一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器及其制备方法，忆阻器包括由下至上依次层叠的硅衬底、底电极层、阻变层以及顶电极层，所述底电极层与所述顶电极层二者通过所述阻变层实现分隔；所述阻变层的材质为Ti3C2。本发明专利技术针对传统忆阻器中所普遍存在的电学特性不稳定、重复性差等问题，创造性将碳化钛作为忆阻器的阻变层材料，借助二维结构M

【技术实现步骤摘要】
一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术为一种新型类脑器件及其相对应的制备方法，具体涉及一种基于新型二维过渡金属碳化物——Ti3C2的热感应忆阻器及其制备方法，属于类脑器件加工


技术介绍

[0002]忆阻器，全称记忆电阻器(Memristor)，是一种表示磁通量与电荷关系的无源电路元件。早在1971年，国际非线性电路和细胞神经网络理论的先驱蔡少棠先生就基于电路理论、从理论上预言了忆阻器的存在。2008年，惠普实验室首次在实验中构筑了忆阻器原型器件，证实了蔡少棠有关忆阻器的学说。随着相关技术的逐渐成熟和发展，研究人员发现，忆阻器具有新颖的非线性电学性质，并兼具密度高、尺寸小、功耗低、非易失性等特点，被认为是发展下一代新型非易失性内存器的理想方案。
[0003]现有技术中的忆阻器件构造简单，仅包括顶底两层活/惰性电极和中间的阻变层，其阻变机理是基于阻变层中阳离子或等效氧空穴的移动。但是基于该结构的忆阻器中所使用的阻变材料价格昂贵，无法实现大规模的商业应用，所以急需一种成本低、特性好的材料来替代传统的阻变材料。
[0004]目前，新型二维材料MXene被成功开发出来，其拥有很多类似于石墨烯的优异性能，除拥有良好的电学性能和铁磁性外，还具有良好的抗氧化性能及热稳定性，这些优异的特性和独特的结构使得MXene材料在忆阻器制备领域有着广阔的前景，而如何将MXene材料作为硅基忆阻器的核心阻变层也需要学界地进一步探究。
[0005]综上所述，如何基于上述研究现状，提出一种全新的忆阻器及其相应的制备方法，以克服现有技术中所存在的诸多不足，也就成为了本领域内技术人员所共同关注的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术存在上述缺陷，本专利技术的目的是提出一种基于新型二维过渡金属碳化物——Ti3C2的热感应忆阻器及其制备方法，具体如下。
[0007]一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，包括用于作为器件基底的硅衬底，在所述硅衬底上、由下至上按序依次层叠设置有底电极层、阻变层以及顶电极层；
[0008]所述底电极、所述阻变层以及所述衬底三者的形状、尺寸一一匹配对应，所述顶电极层为形成于所述阻变层上方的多块圆形区域，每块所述圆形区域间相互隔开；所述底电极层与所述顶电极层二者通过所述阻变层实现分隔；
[0009]所述阻变层的材质为Ti3C2。
[0010]优选地，所述硅衬底的尺寸为1英寸～2英寸、厚度为300μm～400μm。
[0011]优选地，所述底电极层的材质为钨、厚度为70nm～100nm。
[0012]优选地，所述顶电极层的材质为银、整体厚度为80nm～120nm。
[0013]一种热感应忆阻器的制备方法，用于制备如上所述的基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，包括如下步骤：
[0014]S1、取一块经超纯水清洗并烘干过的硅衬底进行镀膜加工，在所述硅衬底上形成一层底电极层、作为器件半成品；
[0015]S2、取Ti3C2粉末与去离子水，配制成0.5ml～1ml的阻变层溶液，将配制好的所述阻变层溶液放入超声振动机、超声振动1.5h～2.5h，使Ti3C2粉末均匀充分地分布于溶液内，随后将所述器件半成品置于甩胶机内、在100r/min～300r/min的转速下将所述阻变层溶液匀速滴于所述底电极层上，随后将甩胶机的转速调整至750r/min～4500r/min、运行0.5min～2min后取出所述器件半成品，再将所述器件半成品放置于烘干机内、70℃～90℃的温度条件下烘烤20min～40min，使所述底电极层上形成一层阻变层；
[0016]S3、将掩模板贴覆于所述阻变层上，再将所述器件半成品放入磁控溅射腔体内进行镀膜加工，在所述阻变层上形成一层顶电极层。
[0017]优选地，S1包括如下步骤：
[0018]取一块尺寸为1.5英寸、厚度为350μm的硅衬底，使用超纯水对所述硅衬底进行清洗再烘干，烘干完成后在所述硅衬底上进行镀膜加工，通过物理气相沉积在所述硅衬底上生长一层厚度为80nm、材质为钨的底电极层，得到器件半成品。
[0019]优选地，S2包括如下步骤：取Ti3C2粉末与去离子水，二者的质量比为1：60，配制成1ml的阻变层溶液，将配制好的所述阻变层溶液放入超声振动机、超声振动1.5h，使Ti3C2粉末均匀充分地分布于溶液内，随后将所述器件半成品置于甩胶机内，在200r/min的转速下、使用胶头滴管将所述阻变层溶液的上清液匀速滴于所述底电极层上，随后将甩胶机的转速调整至3000r/min、运行1min后取出所述器件半成品，再将所述器件半成品放置于烘干机内、80℃的温度条件下烘烤30min，使所述底电极层上形成一层材质为Ti3C2的阻变层。
[0020]优选地，将掩模板贴覆于所述阻变层上，再将所述器件半成品放入磁控溅射腔体内进行镀膜加工，在所述阻变层上形成一层整体厚度为100nm、材质为银的顶电极层。
[0021]优选地，S3中所形成的顶电极层为阻变层上方的多块半径为100μm的圆形区域，每块所述圆形区域间相互隔开。
[0022]本专利技术的优点主要体现在以下几个方面：
[0023]本专利技术所提出的一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器及其制备方法，针对传统忆阻器中所普遍存在的电学特性不稳定、重复性差等问题，创造性将碳化钛作为忆阻器的阻变层材料，借助二维结构M
n+1
X
n
材料所具有地良好电学特性、铁磁性、抗氧化性及热稳定性等特点，不仅显著地提升了忆阻器成品的稳定性，还推动了类脑忆阻器在接近人体温度情况下模拟神经突触的相关研究。
[0024]同时，专利技术的一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器还表现出优异的突触可塑性，可以有效地模拟突触间的信息传递、实现类脑特性。而且本专利技术的热感应忆阻器还拥有在某段较高温度区间器件阻值变化异常活跃的特性，相较于现有技术，本专利技术的热感应忆阻器更适合于高温应用环境。
[0025]此外，本专利技术的制备方法流程清晰、步骤简单、可重复性强，制备过程中的成本投入低，单一器件的成品率高，具有十分广阔的应用前景和极高的使用价值。
[0026]以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术的测试过程示意图；
[0029]图3为本专利技术测试结果的直流电流-电压特性曲线图；
[0030]图4为本专利技术在开态和关态时阻值的保持时间示意图；
[0031]图5为本专利技术测试结果的时间-电阻-温度特性曲线图；
[0032]图6为本专利技术分别在30℃和40℃下测量结果的电流-电压特性曲线图。
[0033]其中：1、硅衬底；2、底电极层；3、阻变层；4、顶电极层。
具体实施方式
[0034]本专利技术揭示了一种全新结构的忆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，包括用于作为器件基底的硅衬底(1)，其特征在于：在所述硅衬底(1)上、由下至上按序依次层叠设置有底电极层(2)、阻变层(3)以及顶电极层(4)；所述底电极(2)、所述阻变层(3)以及所述衬底(1)三者的形状、尺寸一一匹配对应，所述顶电极层(4)为形成于所述阻变层(3)上方的多块圆形区域，每块所述圆形区域间相互隔开；所述底电极层(2)与所述顶电极层(4)二者通过所述阻变层(3)实现分隔；所述阻变层(3)的材质为Ti3C2。2.根据权利要求1所述的一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，其特征在于：所述硅衬底(1)的尺寸为1英寸～2英寸、厚度为300μm～400μm。3.根据权利要求1所述的一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，其特征在于：所述底电极层(2)的材质为钨、厚度为70nm～100nm。4.根据权利要求1所述的一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，其特征在于：所述顶电极层(4)的材质为银、整体厚度为80nm～120nm。5.一种热感应忆阻器的制备方法，用于制备如权利要求1～4任一所述的一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，其特征在于，包括如下步骤：S1、取一块经超纯水清洗并烘干过的硅衬底(1)进行镀膜加工，在所述硅衬底(1)上形成一层底电极层(2)、作为器件半成品；S2、取Ti3C2粉末与去离子水，配制成0.5ml～1ml的阻变层溶液，将配制好的所述阻变层溶液放入超声振动机、超声振动1.5h～2.5h，使Ti3C2粉末均匀充分地分布于溶液内，随后将所述器件半成品置于甩胶机内、在100r/min～300r/min的转速下将所述阻变层溶液匀速滴于所述底电极层(2)上，随后将甩胶机的转速调整至750r/min～4500r/min、运行0.5min～2min后取出所述器件半成品，再将所述器件半成品放置于烘干机内、70℃～9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，赵义泽，申达琦，陈欣彤，周律洋，童祎，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：