一种平面型的阻变存储器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种平面型的阻变存储器及其制备方法。所述平面型的阻变存储器包括：衬底、位于所述衬底两端的第一电极和第二电极、及位于所述第一电极和第二电极之间的介质层，所述介质层为一维纳米材料或一维微米材料。本发明专利技术利用低维度的纳米材料或微米材料，且纳米材料或微米材料本身的晶型也有利于构筑易于离子迁移的介质层，从而可以构筑低维度的、易于离子迁移的通路，实现导电细丝的限域生长，进而提高器件的一致性。另外，本发明专利技术器件制备工艺简单，制备成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种平面型的阻变存储器及其制备方法
本专利技术涉及阻变存储器领域，尤其涉及一种平面型的阻变存储器及其制备方法。
技术介绍
通过新型电子学器件，模拟神经网络和人脑功能，探寻计算与存储融合的机制与方法，是未来计算机的趋势所在。近十年，国内外开展了一系列的“脑计划”研究，包括英特尔(Loihi项目)、IBM(TrueNorth项目)在内的大量公司也致力于人工智能的类脑芯片研发，旨在突破冯·诺依曼架构的能效瓶颈。据MordorIntelligence报告，神经形态计算市场将逐年上涨，预计2025年达六十亿美元。我国也在积极布局该领域，2016年，“脑科学与类脑研究”被确定为重大科技创新项目和工程之一，也被称为中国“脑计划”。该计划包括一体两翼，“体”是以研究脑认知的神经原理为主，研发脑重大疾病诊治新手段和脑机智能新技术为“两翼”。近年来，研究人员借助离子迁移、自旋和相变等物理现象，研制了一系列的电子学器件，并尝试开发高性能的类脑芯片。其中，阻变存储器(忆阻器)由于其多级存储属性，电阻态固有的非易失性，以及适合矩阵集成的易扩展两端结构等优点被认为是构建高度互连、大规模并行的万亿级大型突触神经网络最具潜力的器件之一。导电细丝型阻变存储器是最为常见的一种阻变存储器，电激励会引起介质层中导电细丝的形成和断裂，实现两个或多个电导态的切换。自2008年惠普实验室利用TiO2成功制备世界首个阻变存储器以来，大量的该类阻变材料和器件被开发，研究论文也呈指数增长。但相比大量的人员和经费的投入，该类忆阻器的商业化转化效率较差，类脑领域应用也有待拓展。其中一个主要原因是导电细丝生长的随机性引起的器件电学性能的离散性，造成器件与器件的不一致性，循环与循环的不一致性。因此，提高器件一致性有利于阻变存储器的商业化应用。国内外科学家通过优化介质层、优化电极等方式提升了阻变存储器的一致性。采用晶型材料作为介质层，有利于集中化离子的迁移行为，避免导电细丝的过度生长。这也是较为常用的一种策略，但该方法工艺偏复杂、成本偏高。如利用CVD法制备了氧化锌晶型纳米线，构筑了平面型的阻变存储器。截面透射电镜加能谱结果表面，离子的迁移被限域在纳米线表面，器件展现出良好的循环均一性。通过石墨烯缺陷工程控制活性电极离子向介质层中注入通道的尺寸和数量，集中化阻变存储器的导电通路，显著提升了器件电阻转变的一致性。对于电极优化，主要通过选取特定电极材料或电极形状进行。通过金字塔形铜电极，有利于限域导电细丝的生长，研制了一种高一致性的的氧化铝基忆阻器。但是，如上一致性策略存在工艺复杂和成本高的问题，如CVD生长、微纳加工等。
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平面型的阻变存储器及其制备方法，旨在解决现有一致性策略存在工艺复杂和成本高的问题。本专利技术的技术方案如下：一种平面型的阻变存储器，其中，包括：衬底、位于所述衬底两端的第一电极和第二电极、及位于所述第一电极和第二电极之间的介质层，所述介质层为一维纳米材料或一维微米材料。可选地，所述一维纳米材料选自纳米线、纳米带、纳米管、纳米棒中的一种。可选地，所述一维微米材料选自微米线、微米带、微米管、微米棒中的一种。可选地，所述介质层的材料选择肽、氨基酸、无机材料中的一种。可选地，所述介质层为纳米线。可选地，所述纳米线的直径为50-2000纳米，所述纳米线的长度为5-1000微米。可选地，所述介质层为苯丙氨酸二肽纳米线。可选地，所述第一电极和第二电极独立地选自银、金、铜、镍中的一种。一种本专利技术所述的平面型的阻变存储器的制备方法，其中，包括步骤：提供衬底；在所述衬底两端制备第一电极和第二电极；将制备好的一维纳米材料或一维微米材料形成于所述第一电极和第二电极之间，得到介质层。可选地，所述介质层由纳米线组成，采用溶液自组装制备得到所述纳米线。可选地，采用干法转移将制备好的一维纳米材料或一维微米材料转移至所述第一电极和第二电极之间。有益效果：本专利技术利用兼具低维度和利于离子迁移的纳米材料或微米材料作为平面型阻变存储器的介质层，从而获得具有高一致性的阻变存储器，器件的操作电压和电流开关比的变异系数均在10％以内。附图说明图1为本专利技术具体的实施例中苯丙氨酸二肽纳米线的原子力显微镜测试结果图。图2为本专利技术具体的实施例中平面型的阻变存储器的二维结构示意图。图3为本专利技术具体的实施例中平面型的阻变存储器的三维结构示意图。图4中a、b分别为本专利技术具体的实施例中平面型的阻变存储器的电流-电压数据图及分布统计图。具体实施方式本专利技术提供一种平面型的阻变存储器及其制备方法，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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了改善阻变存储器的一致性，现有通常利用晶态的介质层或制备特殊形状的电极材料实现，这些一致性策略存在工艺复杂和成本高的问题，如CVD生长、微纳加工等。基于此，本专利技术实施例提供一种平面型的阻变存储器，其中，包括：衬底、位于所述衬底两端的第一电极和第二电极、及位于所述第一电极和第二电极之间的介质层，所述介质层为一维纳米材料或一维微米材料。本实施例中，利用兼具低维度和利于离子迁移的纳米材料或微米材料作为平面型阻变存储器的介质层，从而获得具有高一致性的阻变存储器，器件的操作电压和电流开关比的变异系数均在10％以内。在一种实施方式中，所述一维纳米材料选自纳米线、纳米带、纳米管、纳米棒等中的一种。在一种实施方式中，所述一维微米材料选自微米线、微米带、微米管、微米棒中的一种。在一种实施方式中，所述介质层的材料选择肽、氨基酸、无机材料(如氧化锌、硫化锌、碳纳米线等)中的一种。在一种实施方式中，所述介质层为纳米线。利用纳米线作为平面型阻变存储器的介质层，使得电极活性金属离子的迁移被限域在低维度的纳米线表面，显著抑制导电细丝的过生长，从而获得具有高一致性的阻变存储器。另外，纳米线具有较好的晶型，晶态的纳米线具有低的离子迁移势垒，从而有利于离子迁移。此外，纳米线可以通过分子自组装的方法制备得到，该制备方法可以为溶液滴涂法，条件温和，成本低。进一步地，所述介质层为肽基纳米线，如二肽纳米线，其具有长程有序的分子堆叠，晶体结构良好，更利于提高器件的一致性。另外，可以通过调控溶剂极性或采用不同的氨基酸序列，得到不同直径和长度的纳米线。作为举例，所述二肽纳米线为苯丙氨酸二肽纳米线，其为常见的二肽分子，具有强的自组装能力，能够容易地组装成晶体结构好的纳米线。在一种实施方式中，所述纳米线的直径为50-2000纳米，所述纳米线的长度为5-1000微米。在一种实施方式中，所述第一电极和第二电极独立地选自银、金、铜、镍等中的一种，但不限于此。其中所述第一电极和第二电极中的至少一个电极为活性电极。需说明的是，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面型的阻变存储器，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底两端的第一电极和第二电极、及位于所述第一电极和第二电极之间的介质层，所述介质层为一维纳米材料或一维微米材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种平面型的阻变存储器，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底两端的第一电极和第二电极、及位于所述第一电极和第二电极之间的介质层，所述介质层为一维纳米材料或一维微米材料。


2.根据权利要求1所述的平面型的阻变存储器，其特征在于，所述一维纳米材料选自纳米线、纳米带、纳米管、纳米棒中的一种；
或者，所述一维微米材料选自微米线、微米带、微米管、微米棒中的一种。


3.根据权利要求1所述的平面型的阻变存储器，其特征在于，所述介质层的材料选择肽、氨基酸、无机材料中的一种。


4.根据权利要求1所述的平面型的阻变存储器，其特征在于，所述介质层为纳米线。


5.根据权利要求4所述的平面型的阻变存储器，其特征在于，所述纳米线的直径为50-2000纳米，所述纳米线的长度为5-1000微米。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩素婷，吕子玉，周晔，邢雪朝，王燕，翟永彪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44