[發明專利]一種二維材料-有機鐵磁材料超晶格存儲器單元及其制備

有效

• 申請號: 201810684211.X
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108878642B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 湯乃云;吳頔
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;H01L43/10
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種二維材料?有機鐵磁材料超晶格存儲器單元及其制備，其制備方法具體為：a)取由襯底(1)、介質層(2)和多層二維材料(31)復合而成的器件結構浸入到含有機鐵磁材料(32)的電解質溶液中；b)在多層二維材料(31)上制作三電極體系并施加負電壓，使帶正電荷的有機鐵磁材料(32)被嵌入到多層二維材料(31)中，形成超晶格(3)；c)再在超晶格(3)兩端設置金屬電極，即完成。與現有技術相比，本發明采用電化學分子插層技術開發一類二維材料和鐵磁材料相互交替的穩定超晶格材料，超晶格內鐵磁材料形成的電磁容量形成并聯狀態，提高了存儲單元的電容量和集成密度，同時具有穩定性好、操作電壓低、功耗小及成本低等特點。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其是涉及一種二維材料-有機鐵磁材料超晶格存儲器單元及其制備。

背景技術

磁性半導體材料不僅具有半導體材料的功能，同時還具備了磁性存儲的功能；可以通過操作半導體中的電子電荷和電子自旋兩個自由度進行信息的加工處理與存儲，不僅可以縮小器件體積，提高儲存密度，縮短通信時間，加快運行速度，而且可以大大減少耗能。

發明內容

本發明的目的提供一種二維材料-有機鐵磁材料超晶格存儲器單元及其制備，采用一種電化學分子插層技術，開發一類二維材料和鐵磁材料相互交替的穩定超晶格材料。超晶格內鐵磁材料形成的電磁容量是并聯狀態，提高了存儲單元的電容量和集成密度，同時具有穩定性好、操作電壓低、功耗小及成本低等特點。

二維納米材料已成為新一代高性能納米材料，是國際前沿研究的核心材料之一。以單層MoS₂為例，其電子遷移率在室溫下可以達到200cm²/Vs，開關比高達1×10⁸。同時，在獲得同樣效果的電子運動時，MoS₂比Si更輕薄。在穩定狀態下耗能比Si晶體管小十萬倍。使用MoS₂制成的存儲器件具有優異的存儲性能。同時基于二維材料具有可彎曲、易折疊的特性，因此可以實現大面積柔性集成電路所需要的柔性存儲，此外，它具有良好的機械特性、高的載流子遷移率，有利于器件電學性能的提高。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明提出了一種二維材料-有機鐵磁材料超晶格存儲器單元，至少包括襯底、生長在襯底上的介質層，復合在介質層上的超晶格，所述超晶格由多層二維材料和插入多層二維材料的各單層之間的有機鐵磁材料組成，所述超晶格的兩端分別生長有金屬電極。

進一步的，所述的襯底的材料為硅、超薄玻璃、高分子聚合物或金屬箔片等，也可以為柔性襯底。

進一步的，所述的介質層為二氧化硅，BaTiO₃，也可以為有機材料或透明塑料等柔性介質。

進一步的，所述的介質層的厚度為20-150nm。

進一步的，所述的多層二維材料為厚度1nm以上的黑磷、二硫化鎢、二硫化鉬、二碲化鉬、二硒化鎢、硒化銦、硒化錫或硫化鍺等，也可以是其他二維半導體材料，主要通過轉移或者化學氣相沉積方法覆蓋在介質層上。

進一步的，所述的有機鐵磁材料為二茂鐵型有機高分子材料、P-NPNN及其類似物、DATA或m-PDPC。

進一步的，所述的金屬電極的材料為金、銀、鋁或鈦，其厚度為10-200nm。

本發明通過將不同類型的具有各種尺寸和對稱性鐵磁材料分子插入到一系列二維材料中，可以創建一大類超晶格材料。通過改變插入的分子類型，可以實現對這些新型超晶格結構和組成的調整，從而實現各種不同性能的存儲器單元。同時，因鐵磁材料和二維材料形成的超晶格結構，處于并聯狀態，提高了存儲單元的電磁容量和集成密度，操作電壓低，功耗小。同時，由于有機鐵磁材料和二維材料具有可彎曲、易折疊的特性，實現大面積柔性集成電路所需要的柔性存儲，此外，它具有良好的機械特性、高的載流子遷移率，有利于器件電學性能的提高。