[發明專利]一種含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 201710076597.1
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106876584A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 王海燕
• 申請（專利權）人: 東莞市佳乾新材料科技有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域

本發明屬于存儲器材料技術領域，具體涉及一種含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器及其制備方法。

背景技術

二維晶體是由基層單原子層堆疊而成的納米厚度的平面晶體，具有獨特的電學、光學以及磁學等特性，并有著自身獨特的結構優勢，常見的二維材料有石墨烯、硅烯、二硫化鉬以及黑磷烯等。

黑鱗是一種類似石墨的波形層狀結構晶體，原子層間通過范德華力結合，易于被剝離成單層或者少層的納米薄片，在單原子層中，每個磷原子與相鄰的三個磷原子形成具有共價鍵的褶狀蜂窩結構。黑磷烯是天然的P型半導體，價帶電子躍遷至導帶時，為豎直躍遷，電子波失不變，具有直接帶隙，并且具有明顯的各向異性，因此黑磷烯具有較高的電子遷移率，且研究表示，當二維黑鱗材料厚度小于7.5nm時，具有良好的元件切換性能，單層黑磷烯電子遷移率可達10⁴cm²/V·s，厚度為10nm的多層黑磷烯電子遷移率可達10³cm²/V·s。

目前黑磷烯的制備方法包括機械剝離法、液相剝離法和化學合成法，其中機械剝離法是通過對層狀材料施加機械力從而將其薄層分離出來的方法，該方法簡單，但是效率低，晶體尺寸控制性差；液相剝離法是將層狀材料放置到合適的有機溶劑中，利用超聲波剝離出晶體薄片的方法，該方法簡單易行，薄片的厚度可控，可批量化生產；化學合成法是目前主要的研究方向，與機械剝離法和液相剝離法相比，產物穩定質量好，成本低，效率高。中國專利CN 106348263A公開的一種穩定性多層黑磷烯及制備方法，將黑鱗粉加入乙醇中，經高速攪拌后，在氮氣氛圍下超聲波分散和超聲波空化使黑鱗剝離成黑磷烯，過濾干燥后，與乙二胺四乙酸等螯合劑、酰氯等穩定劑混合，在氮氣氛圍下低溫研磨，加入熔融的硫單質封裝，得到穩定性多層黑磷烯。隨著對黑磷烯材料的了解，黑磷烯已經逐漸在場效應晶體管、光電子器件、氣體傳感器和太陽能電池等方面有所應用，但是在存儲器方面的應用并不多見。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器及其制備方法，將含黑磷烯的石墨烯復合薄膜材料為阻變功能層，所述Al₂O₃材料為襯底，Ni/Au復合薄膜為底電極層，Ag、Cu或者Ni的薄膜為頂電極層，Al₂O₃材料為披覆層，制備得到讀寫速度快，電壓穩定的柔性阻變存儲器。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器，所述含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器從下至上依次包括襯底、底電極層、阻變功能層、頂電極層和披覆層，所述阻變功能層為含黑磷烯的石墨烯復合薄膜材料，所述襯底為Al₂O₃材料，所述底電極層為Ni/Au復合薄膜，所述頂電極層為Ag、Cu或者Ni的薄膜，所述披覆層為Al₂O₃材料。

作為上述技術方案的優選，所述含黑磷烯的石墨烯復合薄膜材料中黑磷烯以量子點或者納米片的形式存在。

本發明還提供一種的制備方法含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器，包括以下步驟：

(1)清洗Al₂O₃襯底；

(2)采用電子束蒸發技術在步驟(1)制備的襯底上沉積Ni/Au復合薄膜，得到底電極層；

(3)采用轉移法在步驟(2)制備的底電極層上轉移含黑磷烯的石墨烯復合薄膜材料，得到阻變功能層；

(4)通過光刻膠構圖工藝形成頂電極圖形，采用電子束蒸發技術在步驟(3)制備的阻變功能層上沉積Ag、Cu或者Ni的薄膜，形成頂電極層，去除光刻膠，剝離，形成存儲單元；

(5)通過光刻膠構圖工藝形成披覆層圖形，采用原子層沉積技術在步驟(4)制備的頂電極層上沉積Al₂O₃薄膜，形成披覆層，去除光刻膠，剝離，形成含黑磷烯的石墨烯柔性阻變存儲器。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，清洗Al₂O₃襯底的方法為：將Al₂O₃襯底表面乙醇棉球擦拭干凈，在體積比為3:1的硫酸與磷酸的混合溶液中煮沸，再分別用乙醇和去離子水沖洗，氮氣吹干。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，底電極層的厚度為5-500nm，優選為20-80nm，進一步優選為80nm。