一项所述的阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将MoS2粉末和极性溶剂经超声混合后进行溶剂热反应，自然冷却后静置，取1/3-2/3上清液进行离心，离心后取1/3-2/3上清液，得MoS2量子点溶液；2)将有机聚合物粉末加入到极性溶剂中超声混合，得有机聚合物溶液；3)将步骤2)所制备的有机聚合物溶液与步骤1)所制备的MoS2量子点溶液超声混合，得MoS2量子点与有机聚合物的混合溶液；4)在导电薄膜上旋涂有机聚合物溶液，经烘烤形成第一有机聚合物薄膜层；5)在步骤4)所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈心满，王栋梁，冀凤振，匡鲤萍，李艳，章勇，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44