一种基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的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过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器及其制备方法，属于半导体存储相关技术领域。本发明专利技术所述忆阻器自下而上依次包括底电极、忆阻功能层及顶电极，忆阻功能层位于所述顶电极及所述底电极之间。本发明专利技术所述忆阻器采用如下方法制备而成：步骤1，将ITO导电玻璃放在紫外光下UV处理作为底电极；步骤2，制备含过渡金属硫属化物纳米片和聚合物的混合液，通过转移法转移至底电极上，作为忆阻功能层；步骤3，使用掩膜板通过热蒸镀的方法镀金属顶电极。本发明专利技术操作简单成本不高，并且环保灵活，对实验仪器要求不高。另外，将基板换为涂有ITO的PET基材(用具有氧化铟锡涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为底部电极时，可以制成柔性忆阻器。制成柔性忆阻器。制成柔性忆阻器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体存储相关
，具体涉及一种基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来忆阻器因其高速、低功耗、易集成、结构简单等原因成为非易失性存储、逻辑运算以及类脑神经形态计算等方面的研究热点。过渡金属硫化物具有电学，光学，化学，以及热力学等广泛的优良特性，二维的过渡金属硫属化物(TMDCs)的特性是石墨烯的补充扩展和丰富，其中MoS2作为类石墨烯的半导体材料，其具有独特的电学和光学特性，并且有良好的柔韧性。另一方面，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚环氧乙烷(PEO)等几种聚合物因其介电特性、结构灵活性、溶液可加工性、粘附性和3D堆叠能力而被探索用于柔性忆阻器。
[0003]目前阻变式存储器(RRAM)面临的主要的关键性挑战为：保持力、ON/OFF比和工作电压。挑战有如何制作低成本、可扩展性的忆阻器。单个功能层材料因为自身的物理限制，性能并不理想，混合层和多层结构可能优于单个传统器件。因此，如何探究出一种在解决关键性挑战的基础上的低成本、操作简单、结构灵活性高以及性能良好的忆阻器仍是目前的一个关注点。
[0004]有机聚合物因为其易吸收水分和空气环境的敏感性，单独作为忆阻器的功能层做成的器件很难拥有稳定的RS性。TMDCs作为忆阻器功能层时，一般情况下主导的阻变机制是ECM机制，即导电通道的形成与断裂。而TMDCs作为功能层时还会提供硫空位，当硫空位过多时，TMDCs的半导体性质会主导整个阻变过程，导致忆阻器的存储窗口劣化。
[0005]基于上述理由，提出本申请。

技术实现思路

[0006]基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器及其制备方法，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。
[0007]为了实现本专利技术的上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器，所述忆阻器从下至上依次包括衬底、底电极、忆阻功能层和顶电极，其中：所述忆阻功能层由过渡金属硫属化物和聚合物材料制备而成。
[0009]进一步地，上述技术方案，所述忆阻器在忆阻功能层和顶电极之间还设置有氧化物层。
[0010]优选地，上述技术方案，所述氧化物层采用的氧化物为氧化锌、氧化镍或氧化锰等中的任一种。本专利技术在忆阻器的忆阻功能层上叠加一层氧化物层，可增大器件的开关比，优
化器件性能。
[0011]优选地，上述技术方案，所述氧化物层的厚度为50～500nm。
[0012]进一步地，上述技术方案，所述衬底为硬质衬底或柔性衬底；其中：所述硬质衬底可以为玻璃、Si、蓝宝石等中的任一种；所述柔性衬底可以为PET、PC、PP等中的任一种。
[0013]进一步地，上述技术方案，当所述衬底为硬质衬底时，所述底电极材料可以为ITO、FTO、AZO、Au、Pt、Pd、Ti、Al等中的任一种；当所述衬底为柔性衬底时，所述底电极为在衬底上镀的一层导电层或石墨烯。
[0014]进一步地，上述技术方案，所述底电极厚度为10～500nm，例如可以为50～400nm，优选为10～300nm。
[0015]进一步地，上述技术方案，所述忆阻功能层的厚度为50nm～250nm。
[0016]进一步地，上述技术方案，所述过渡金属硫属化物的基本化学式可写作MX2，其中M代表过渡金属元素，包含Ti、V、Ta、Mo、W、Re等中的任意一种，X代表硫属元素原子，包含S、Se、Te等中的任意一种。
[0017]进一步地，上述技术方案，所述聚合物材料为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚环氧乙烷(PEO)等中的任一种。
[0018]进一步地，上述技术方案，所述忆阻功能层采用下述方法制备而成，步骤如下：将含过渡金属硫属化物纳米片的悬浊液和聚合物溶液按照一定的比例混合，然后将所得混合液旋涂至底电极上，再退火，干燥即可。
[0019]优选地，上述技术方案，所述含过渡金属硫属化物纳米片的悬浊液是采用液相剥离法制备而成的。
[0020]优选地，上述技术方案，所述含过渡金属硫属化物纳米片的悬浊液的浓度为0.5～2mg ml
‑1。
[0021]优选地，上述技术方案，所述聚合物溶液的浓度为0.341～1.362mol/L。
[0022]优选地，上述技术方案，所述聚合物溶液是在加热搅拌条件下制得的，其中：所述加热搅拌的温度为60～96℃。
[0023]优选地，上述技术方案，所述含有过渡金属硫属化合物纳米片的悬浊液与聚合物溶液的体积比为4:1～1:1。
[0024]优选地，上述技术方案，所述旋涂采用的具体工艺如下：先用200～500r/min的转速旋转10～15s，然后利用2500～3500r/min的转速旋转30～40s。
[0025]优选地，上述技术方案，所述退火采用的工艺如下：在空气中的退火温度为150～200℃，退火的时间为1～3h。
[0026]优选地，上述技术方案，所述干燥采用的工艺如下：在干燥箱中干燥温度为60～80℃，干燥时间为4～8h。
[0027]进一步地，上述技术方案，所述顶电极材料优选为Ag。
[0028]进一步地，上述技术方案，所述顶电极的厚度为50～100nm。
[0029]本专利技术的第二个目的在于提供上述所述基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器的制备方法：当所述忆阻器从下至上依次包括衬底、底电极、忆阻功能层和顶电极时，所述制备方法具体包括如下步骤：
[0030]步骤1，采用溅射或蒸镀工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；
[0031]步骤2，制备含过渡金属硫属化物纳米片和聚合物的混合液，通过旋涂法旋涂至底电极上，退火，干燥后获得忆阻功能层；
[0032]步骤3，采用溅射或蒸镀工艺在忆阻功能层上沉积一层金属层作为顶电极，最终得到基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器。
[0033]当所述忆阻器从下至上依次包括衬底、底电极、忆阻功能层、氧化层和顶电极时，所述制备方法具体包括如下步骤：
[0034]步骤11，采用溅射或蒸镀工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；
[0035]步骤12，制备含过渡金属硫属化物纳米片和聚合物的混合液，通过旋涂法旋涂至底电极上，退火干燥后获得忆阻功能层；然后通过溅射的方式在忆阻功能层上溅射一层氧化物；
[0036]步骤13，采用溅射或蒸镀工艺在氧化物层上沉积一层金属层作为顶电极，最终得到基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器。
[0037]总体而言，本专利技术的优势在于：
[0038](1)本专利技术解决了TMDCs和有机聚合物单独作为忆阻功能层时面临的问题，即TMDCs材料会提供过多的空位，和ECM机制竞争，使得存储窗口劣化；有机聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过渡金属硫属化物和有机聚合物的忆阻器，其特征在于：所述忆阻器从下至上依次包括衬底、底电极、忆阻功能层和顶电极，其中：所述忆阻功能层由过渡金属硫属化物和聚合物材料制备而成。2.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述忆阻器在忆阻功能层和顶电极之间还设置有氧化物层。3.根据权利要求2所述的忆阻器，其特征在于：所述氧化物层采用的氧化物为氧化锌、氧化镍或氧化锰中的任一种。4.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述忆阻功能层的厚度为50nm～250nm。5.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述过渡金属硫属化物的基本化学式写作MX2，其中M代表过渡金属元素，包含Ti、V、Ta、Mo、W、Re中的任意一种，X代表硫属元素原子，包含S、Se、Te中的任意一种。6.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述聚合物材料为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚环氧乙烷中的任一种。7.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：万厚钊，胡婷，陶野，王浩，吕琳，马国坤，张军，沈谅平，汪汉斌，
申请(专利权)人：湖北江城实验室，
类型：发明
国别省市：