一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法技术

本发明专利技术提供一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法，所述制备方法所加工的器件结构从下到上依次为衬底、底电极、阻变层、有机材料薄膜和顶电极。该忆阻器能够在较小的电压刺激下实现开启状态，表现出良好的循环性能和保持特性，同时具有制备简单、灵敏度高、高低阻态稳定性好以及成本低等优点，非常适合工业化生产。业化生产。业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法，该忆阻器能够在较小的电压刺激下实现开启状态，表现出良好的循环性能和保持特性，同时具有制备简单、灵敏度高、高低阻态稳定性好以及成本低等优点，非常适合工业化生产。

技术介绍

[0002]随着人工智能时代的到来，巨大数据的处理和存储要求芯片具有更高的运算速度和更低的能耗。忆阻器可将信息存储和逻辑运算整合，是后摩尔时代突破传统冯
·
诺依曼计算架构的关键突破技术，可满足高密度信息存储和高性能计算的要求。
[0003]忆阻器是一种新型纳米器件，其阻值与流经的电荷相关且具有非易失性，同时基于忆阻器的随机存储器的集成度、功耗以及读写速度都要比传统的随机存储器优越。凭借高密度、低延迟、非易失性等特性，忆阻器的运用涵盖信息存储、混沌电路、人工神经网络等众多方向，并由此实现视觉、触觉、嗅觉、语音识别等人工智能感知功能。
[0004]忆阻器具有典型的“顶电极/阻变层/底电极”三明治结构，其阻变层位于两端电极之间。本质上，忆阻器的电阻切变过程就是阻变层材料在电场作用下发生物理或化学变化，最终导致其电阻变化的过程。不同的阻变材料在电场作用下的物理或化学变化过程存在一定差异，这必将导致忆阻器阻变特性的差异。因此，阻变层材料的特性将直接影响器件的电学特性、稳定性以及应用表现。
[0005]本专利技术中，我们首次提出一种二维材料与有机材料薄膜相结合的新型忆阻器器件，在本专利技术中，顶层的有机材料具有可以调控导电细丝结构生长，防止阻变层的氧化等功能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：提出一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法。技术关键点为采用钙钛矿、hBN、MoS2、WSe2、WS2、SnSe2、GeS等二维材料叠加有机材料薄膜制备，忆阻器件具有开启电压小、灵敏度高、高低阻态更加稳定，薄膜之间应力较小的优点；同时该忆阻器的制备方法简单，且与传统的CMOS工艺兼容，可用于大批量商业化制作新型忆阻器件，进而解决现有忆阻器件稳定性不足和制备复杂的问题。
[0007]为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法，其制备的器件结构从下到上依次为衬底、金属底电极或氧化物底电极、阻变层、有机材料薄膜、顶电极；所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)对衬底进行清洗；
[0010](2)衬底上沉积金属或者氧化物电极。
[0011](3)在电极上进一步制备阻变层。
[0012](4)进一步在阻变层上转移或者旋涂一层有机薄膜。
[0013](5)进一步在有机材料薄膜上制备顶电极。
[0014]优选地，步骤(1)所述的器件结构衬底材料为玻璃/ITO，玻璃/FTO，Si/SiO2等。
[0015]优选地，Si/SiO2衬底为Si为P型或者N型，厚度在200
‑
600um，SiO2厚度200
‑
500nm。
[0016]优选地，玻璃/ITO衬底为玻璃，厚度0.7
‑
2.5mm，ITO膜的厚度100nm
‑
1um，玻璃/FTO衬底为玻璃，厚度0.7
‑
2.5mm，FTO膜的厚度100nm
‑
1um，
[0017]优选地，玻璃/ITO，玻璃/FTO衬底清洗步骤如下：
[0018]步骤(A)：使用少量洗洁精溶于水，在超声中放置10
‑
30min。
[0019]步骤(B)：衬底放置在去离子水中超声10
‑
20min。
[0020]步骤(C)：衬底放置酒精中超声10
‑
30min。
[0021]步骤(D)：衬底放置在去离子水中超声10
‑
20min。
[0022]步骤(E)：重复步骤C和步骤D各一遍。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，优选地，步骤(2)所述的器件结构中金属底电极Pt，Au等金属，电极的厚度为10
‑
200nm。
[0024]作为本专利技术优选的技术方案，优选地，步骤(3)所述的器件结构中阻变层为钙钛矿，hBN、MoS2、WSe2、WS2、SnSe2、GeS等二维材料。
[0025]作为本专利技术优选的技术方案，优选地，阻变层材料若选取为钙钛矿，主要通过旋涂的方法完成，材料包含s
0.15
(FA
0.83
MA
0.17
)
0.85
Pb(I
0.8
Br
0.2
)3、CsPbI3、CsPbBr3、Cs3Bi2I9、CsSnI3、MAPbBr3、MAPbI3、Cs
0.05
(FA
0.79
MA
0.21
)
0.95
Pb(I
0.79
Br
0.21
)3Cs2Ag BiBr6等。
[0026]优选地，所述的钙钛矿材料旋涂条件为2000
‑
4000rpm。旋涂时间10
‑
40s。Pt，Au等金属电极的厚度为10
‑
200nm。
[0027]优选地，阻变层材料还可为hBN、MoS2、WSe2、WS2、SnSe2、GeS等二维材料主要通过CVD或者湿法转移的方法制备。
[0028]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(4)所述的器件结构中有机材料薄膜为PMMA、COF、MOF等有机薄膜材料。优选地，PMMA主要通过旋涂法制备，浓度为2～10mgmL
‑1；COF材料主要通过化学合成方法，通过在二氯甲烷
‑
水界
[0029]面处聚合反应得到COF薄层，其合成单体为1,3,5
‑
三甲酰基间苯三酚(Tp)等醛类单体和对苯二胺(Pa)等胺类单体。合成时间1
‑
72h，温度范围22
‑
200℃。可使用Sc(OTf)3和醋酸等作为催化剂，限制界面处的聚合反应，从而在有机
‑
水界面处合成薄层，制备好的COF材料通过转移的方法转移到阻变层材料上。优选地，所述的COF材料，其厚度范围为30
‑
300nm。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0030]作为本专利技术优选的技术方案，优选地，步骤(5)所述的器件结构中顶电极为Ag、Cu、Zn、Al、Ti等，厚度为20
‑
150nm。
[0031](1)本申请一种新型二维材料忆阻器及其制备方法。该忆阻器能够实现在较小的电压刺激下打开，降低功耗。
[0032](2)本申请中忆阻器结构中的有机薄膜可以有效实现忆阻器导电细丝的控制以及界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型二维材料与有机薄膜混合忆阻器的制备方法，其制备的器件结构从下到上依次为衬底、金属底电极或氧化物底电极、阻变层、有机材料薄膜和顶电极。所述制备方法包括以下步骤：(1)对衬底进行清洗；(2)衬底上沉积金属或氧化物电极；(3)在电极上进一步制备阻变层；(4)进一步在阻变层上转移或者旋涂一层有机薄膜；(5)进一步在有机材料薄膜上制备顶电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的器件结构衬底材料为玻璃/ITO、玻璃/FTO、Si/SiO2等。优选地，Si/SiO2衬底为P型或者N型Si，厚度在200
‑
600μm，SiO2厚度200
‑
500nm。优选地，玻璃/ITO衬底为玻璃，厚度0.7
‑
2.5mm，ITO膜的厚度100nm
‑
1μm，玻璃/FTO衬底为玻璃，厚度0.7
‑
2.5mm，FTO膜的厚度100nm
‑
1μm，优选地，玻璃/ITO，玻璃/FTO衬底清洗步骤如下：步骤(A)：使用少量洗洁精溶于水、超声、10
‑
30min。步骤(B)：衬底放置在去离子水中超声10
‑
20min。步骤(C)：衬底放置酒精中超声10
‑
30min。步骤(D)：衬底放置在去离子水中超声10
‑
20min。步骤(E)：重复步骤C和步骤D各一遍。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的器件结构中金属底电极为Pt、Au等金属，电极的厚度为10
‑
200nm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的器件结构中阻变层为钙钛矿、hBN、MoS2、WSe2、WS2、SnSe2、GeS等二维材料。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的器件结构中有机薄膜为PMMA、COF、MOF等有机材料。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的器件结构中顶电极为Ag、Cu、Zn、Al、Ti等，厚度为20
‑
15...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓琴，鲁佳文，肖安康，朱鹏，杨赢，何庆，顾泓，
申请(专利权)人：材料科学姑苏实验室，
类型：发明
国别省市：