一种基于二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层的忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于二氧化钛/氧化锡/二维易氧化薄层的忆阻器及其制备方法，其包括，选用机械剥离法将二维易氧化薄层转移至基底上；在二维易氧化薄层的两端沉积第一电极和第二电极；在空气中加热基底，二维易氧化薄层的表面形成具有稳定的阻变行为的氧化物薄层；在氧化物薄层上沉积金属Ti薄层；在空气中加热基底，金属Ti薄层氧化形成TiO2薄层；在TiO2薄层上沉积第三电极。该忆阻器结合了氧化物薄层表现出的稳定的阻变行为特点，结合利用二氧化钛与氧化物薄层中氧空位浓度的不同的特点，忆阻行为表现出具有空间电场方向依赖性，呈现出了低功耗、高电阻比、高稳定性和易制备的优点。高稳定性和易制备的优点。高稳定性和易制备的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层的忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及第四种无源基本元件器件领域，尤其涉及一种基于二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层的忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统电路理论中的三种无源基本元件可以由电流、电压、电荷和磁通量四种基本变量之间的代数关系推演出来。二十世纪末，第四种遗失的无源基本电路元件被提出，表征电荷和磁通量之间的关系，并将其命名为忆阻器。钛具有极易被氧化的特点氧化形成二氧化钛，惠普实验室于2008年发现二氧化钛在电压扫描过程中出现的捏滞回线就是忆阻现象，并构建了器件的忆阻模型。然而二氧化钛高阻状态所存在的电流依然较大，并不能实现极高的集成度，出现高功耗问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的首要目的是提供一种二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层的忆阻器及其制备方法，该忆阻器选用具有高掺杂率和高迁移率的二维易氧化薄层(例如是二维单晶SnSe2薄层或者二维BP薄层)，其在空气中加热形成具有稳定的阻变行为的氧化物薄层(例如是SnO2薄层或PO
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薄层)，二维易氧化薄层与其氧化物薄层和二氧化钛构建异质结，其结合了氧化物薄层表现出的稳定的阻变行为特点，结合利用二氧化钛与氧化物薄层中氧空位浓度的不同的特点，忆阻行为表现出具有空间电场方向依赖性，呈现出了低功耗、高电阻比、高稳定性和易制备的优点。
[0004]本专利技术提供了一种简单、易制备的方法，该制备方法选用机械剥离工艺获得二维易氧化薄层，利用二维易氧化薄层在空气中加热获得具有稳定的阻变行为的氧化物薄层，在氧化物薄层上沉积Ti薄层，利用Ti薄层在空气中加热可得薄层TiO2，形成具有二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层异质结的忆阻器。该制备方法简单、技术成熟、设备易得、成本低廉、可操作性强。
[0005]本专利技术提供一种基于二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层的忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
[0006]选用机械剥离法，将二维易氧化薄层转移至基底上；
[0007]在所述二维易氧化薄层的两端沉积第一电极和第二电极；
[0008]在空气中加热所述基底，所述二维易氧化薄层的表面形成具有稳定的阻变行为的氧化物薄层；
[0009]在所述氧化物薄层上沉积金属Ti薄层；
[0010]在空气中加热所述基底，所述金属Ti薄层氧化形成TiO2薄层；
[0011]在所述TiO2薄层上沉积第三电极。
[0012]进一步地，所述二维易氧化薄层选用厚度为20～40nm的SnSe2薄层或厚度为10～
20nm的BP薄层。
[0013]进一步地，所述选用机械剥离法，将二维易氧化薄层转移至基底上的步骤中，使用胶带粘着二维易氧化薄层得到粘着有二维易氧化薄层的胶带，使用PDMS粘着具有所述二维易氧化薄层的胶带得到二维易氧化薄层/PDMS，将粘着有二维易氧化薄层一面的PDMS覆盖于基底的表面，利用材料对基底和PDMS粘附性的不同，掀起PDMS得到转移至所述基底表面的二维易氧化薄层。此剥离方法所得到的二维易氧化薄层(例如是SnSe2薄层)，相对于二维易氧化薄层胶带(如SnSe2单晶胶带)直接剥离于基底所得到的二维易氧化薄层(如SnSe2薄层)更大更均匀，残胶更少。
[0014]进一步地，所述二维易氧化薄层选用SnSe2薄层时，将所述基底放置于空气中加热，加热温度为100℃～200℃，加热时长为0.5～3小时，获得1～10nm厚度的薄层SnO2；通过此方法可以更简易得到薄层SnO2，免去了复杂的化学调配合成SnO2薄层，该方法采用较低的加热温度，减少了复杂的工艺制备SnO2薄层。
[0015]所述二维易氧化薄层选用BP薄层时，将所述基底放置于空气中加热，加热温度为60℃～150℃，加热时长为0.5～3小时，获得1～10nm厚度的薄层PO
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。
[0016]进一步地，沉积金属Ti薄层和形成TiO2薄层的步骤包括，选用电子束蒸发工艺，在氧化物薄层上沉积8～10nm Ti薄层，沉积速率为0.01～0.02nm/s，在空气中加热所述基底，设置加热温度为100℃～150℃，加热时间为0.5～2小时，获得8～10nm薄层TiO2。
[0017]进一步地，在所述二维易氧化薄层的两端沉积第一电极和第二电极的步骤包括，在所述二维易氧化薄层的两端沉积Cr/Au金属层，Cr层厚度为8～10nm，Au层厚度为40～60nm，随后在氩气中退火，退火温度为100～150℃，退火时间为20～40min。
[0018]进一步地，在所述TiO2薄层上沉积第三电极的步骤包括，在所述TiO2薄层上沉积Cr/Au金属层，Cr层厚度为8～10nm，Au层厚度为40～60nm，随后在氩气中退火，退火温度为100～200℃，退火时间为20～60min。
[0019]本专利技术还提供了一种基于二氧化钛/氧化物/二硒化锡的忆阻器，包括，基底；位于基底上的二维易氧化薄层；所述二维易氧化薄层的两端设置有第一电极和第二电极；位于所述二维易氧化薄层上的氧化物薄层；位于所述氧化物薄层上的TiO2薄层；位于所述TiO2薄层上的第三电极；其中，所述氧化物薄层经所述二维易氧化薄层在空气中加热获得，其具有稳定的阻变行为。
[0020]进一步地，所述二维易氧化薄层选用厚度为20～40nm的单晶SnSe2薄层，对应的所述氧化物薄层是厚度为1～10nm的SnO2薄层；
[0021]所述二维易氧化薄层选用厚度为10～20nm的BP薄层，对应的所述氧化物薄层是厚度为1～10nm的PO
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薄层。
[0022]进一步地，所述TiO2薄层的厚度为8～10nm；所述基底选用SiO2/Si基底。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0024]本专利技术通过选用具有层状二维结构薄膜、高掺杂率、高迁移率、易剥离等优势的二维易氧化薄层，于空气中加热氧化出氧化物薄层，在空气中加热Ti薄层得到TiO2薄层，构建二氧化钛/氧化物/二维易氧化薄层的三层异质结，形成了阻值可变的忆阻器，二维易氧化薄层例如选用薄层SnSe2或薄层BP，其氧化获得的SnO2薄层或者PO
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薄层和TiO2薄层中含有不同浓度的氧空位，氧空位可由电场的引导下进行分离或堆积，具有阻值可变的行为，使得
该忆阻器可以得到更高的阻态，更低的功耗，更快的阻值变化速度。
[0025]本专利技术制备获得的忆阻器具有忆阻行为，在一实施例中，该忆阻器的设置电压
‑
0.7～
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0.2V，恢复电压为0.2～0.7V，该设置电压为电阻下降为低电阻对应的范围，恢复电压为电阻恢复高电阻对应的电压范围，其中高低电阻比值约为103，本专利技术的忆阻器具有低功耗、高稳定性、易制备等特点，有利于推动忆阻器及存储器等领域的进一步发展应用。
附图说明
[0026]图1本专利技术一实施例SnSe2/SnO2/TiO2忆阻器的器件示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化钛/氧化锡/二维易氧化薄层的忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选用机械剥离法，将二维易氧化薄层转移至基底上；在所述二维易氧化薄层的两端沉积第一电极和第二电极；在空气中加热所述基底，所述二维易氧化薄层的表面形成具有稳定的阻变行为的氧化物薄层；在所述氧化物薄层上沉积金属Ti薄层；在空气中加热所述基底，所述金属Ti薄层氧化形成TiO2薄层；在所述TiO2薄层上沉积第三电极。2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述二维易氧化薄层选用厚度为20～40nm的SnSe2薄层或厚度为10～20nm的BP薄层。3.根据权利要求1或2的所述制备方法，其特征在于，所述选用机械剥离法，将二维易氧化薄层转移至基底上的步骤中，使用胶带粘着二维易氧化薄层得到粘着有二维易氧化薄层的胶带，使用PDMS粘着具有所述二维易氧化薄层的胶带得到二维易氧化薄层/PDMS，将粘着有二维易氧化薄层一面的PDMS覆盖于基底的表面，掀起PDMS得到转移至所述基底表面的二维易氧化薄层。4.根据权利要求2的所述制备方法，其特征在于，所述二维易氧化薄层选用SnSe2薄层时，将所述基底放置于空气中加热，加热温度为100℃～200℃，加热时长为0.5～3小时，获得1～10nm厚度的薄层SnO2；所述二维易氧化薄层选用BP薄层时，将所述基底放置于空气中加热，加热温度为60℃～150℃，加热时长为0.5～3小时，获得1～10nm厚度的薄层PO
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。5.根据权利要求1、2或4的所述制备方法，其特征在于，沉积金属Ti薄层和形成TiO2薄层的步骤包括，选用电子束蒸发工艺，在氧化物薄层上沉积8～10nm Ti薄层，在空气中加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍能杰，潘志东，李京波，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：