一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法，选择衬底，并在其上沉积导电薄膜作为底电极；在底电极上进行氧化物纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿成膜，作为阻变器件的存储层；在阻变存储层上沉积导电薄膜作为顶电极。本发明专利技术方法制备的基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器，结构简单，具有较高的稳定性，材料来源广泛，具有成本低，制备工艺简单的优点，有利用规模化应用，具有良好的市场应用前景。市场应用前景。市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术属于非易失性存储器
，具体涉及一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]忆阻器，由于其具有结构简单、存储密度高、读写速度快、低功耗和易于集成等优点，被认为是最具有潜力的下一代非易失性存储器。目前，很多材料都被用来作为阻变存储层来构建忆阻器，研究其在阻变性能并探究其物理机制，这些材料包括金属氧化物、钙钛矿以及有机材料等。
[0003]近年来，有机无机卤化物钙钛矿由于其优异的物理特性，包括很高的离子迁移率、能带宽度易调节等优点，在电子器件领域成为了研究的热点。以有机无机卤化物钙钛矿作为阻变存储材料，构建的阻变器件也呈现出优异的特性，比如具有制备流程简单，具有多态和较高的开关比等特性。但是由于有机基团的存在，其对于水分子和温度敏感度高，在较高的湿度和温度环境下，器件的性能会大大降低。因此，寻找高稳定性的卤化物钙钛矿或者对其改性提高稳定性具有深远的研究价值。
[0004]为了解决稳定性问题，最近各向异性的二维有机无机卤化物钙钛矿吸引了研究者的注意力。二维有机无机卤化物钙钛矿具有电学特性易调节、低功耗和易制备异质结等特点。相对于三维有机无机卤化物钙钛矿，由于层层之间存在疏水有机分子的存在，二维结构的稳定性得到了大幅度的提高，因此作为阻变材料构建的忆阻器的稳定性得到大幅提高。例如二维有机无机卤化物钙钛矿PEA2PbBr4的具有比较高的稳定性。但是同时由于各项异性，层层之间输运性能变的很差，同时在电压电流的滞回现象被抑制，而这正是实现阻变特性需要的特性。因此，对二维有机无机卤化物钙钛矿PEA2PbBr4的输运特性改性，是实现其在阻变领域应用的关键因素之一。
[0005]但是目前而言，利用溶液方法制备改性的二维有机无机卤化物钙钛矿PEA2PbBr4来构建忆阻器未有报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法，利用氧化物纳米颗粒对二维有机无机卤化物钙钛矿PEA2PbBr4进行改性，并在衬底上成膜制备忆阻器，通过控制限制电流的方式实现器件的多态特性，在非易失性存储器领域具有广阔的应用前景。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，采用溅射或沉积工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；将纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿混合后溶解于过量的二甲基亚砜溶液中，经水浴超声处理获得沉积阻变薄膜的先驱溶液；使用先驱溶液在底电极上进行氧化物纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿成膜，作为存储层；采用溅射工艺
在存储层上沉积导电薄膜作为顶电极，制备得到基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器。
[0009]具体的，衬底为导电玻璃或者硅片。
[0010]具体的，纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿的质量比为(1～50)：100。
[0011]具体的，水浴超声处理的时间为10～60分钟。
[0012]具体的，以500～3000rpm的转速将先驱溶液旋涂于底电极上，旋涂时间为30～90s；然后在高纯氩气环境下进行退火处理，经自然冷却后得到存储层。
[0013]进一步的，在旋涂最后5～15s加入氯苯作为反溶剂。
[0014]进一步的，退火处理的温度为100～200℃，时间为10～50分钟。
[0015]具体的，溅射工艺采用的圆形掩模版的直径为20～200μm。
[0016]本专利技术的另一技术方案是，一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器，从下至上依次包括衬底、底电极、氧化物纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜和顶电极。
[0017]具体的，底电极的厚度为80～200纳米，顶电极的厚度为50～300纳米。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0019]本专利技术一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器制备方法，目前有机无机卤化物钙钛矿具有优异的物理特性，是制备阻变器件的理想材料之一。但是其内在的不稳定性，限制了其应用前景；虽然二维的有机无机卤化物钙钛矿具有较高的稳定性，但是其输运特性受到抑制。因此，本专利技术利用氧化物纳米颗粒对二维有机无机卤化物钙钛矿PEA2PbBr4进行掺杂改性，以此为阻变层构建阻变器件，获得优异输运特性的阻变器件。
[0020]进一步的，选择导电玻璃为衬底，可以实现制备透明器件，为光调节提供可能性；而选择硅片为衬底，与目前COMS工艺兼容，可以利用主流芯片设备实现规模化制备，有助于规模化生产。
[0021]进一步的，通过控制氧化物纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿的质量比，可以综合氧化物纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿的优点；过多的氧化物纳米颗粒制备的器件，由于过多晶界，缺陷过多，器件的稳定性差；而过少的氧化物纳米颗粒，制备的阻变器件的性能差，无法实现有效的信息存储。
[0022]进一步的，通过水浴超声，可以使得氧化物纳米颗粒与二维有机无机卤化物钙钛矿充分的混合，当达到一定的时间可以实现均匀性好的溶液。
[0023]进一步的，通过适当旋涂处理转速，可以获得均匀性好的薄膜，过低的转速应该薄膜的表面平整性，过快的旋涂处理转速会导致薄膜无法沉积；退火可以提高薄膜的晶体质量。
[0024]进一步的，通过反溶剂，可以快速的沉积成膜，与强溶剂二甲基亚砜溶液进行中和，获得阻变薄膜层，选择氯苯作为反溶剂，氯苯来源广泛，具有成本低。
[0025]进一步的，通过控制退火的温度和时间。退火的条件设置非常关键，温度低于100℃，对薄膜的晶体质量提高没有影响，温度过低会导致钙钛矿分解；同样退火时间低于10分钟，对薄膜的晶体质量提高没有影响，时间过长效果不明显。
[0026]进一步的，选择一定直径的掩模版来制备顶电极，较小的直径有利用制备更高密度的器件；但是过小的话，会影响器件的稳定性。
[0027]本专利技术一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器，具有结构简单，容易规模化生产制备，具有良好的市场应用前景。
[0028]进一步的，沉积一定厚度顶电极和底电极，实现更好的稳定性，电极的厚度小的话，容易导致器件被击穿，器件损害；过厚则导致器件和阻变层的附着力变差。
[0029]综上所述，本专利技术方法制备的基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器，结构简单，具有较高的稳定性，材料来源广泛，具有成本低，制备工艺简单的优点，有利用规模化应用，具有良好的市场应用前景。
[0030]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施1的基于TiO2纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施1制备的TiO2纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿PEA2PbBr4薄膜矿阻变存储层XRD图片；
[0033]图3为本专利技术实施1制备的基于T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，采用溅射或沉积工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；将纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿混合后溶解于过量的二甲基亚砜溶液中，经水浴超声处理获得沉积阻变薄膜的先驱溶液；使用先驱溶液在底电极上进行氧化物纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿成膜，作为存储层；采用溅射工艺在存储层上沉积导电薄膜作为顶电极，制备得到基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器。2.根据权利要求1所述基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，衬底为导电玻璃或者硅片。3.根据权利要求1所述基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿的质量比为(1～50)：100。4.根据权利要求1所述基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，水浴超声处理的时间为10～60分钟。5.根据权利要求1所述基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红军，张韩宇，朱媛媛，魏红，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：