一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微电子器件技术领域，公开了一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法，该忆阻器自下而上包括基底、下电极层、功能层、量子点层和上电极层，其中，功能层采用的材料为HfO

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法
本专利技术属于微电子器件
，更具体地，涉及一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法，该忆阻器能够利用量子点调控、实现导电细丝定位。
技术介绍
计算密集型和数据密集型产业的兴起对计算性能和存储密度提出更高要求，而传统的冯诺依曼计算架构、DRAM及Flash存储的延续随着尺寸的缩减，费效比越来越低。忆阻器因其优异的窗口、极快的开关时间、理论最高的集成度以及与CMOS电路兼容的优点，被认为是下一代新型存储器的有力候选者之一，并且忆阻器阻态的连续可调性、动态的非线性切换也可以被用作开发新型的计算机逻辑体系结构。但任何成功商业化的原型器件都离不开对其基础机制的清楚阐释和对器件性能的稳定控制，对于忆阻器来说，阻碍其商业化进展的最重要因素是其机理的复杂性和性能的不稳定。忆阻器的阻变机理按目前研究，主要分为导电丝型机理、热化学机制和纯电子效应，其中导电细丝机制是适用范围最广、认可最为广泛的机制，通常认为金属原子或材料内部空位在电场作用下迁移组成导电细丝，而导电细丝的生成和断裂导致器件的阻态切换。导电细丝的断裂和生成位置随电场分布而变化，因此造成每次通断位置不固定，导电丝形貌也会随着循环的进行而发生变化，器件性能发生恶化。很多文献采用增加附加层、局域电场增强和引入缺陷等方法，对导电细丝进行定位，如WeiD.Lu等人(详见J.Lee,C.Du,K.Sun,E.KioupakisandW.D.Lu,TuningIonicTransportinMemristiveDevicesbyGraphenewithEngineeredNanopores,AcsNano.2016,10(3):3571-3579)在忆阻器层中加入带纳米孔的石墨烯层，将导电细丝定位在通孔处；JongHyukPark等人(详见ShinKY,KimY,AntolinezFV,etal.Controllableformationofnanofilamentsinresistivememoriesviatip-enhancedelectricfields[J].AdvancedElectronicMaterials,2016,2(10):1600233.)制备Ag电极增加局域电场，定位导电细丝；JeehwanKim等人(详见ChoiS,TanSH,LiZ,etal.SiGeepitaxialmemoryforneuromorphiccomputingwithreproduciblehighperformancebasedonengineereddislocations[J].Naturematerials,2018,17(4):335-340.)利用SiGe的单晶位错定位导电细丝；但以上方法工艺都比较复杂，需要精密控制，制备流程冗长，难以支持高性能忆阻器的大规模集成。南京邮电大学的何南等人(中国专利申请《忆阻器及其制备方法》，CN111900249A)公开了一种使用量子点层的忆阻器制备方法，在介质层上方引入AgInZnS量子点层，用该量子点层中迁移率高的Ag离子、以量子点为种子来生成导电细丝，以此来降低导电细丝生长的随机性；河北大学的闫小兵等人(中国专利申请《一种具有神经仿生功能的忆阻器及制备方法和应用》，CN107681048A)公开了一种具有神经仿生功能的忆阻器，在两层功能层之间制备了石墨烯氧化物量子点中间层，控制导电细丝的生长和破裂，来提高器件的均一性。上述这两种方法均是采用活性金属Ag构成导电细丝，使用量子点层来固定导电细丝的生成位置，与不引入量子点层相比，导电细丝的生成位置相对来说固定在量子点层，但量子层中没有差异性，理论上任意量子点层的位置都可以是导电细丝的生成位置，考虑量子点层的面积，仍然具有很大的随机性。因此探究一种工艺简单、实现容易、效果更好的导电细丝定位方法，以实现一致性高、抗疲劳特性好、速度高的忆阻器是业内的研究热点之一。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法，通过对忆阻器的结构进行改进，在HfOx功能层表面设置岛状分布的类针尖状的量子点尖峰，以引导忆阻器导电细丝的形成和断裂，实现导电通路的定位，提高忆阻器件的一致性，以实现高性能忆阻器，对高性能忆阻器的制备提供重要的理论指导和技术支撑。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器，其特征在于，自下而上包括基底、下电极层、功能层、量子点层和上电极层，其中，所述功能层采用的材料为HfOx，其中1.0<x<1.8；所述量子点层具有针尖状结构，这些针尖状结构呈分散的岛状分布在所述功能层的表面；所述上电极层用于全部覆盖或部分覆盖所述量子点层。作为本专利技术的进一步优选，所述量子点层中，针尖状结构的尖峰高度为10～60nm；优选的，尖峰高度为20nm。作为本专利技术的进一步优选，所述量子点层所采用的材料为核壳结构量子点，所述量子点层的针尖状结构是通过将量子点溶液旋涂以自组装形成的；优选的，所述核壳结构量子点具体为CdSe@ZnS量子点、ZnSe@ZnS量子点、InP@ZnSe量子点、CdS@PbS量子点、或CulnS2@ZnS量子点中的一种；其中，所述CdSe@ZnS量子点是以CdSe为核、ZnS为壳，所述ZnSe@ZnS量子点是以ZnSe为核、ZnS为壳，所述InP@ZnSe量子点是以InP为核、ZnSe为壳，所述CdS@PbS量子点是以CdS为核、PbS为壳，所述CulnS2@ZnS量子点是以CulnS2为核、ZnS为壳。作为本专利技术的进一步优选，所述功能层的厚度为10～100nm；优选的，所述功能层采用的材料为HfO1.1，所述功能层的厚度为15nm。作为本专利技术的进一步优选，所述下电极采用的材料选自：Ti、ITO、Ag、Cu、TiN；所述上电极采用的材料为惰性电极材料，优选选自：Pt、TaN、TiW、Au、W；优选的，所述下电极采用的材料为Ti，所述上电极采用的材料为Pt。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器的制备方法，其特征在于，该方法是先在洁净的基底上制备下电极，然后在所述下电极上形成功能层；接着，在所述功能层上制备量子点层；最后沉积上电极层以全部覆盖或部分覆盖所述量子点层。作为本专利技术的进一步优选，所述量子点层所采用的材料为核壳结构量子点；在所述功能层上制备量子点层，具体是：将量子点溶液旋涂在所述功能层上，通过量子点材料之间的自组装，最终形成具有针尖状结构的量子点层。作为本专利技术的进一步优选，所述量子点溶液的浓度为0.043～0.130mg/mL；旋涂分为一前一后2个阶段进行，第1个阶段所采用的转速较慢，转速为300～500rpm；第2个阶段所采用的转速较快，转速为2000～4000rpm。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器，其特征在于，自下而上包括基底、下电极层、功能层、量子点层和上电极层，其中，/n所述功能层采用的材料为HfO

【技术特征摘要】
1.一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器，其特征在于，自下而上包括基底、下电极层、功能层、量子点层和上电极层，其中，
所述功能层采用的材料为HfOx，其中1.0<x<1.8；
所述量子点层具有针尖状结构，这些针尖状结构呈分散的岛状分布在所述功能层的表面；
所述上电极层用于全部覆盖或部分覆盖所述量子点层。


2.如权利要求1所述基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器，其特征在于，所述量子点层中，针尖状结构的尖峰高度为10～60nm；优选的，尖峰高度为20nm。


3.如权利要求1所述基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器，其特征在于，所述量子点层所采用的材料为核壳结构量子点，所述量子点层的针尖状结构是通过将量子点溶液旋涂以自组装形成的；
优选的，所述核壳结构量子点具体为CdSe@ZnS量子点、ZnSe@ZnS量子点、InP@ZnSe量子点、CdS@PbS量子点、或CulnS2@ZnS量子点中的一种；其中，所述CdSe@ZnS量子点是以CdSe为核、ZnS为壳，所述ZnSe@ZnS量子点是以ZnSe为核、ZnS为壳，所述InP@ZnSe量子点是以InP为核、ZnSe为壳，所述CdS@PbS量子点是以CdS为核、PbS为壳，所述CulnS2@ZnS量子点是以CulnS2为核、ZnS为壳。


4.如权利要求1所述基于量子点调控导电细...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙华军，王涛，白娜，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42