一种基于二维材料异质结的忆阻器及其制作方法技术

本发明专利技术属于电子存储器技术领域，具体提供了一种基于二维材料异质结的忆阻器及其制作方法，所述忆阻器由下往上依次由衬底、金属电极、二维材料异质结构成；器件的开关比高达103，耐久性超过600圈的循环圈数；本发明专利技术提供的基于二维材料异质结的忆阻器可用来模拟人工突触。工突触。工突触。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维材料异质结的忆阻器及其制作方法


[0001]本专利技术属于电子存储器领域，具体为一种基于二维材料异质结的忆阻器及其制作方法。

技术介绍

[0002]忆阻器是一种新型的基于电阻切换的存储器件。与传统的存储器件相比，忆阻器具有小型化，低功耗和读写能力强等特点。忆阻器通过改变外加电压来改变其自身的电阻值，可以同时进行逻辑运算和存储大量数据，此外，忆阻器跟神经元突触的工作方式类似，使其有可能成为未来制造人工大脑的基本原件，从而模拟大脑中突触功能，以二维材料为基础的忆阻器在人工突触模拟中扮演着重要的角色。因此，忆阻器在存储和神经形态计算领域具有很大应用前景。
[0003]目前，忆阻器最为常见的结构为金属材料/阻变层材料/金属材料的三明治堆叠结构。其中阻变层材料作为忆阻器件中最为关键的部分，其属性直接决定了器件的电学特性。二维材料种类众多，并拥有着丰富的物理性质，可以作为阻变层材料用来设计和制作各种性能优异的新型忆阻器件。因此，使用新型二维材料是研究新型忆阻器成功的关键要素。此外，相对于三明治垂直堆叠结构忆阻器，采用两端电极的平面结构忆阻器的制造过程相对简单。
[0004]石墨烯类的二维层状半导体对硅时代以后的下一代纳米电子器件有着巨大的应用前景。二维材料具有天然的层状结构，单层能够独立且稳定存在；传统的忆阻器通常使用常见的二维材料作为阻变层材料，常见的例如SnS、MoS2等二维材料，希望通过施加栅压或激光照射以及材料参杂等手段对忆阻器进行调控，但器件性能有待提高，虽然通过施加栅压或激光照射以及材料参杂等手段对忆阻器进行调控可以提高器件的开关比，但是却增加了器件制备的复杂度。
[0005]DOI号为“https://doi.org/10.1021/acsnano.0c03869”、主题为“In
‑
Plane FerroelectricTinMonosulfideandItsApplicationinFerroelectricAnalogSynaptic Device”的文献公开了一种基于二维材料SnS的平面结构忆阻器，器件结构为Pt/SnS/Pt，通过对忆阻器左右两电极施加源漏电压的方式可以改变器件的电阻值，开关比为20，循环圈数50圈，但是其开关比和耐久性较低。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于二维材料异质结的忆阻器，使用二维材料WO2Cl2，通过覆盖薄层六方氮化硼(hBN)进行密闭性封装,提供了一种低成本且高效率的基于二维材料异质结的忆阻器制作方法，且得到的异质结器件具有较高的开关比即高电阻与低电阻的比值与耐久性。通过对忆阻器左右两电极施加源漏电压的方式可以改变器件的电阻值，使得新型忆阻器具备高电阻态和低电阻态两种电阻状态。采用平面结构的忆阻器与垂直结构忆阻器相比制造过程成相对简单；且两端电极忆阻器可以应用于
人工突触的模拟，在类脑计算和人工智能方面有着很好的应用前景。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种基于二维材料异质结的忆阻器，所述忆阻器由下往上依次由衬底、金属电极、二维材料异质结构成，所述二维材料异质结由二维WO2Cl2薄片压制在二维六方氮化硼hBN薄片上形成。
[0009]上述基于二维材料异质结的忆阻器的制作方法，包括以下步骤：
[0010]具体制作方式包括：在洁净的衬底上制作图案化的金属电极；在真空或惰性气体氛围下将WO2Cl2块材采用机械剥离法在聚二甲基硅氧烷PDMS上制成二维WO2Cl2薄片，然后将PDMS上的二维WO2Cl2薄片压在衬底的电极上，形成二维WO2Cl2薄片/电极/衬底复合层结构；所述WO2Cl2块材由WCl6和WO3在温度梯度为280
‑
350℃下、使用化学气相输运法(CVT)制备而成；在真空或惰性气体氛围下将六方氮化硼块材采用机械剥离法在PDMS上制成二维六方氮化硼hBN薄片，然后将PDMS上的二维六方氮化硼薄片压在所述二维WO2Cl2薄片/电极/衬底复合层结构上，此时所述二维六方氮化硼薄片与所述WO2Cl2薄片形成了异质结，制备的器件为异质结/电极/衬底复合层结构；
[0011]进一步的，所述聚二甲基硅氧烷PDMS是贴附在载玻片上的。
[0012]进一步的，所述衬底优选为硅片，所述硅片是由SiO2氧化层和Si层构成，以下简称SiO2/Si。进一步的优选的，所述硅片总厚度为500
±
15μm，其中SiO2氧化层厚度为285nm。
[0013]进一步的，所述真空或惰性气体氛围可由手套箱提供，相应的在所述真空或惰性气体氛围下的操作均可在手套箱中完成。
[0014]有益效果：
[0015]首先，本专利技术公开的基于二维材料异质结的忆阻器，提出采用一种新型二维材料WO2Cl2作为阻变层材料，拓展了阻变层材料体系的选择范围，且通过覆盖薄层六方氮化硼(hBN)进行密闭性封装，六方氮化硼(hBN)由于其优异的电绝缘性、高导热性和化学稳定性以及疏水性，适合对WO2Cl2这种水氧敏感型的二维材料进行密闭性封装，大大增加了敏感二维材料的空气中存活寿命；
[0016]其次，上述二维材料异质结的忆阻器，原料易于获得，原料hBN的制备流程已经成熟，形成了产业化的发展，可由二维材料制备商提供，WO2Cl2也可以方便的进行合成，降低了器件制备成本。由于不需要材料参杂等额外手段进行器件调控，也不需要考虑垂直结构中顶电极的制备，通过构建两端电极器件，简化了器件制备的复杂度；
[0017]再次，经测试，上述二维材料异质结的忆阻器可以通过在左右两电极施加源漏电压的方式改变器件的电阻值，使得忆阻器具备高电阻态和低电阻态两种电阻状态，且忆阻器器件的开关比即高电阻与低电阻的比值高达103，器件耐久性超过600圈的循环圈数。
附图说明
[0018]图1为实施例1的器件的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术中实施例1制作的器件在光学显微镜下的照片；
[0020]图3为本专利技术中实施例1制作的器件的I
‑
V曲线；
[0021]图4为本专利技术中实施例1制作的器件的电阻
‑
循环圈数曲线。
[0022]图5为本专利技术中实施例1制作的器件的突触后电流
‑
脉冲个数曲线。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0024]实施例1：一种基于二维材料异质结的忆阻器的制作方法
[0025]步骤S1：制备WO2Cl2块材。准备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料异质结的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器由下往上依次由衬底、金属电极、二维材料异质结构成，所述二维材料异质结由二维WO2Cl2薄片压制在二维六方氮化硼hBN薄片上形成。2.一种基于二维材料异质结的忆阻器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：在洁净的衬底上制作图案化的金属电极；在真空或惰性气体氛围下将WO2Cl2块材采用机械剥离法在聚二甲基硅氧烷PDMS上制成二维WO2Cl2薄片，然后将PDMS上的二维WO2Cl2薄片压在衬底的电极上，形成二维WO2Cl2薄片/电极/衬底复合层结构；所述WO2Cl2块材由WCl6和WO3在温度梯度为280
‑
350℃下、使用化学气相输运法制备而成；在真空或惰性气体氛围下将六方氮化硼块材采用机械剥离法在PDMS上制成二维六方氮化硼hBN薄片，然后将PDMS上的二维六方氮化硼薄片压在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥清绪，邢瑜，周双，董帅，普勇，王海云，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：