一种空气稳定型忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空气稳定型忆阻器及其制备方法，忆阻器由上至下包括顶电极、有机活性层、底电极和基底，有机活性层由氯代酞菁铜组成，有机活性层的厚度为70~85 nm。制备方法包括先在基底表面生长一层底电极，然后清洗并烘干，接着进行紫外臭氧处理，最后在真空蒸镀系统中依次蒸镀有机活性层和顶电极。本发明专利技术的忆阻器具有良好的空气稳定性及耐热耐湿性，并且具有可柔性化制作的优点，其阻值变化可以用来有效地模拟生物突触功能，开拓了可靠的人工突触在空气环境中长期运行的新材料策略。突触在空气环境中长期运行的新材料策略。突触在空气环境中长期运行的新材料策略。

【技术实现步骤摘要】
一种空气稳定型忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及有机二极管忆阻器件，尤其涉及一种具有空气稳定型的耐高温和高湿的忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]具有可重构的依赖于历史电阻切换行为的忆阻器能够模拟生物突触的突触功能，这是构建用于神经形态计算的模拟神经网络的最有前途的技术之一。迄今为止，就单个电子设备的模拟可塑性而言，有机忆阻器可与生物突触相媲美，从而为直接处理生物信号提供了巨大潜力，并且它们可以在操作稳定性方面与无机忆阻器竞争。尽管高性能有机忆阻器的开发已取得显著进展，但稳定性仍然是其实际应用及商业化的关键挑战。例如，3D集成电路在连续和长期运行期间会导致过热问题，这会对计算系统的稳定性和可靠性产生不利影响；此外，由于有机材料对湿度，氧气和温度敏感，因此通常需要表面钝化或封装以防止有机器件受到周围环境的影响。因此，对于开发具有良好稳定性，低成本和用于人工突触应用的简单制造技术的有机忆阻器将成为进一步研究的重点。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种具有空气稳定型的耐高温高湿的忆阻器；本专利技术的第二目的在于提供一种上述忆阻器的制备方法。
[0004]技术方案：本专利技术的空气稳定型忆阻器，由上至下包括顶电极、有机活性层、底电极和基底，所述有机活性层由氯代酞菁铜组成，所述有机活性层的厚度为70～85nm。
[0005]酞菁化合物因其具有大共轭体系的有机小分子而具有优异的化学稳定性，热稳定性，界面粘合性能和良好的机械性能；利用添加氯取代基降低酞菁化合物的HOMO能级使得酞菁不易被空气中的氧和水捕获，从而提高酞菁小分子的空气稳定性，因此使得制备的忆阻器在空气环境下有较高的稳定性，能够保持其原有的结构和性质。优选的氯代酞菁铜为一氯代酞菁铜、二氯代酞菁铜、三氯代酞菁铜以及十六氯酞菁铜中的任意一种。
[0006]进一步地，所述底电极选自氧化铟锡、铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌或银中的任意一种，所述底电极的厚度为130～140nm；优选的，顶电极采用铝作为金属阴极。
[0007]进一步地，所述底电极选自氧化铟锡、铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌或银中的任意一种，所述底电极的厚度为130～140nm；优选的，底电极为生长于衬底材料表面的一层氧化铟锡，并以此作为器件的阳极。
[0008]进一步地，所述基底选自导电玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯以及聚酰亚胺中的任一种；优选的，基底材料为导电玻璃和PET导电膜。
[0009]本专利技术还进一步保护上述空气稳定型忆阻器的制备方法的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤一：在基底表面生长一层底电极，并依次经过ITO清洗剂、超纯水超声清洗并烘干；
[0011]步骤二：将上述步骤一烘干的样品进行紫外臭氧处理10～15min；
[0012]步骤三：将步骤二处理好的样品放进真空蒸镀系统中，抽真空至腔内压力低于5
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Pa后，开始依次蒸镀有机活性层和顶电极；
[0013]步骤四：蒸镀结束后，保持该真空状态待顶电极冷却至室温，得到具有空气稳定型的忆阻器。
[0014]进一步地，底电极材料为氧化铟锡，控制底电极厚度为130～140nm；真空蒸镀的有机活性层材料为氯代酞菁铜，蒸镀速率为采用晶振控制厚度在70～85nm；真空蒸镀的顶电极材料为铝，顶电极蒸镀速度为采用晶振控制厚度在90～100nm。
[0015]进一步地，所述步骤一中，ITO清洗剂与超纯水的超声清洗时间为25～30min。
[0016]本专利技术所述的氯代酞菁铜忆阻器在增强抑制、频率依赖可塑性、幅值依赖可塑性、长时程记忆突触功能模拟中可以应用。
[0017]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著优点：1、本专利技术的具有结构设计简单和操作简便的特点，与非氯代酞菁衍生物相比，氯代酞菁的稳定性因其更低的HOMO能级而得到了改善，制备出的忆阻器相较于非氯代忆阻器表现出极好的稳定性，在环境空气中存储5个月后仍然展现出良好的忆阻性能；2、本专利技术在环境空气中具有良好的耐热性和耐湿性，在高达300℃的环境温度下和70％相对湿度储存后可以完全运行；3、本专利技术具有可柔性化制作的特点，所制备出的柔性设备在承受100个弯曲周期(弯曲半径1cm)后仍展现出稳定的忆阻现象；4、本专利技术结构易于设计，工艺简单，产率高，具有普适性，开拓了可靠的人工突触在空气环境下稳定运行的新材料策略，为构建低成本、高稳定性、柔性和可生物集成的人工神经网络提供技术储备和可靠的原型器件，从而促进更加精确地实现对人工智能器件的发展。
附图说明
[0018]图1为本专利技术制备的空气稳定型忆阻器的结构示意图；
[0019]图2为ClCuPc的分子结构图；
[0020]图3为Cl2CuPc的分子结构图；
[0021]图4为Cl3CuPc的分子结构图；
[0022]图5为Cl
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CuPc的分子结构图；
[0023]图6为本专利技术一氯代酞菁铜器件和酞菁铜器件薄膜的HOMO能级对比图；
[0024]图7为实施例1制备的一氯代酞菁铜忆阻器在空气中放置5个月的电流-电压曲线；
[0025]图8为对比例1制备的酞菁铜忆阻器在空气中放置5个月的电流-电压曲线；
[0026]图9为实施例1制备的一氯代酞菁铜忆阻器在300℃下电流-电压曲线；
[0027]图10为实施例1制备的一氯代酞菁铜忆阻器在70％相对湿度下存储48小时的电流变化曲线；
[0028]图11为实施例2制备的一氯代酞菁铜柔性忆阻器在室温下电流-电压曲线；
[0029]图12为实施例1制备的一氯代酞菁铜忆阻器的增强和抑制突触功能模拟示意图；
[0030]图13为实施例1制备的一氯代酞菁铜忆阻器的脉冲频率依赖可塑性和幅值依赖可塑性示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0032]本专利技术提供了一种空气稳定型忆阻器及其制备方法，其结构如图1所示，包括：顶电极、有机活性层、底电极和基底，整体上为垂直结构，其中，有机活性层由氯代酞菁铜组成，有机活性层的厚度为70～85nm。
[0033]实施例1
[0034](1)选择导电玻璃作为基底，在导电玻璃上生成一层氧化烟锡，厚度为135nm，形成ITO导电玻璃，对ITO导电玻璃依次经过ITO清洗剂、超纯水清洗30min，随后吹干并置于120℃的烘箱中放置30min烘干；
[0035](2)将烘干的ITO导电玻璃经过紫外臭氧处理15min；
[0036](3)将处理好的ITO导电玻璃放进真空蒸镀设备中，控制真空室内压强为4
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Pa，开始依次蒸镀有机活性层和金属阴极；机活性层材料为一氯代酞菁铜ClCuPc，结构式参见图2，是一种具有平面大环的稳定结构，蒸镀速率约为ClCuPc层厚度为80nm；随后蒸镀金属阴极铝电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气稳定型忆阻器，其特征在于：所述忆阻器由上至下包括顶电极、有机活性层、底电极和基底，所述有机活性层由氯代酞菁铜组成，所述有机活性层的厚度为70～85nm。2.根据权利要求1所述的空气稳定型忆阻器，其特征在于：所述氯代酞菁铜为一氯代酞菁铜、二氯代酞菁铜、三氯代酞菁铜以及十六氯酞菁铜中的任意一种。3.根据权利要求1所述的空气稳定型忆阻器，其特征在于：所述顶电极选自铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌或银中的任意一种，所述顶电极的厚度为90～100nm。4.根据权利要求1所述的空气稳定型忆阻器，其特征在于：所述底电极选自氧化铟锡、铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌或银中的任意一种，所述底电极的厚度为130～140nm。5.根据权利要求1所述的空气稳定型忆阻器，其特征在于：所述基底选自导电玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯以及聚酰亚胺中的任一种。6.权利要求1所述的空气稳定型忆阻器的制备方法，其特征在于，包括如下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：仪明东，周嘉，李雯，陈叶，李佳钰，钱扬周，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：