[發明專利]基于層狀α-MoO3納米片的夾層結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201910604069.8
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110364622A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 何軍;王俊俊;王峰
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;B82Y10/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 錢云

本發明提供一種基于層狀α?MoO₃納米片的夾層結構及其制備方法，所述夾層結構包括層狀α?MoO₃納米片、頂電極和底電極，其中層狀α?MoO₃納米片為夾芯層，頂電極和底電極分別位于層狀α?MoO₃納米片的上下兩側；層狀α?MoO₃納米片、頂電極和底電極有重疊的區域，且頂電極和底電極不直接接觸。本發明用寬帶隙的二維結構的α?MoO₃納米片作為阻變開關活性層，并與頂電極和底電極構成夾層結構，使該結構化學性質穩定，將其用于阻變存儲器件中，表現出超大的存儲窗口和穩定的耐受性。本發明的制備方法具有成本低、工藝簡單、合成速度快等優點。

技術領域

本發明涉及無機半導體納米材料技術領域，尤其涉及一種基于層狀α-MoO₃納米片的夾層結構及其制備方法。

背景技術

二維層狀材料由于其特殊的結構、新的性能和巨大的潛在市場，近年來在材料研究領域得到了廣泛的關注。研究表明，它們在基本和應用電子方向的研究已經成為了關鍵目標領域之一。例如，二維層狀材料已經被用來制備各種各樣的電子器件，例如結晶體管、隧穿晶體管和場效應晶體管。

最近，它們還被考慮作為最有前景的候選材料制備電阻式隨機存取存儲器(RRAM)，簡稱阻變存儲器。在二維層狀材料基的阻變存儲器中，石墨烯主要被用作電極或者是可以阻止活性離子擴散和限制導電細絲數量的界面層(處于電極和電阻開關層之間)。除了石墨烯之外，其他的二維層狀材料也已經被用作活性層制備RRAM了，如過渡金屬硫化物(TMDs)、六方氮化硼和黑磷。與傳統的金屬氧化物(HfO_x，ZrO_x，AlO_x等)基的RRAM相比，二維層狀材料基RRAM表現出很多優勢。一方面，二維層狀材料固有的層狀晶體結構產生了尖銳的界面，可以防止過大的漏出，并提供穩定的現象。例如，耐高溫(高達340℃)和耐機械彎曲(超過1000次)已經在一個MoS₂基的魯棒性RRAM器件中得到了證明。另一方面，二維層狀材料的超薄厚度可以降低RRAM的工作電壓。例如，基于單層TMDs的RRAM顯示相對低的工作電壓(＜1V)，暗示了在神經突觸和人工智能中的應用前景。

然而，基于二維層狀材料的RRAM也存在一些問題，這些問題可能會嚴重阻礙它們的實際應用和發展。首先，由于一些二維層狀材料在環境中的敏感性甚至性質退化，RRAM的存儲性能將會很容易受到周圍環境的不可控制的影響。因此，相應的保護策略方面的研究是亟待需要的。而且，一些TMDs基的RRAM只能通過外來引入氧缺陷來實現阻變行為，例如MoS_2-xO_x基魯棒性RRAM和MoS₂-MoO_x異質結非易失性存儲器，這樣一來就增加了器件制備的復雜性和性能的不可控性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于層狀α-MoO₃納米片的夾層結構及其制備方法。

第一方面，本發明提供一種基于層狀α-MoO₃納米片的夾層結構，包括層狀α-MoO₃納米片、頂電極和底電極，其中所述層狀α-MoO₃納米片為夾芯層，所述頂電極和所述底電極分別位于所述層狀α-MoO₃納米片的上下兩側；所述層狀α-MoO₃納米片、所述頂電極和所述底電極有重疊的區域，且所述頂電極和所述底電極不直接接觸。

上述技術方案中，用寬帶隙(E_g＝2.9eV)的具有二維結構的α-MoO₃納米片作為阻變開關活性層，與頂電極和底電極構成夾層結構，該結構化學性質穩定。將這樣高質量的夾層結構用于阻變存儲器件中，使得阻變存儲器件具有非常好的存儲性能，表現出超大的存儲窗口和穩定的耐受性。