一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法，包括基底、依次叠设在所述基底上的第一电极层、活性层以及第二电极层，所述活性层材质为自氧化的二维MXene材料或二维MXene材料与阻变材料的混合物；所述阻变材料包括：氧化物、硫族化合物、氮化物、硅基材料、有机阻变材料、有机无机杂化阻变材料等。本发明专利技术将二维材料MXene自氧化或将其与氧化物通过掺杂的方式进行结合并作为活性层来制备RRAM器件，既可以利用二维MXene表面丰富的活性位点也可以利用氧化物等阻变材料本身的优越性能，因此可以得到制备工艺简单、性能更为优越的存储器件。与基于二维材料的存储器相比，本发明专利技术所提出的存储器简化了器件制备工艺，降低了成本，更有利于商业化。

A kind of resistive memory based on two-dimensional mxene material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法
本专利技术涉及存储器
，尤其涉及一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法。
技术介绍
二维材料是一类横向尺寸在100nm以上且电子仅可以在两个维度上自由运动的材料，具有极大的比表面积。二维材料自身表面存在一些缺陷，可以用来作为易于利用的电荷捕获位点进行非易失存储器的制备。阻变存储器(RRAM，ResistiveRandomAccessMemory)以其操作电压低、能耗低、结构简单、易于集成、可小型化、擦写速度快、数据保持能力强等优点被认为将会是新一代主流的非易失存储器，具有很大的发展潜力。然而，由于材料本身的性质，现有的基于二维材料的非易失存储器本身制备工艺比较复杂、成本较高、制备周期较长。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法，旨在通过将二维材料与氧化物等阻变材料结合起来，提取两者的优点来制备工艺简单成本低廉且性能优异的RRAM存储器件，以解决现有的RRAM存储器件制备工艺比较复杂、成本较高、制备周期较长的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于二维MXene材料的阻变存储器，包括基底、依次叠设在所述基底上的第一电极层、活性层以及第二电极层，其中，所述活性层材质为自氧化的二维MXene材料；或所述活性层材质为二维MXene材料与阻变材料的混合物；所述阻变材料为氧化物、硫族化合物、氮化物、硅基材料、有机阻变材料和有机无机杂化阻变材料中的一种或多种。所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其中，所述二维MXene材料为Mn+1AXn中的一种或多种，其中，n＝1、2、或3；M为过渡金属；A为IIIA或IVA族元素；X为碳或氮中的一种或两种。所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其中，所述第一电极层与第二电极层的材质独立地为金属、导电聚合物和导电二维材料中的一种或多种。所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其中，所述基底为玻璃、SiO2、云母、石英、聚合物薄膜和织物中的一种或多种。所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其中，所述二维MXene材料为层数为N的二维MXene材料，N为小于15的正整数。一种基于二维MXene材料的阻变存储器的制备方法，其中，包括步骤：提供基底；在所述基底上沉积第一电极层；将自氧化的二维MXene材料沉积在所述第一电极层上得到活性层；或者，将二维MXene材料与阻变材料的混合物沉积在所述第一电极层上得到活性层；在所述活性层上沉积第二电极层。所述基于二维MXene材料的阻变存储器的制备方法，其中，所述自氧化的二维MXene材料的制备方法包括步骤：将MAX材料加入到蚀刻液中，蚀刻后得到多层MXene材料，并将所述多层MXene材料经手摇或超声处理得到层数为N的二维MXene材料；将所述层数为N的二维MXene材料放置在空气中，加热反应，得到自氧化的二维MXene材料，N为小于5的正整数。所述基于二维MXene材料的阻变存储器的制备方法，其中，所述在所述活性层上沉积第二电极层包括：通过旋涂、磁控溅射、离子束溅射或电子束蒸发在所述活性层的上表面沉积所述第二电极层。所述基于二维MXene材料的阻变存储器的制备方法，其中，所述在所述基底上沉积第一电极层包括：通过旋涂、磁控溅射、离子束溅射或电子束蒸发在所述基底的上表面沉积所述第一电极层。所述基于二维MXene材料的阻变存储器的制备方法，其中，所述将二维MXene材料与阻变材料的混合物沉积在所述第一电极层上得到活性层包括：通过旋涂、液液界面法，印压法，喷涂法等在所述第一电极层上沉积所述活性层。有益效果：本专利技术将二维材料MXene与氧化物通过自氧化或掺杂的方式进行结合并作为活性层来制备RRAM器件，既可以利用二维MXene表面丰富的可利用活性位点也可以利用氧化物等阻变材料本身的优越性能，因此可以的得到制备工艺简单、性能更为优越的存储器件。与基于二维材料的存储器相比，本专利技术所提出的存储器简化了器件制备工艺，降低了成本，更有利于商业化。附图说明图1为本专利技术一种基于二维MXene材料的阻变存储器的结构示意图。图2为本专利技术基于二维MXene材料的阻变存储器制备方法流程图。图3为基于自氧化MXene阻变器件的I-V曲线。图4为基于MXene与氧化锌混合物阻变器件的I-V曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术提供一种基于二维MXene材料的阻变存储器的结构示意图，如图所示，其包括：依次叠设在所述基底10上的第一电极层20、活性层30以及第二电极层40，所述活性层30材质为自氧化的二维MXene材料或二维MXene材料与阻变材料的混合物。MXene是一类由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的二维无机化合物。这类材料可以通过简单的化学刻蚀法(HF，LiF+HCl等)对陶瓷MAX相刻蚀获得，具有良好的金属导电性。通过调节刻蚀剂的强度，可以增加获得的MXene的表面缺陷，增加其活性位点。由于MXene材料在进行化学刻蚀过程中会出现一些晶格缺陷，这些晶格缺陷可以作为电荷俘获位点来俘获载流子，而其二维特性使得这些缺陷大概率出现在材料表面，更容易被利用；二维MXene与氧化物接触的界面也会由于材料结构的不同出现大量的电荷俘获位点；电荷俘获位点的增加使得存储器活性层俘获的电荷的能力和容量增加，进而增大/减小器件在低阻态/高阻态的导电性，从而增加存储器的存储开关比。本专利技术所提供的上述阻变存储器由于其活性层的材料是自氧化的二维MXene材料或二维MXene材料与阻变材料的混合物，既可以利用二维MXene表面丰富的活性位点也可以利用氧化物等阻变材料本身的优越性能，因此所得到的阻变存储器制备工艺简单、性能更为优越。在一种或多种实施方式中，所述基底为玻璃、SiO2、云母、石英、聚合物薄膜、织物等刚性或柔性基底。在一种或多种实施方式中，所述阻变材料包括：氧化物，如TiO2，HfO2，Al2O3，Ta2O5，SrTiO3，SiO2等，硫族化合物，如Ag2S，GaSe，氮化物，如AlN，SiN，NiN，BN等，硅基材料，如α-Si等。在一种或多种实施方式中，所述二维MXene材料为Mn+1AXn，其中，n＝1、2、或3；M为过渡金属，如Ti、V、Cr、Nb、Mo等中的一种或多种；A为IIIA或IVA族元素，如Al、Si、Sn、In等。作为举例，所述二维MXene，如Ti3C2TX、T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维MXene材料的阻变存储器，包括基底、依次叠设在所述基底上的第一电极层、活性层以及第二电极层，其特征在于，所述活性层材质为自氧化的二维MXene材料；/n或所述活性层材质为二维MXene材料与阻变材料的混合物；/n所述阻变材料为氧化物、硫族化合物、氮化物、硅基材料、有机阻变材料和有机无机杂化阻变材料中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二维MXene材料的阻变存储器，包括基底、依次叠设在所述基底上的第一电极层、活性层以及第二电极层，其特征在于，所述活性层材质为自氧化的二维MXene材料；
或所述活性层材质为二维MXene材料与阻变材料的混合物；
所述阻变材料为氧化物、硫族化合物、氮化物、硅基材料、有机阻变材料和有机无机杂化阻变材料中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其特征在于，所述二维MXene材料为Mn+1AXn中的一种或多种，其中，n＝1、2、或3；M为过渡金属；A为IIIA或IVA族元素；X为碳或氮中的一种或两种。


3.根据权利要求1所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其特征在于，所述第一电极层与第二电极层的材质各自独立地为金属、导电聚合物和导电二维材料中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其特征在于，所述基底为玻璃、SiO2、云母、石英、聚合物薄膜和织物中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述基于二维MXene材料的阻变存储器，其特征在于，所述二维MXene材料为层数为N的二维MXene材料，N为小于15的正整数。


6.一种基于二维MXene材料的阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供基底；
在所述基底上沉积第一电极层；
将自氧化的二维MXene材料沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晔，丁光龙，杨林，韩素婷，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44