[發明專利]一種二維材料異質結的憶阻器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910779092.0
• 申請日: 2019-08-22
• 公開（公告）號: CN110518117A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 熊偉;張文廣;鄧磊敏;劉敬偉;吳昊;段軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 許恒恒;李智<國際申請>=<國際公布>=

1.一種二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，自下而上包括襯底、底電極層、二維材料異質結層及頂電極層，其中，所述二維材料異質結層作為中間介質層，厚度為1-50nm，是由兩種不同的金屬硫化合物構成的兩層疊層結構，該疊層結構中的每一層對應其中一種金屬硫化合物；

所述二維材料異質結層是由金屬疊層結構在氧化性的硫蒸氣中直接硫化后形成的；所述金屬疊層結構包括兩層單質金屬結構，這兩層單質金屬結構中每一層所含的金屬元素種類互不相同；

直接硫化的溫度為500-1000℃，保溫時間為1～30min。

2.如權利要求1所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述二維材料異質結層的厚度為10nm，直接硫化的溫度為550℃，保溫時間不超過10分鐘。

3.如權利要求1所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述兩種不同的金屬硫化合物具體為兩種不同的過渡金屬硫化物。

4.如權利要求3所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述過渡金屬硫化物為硫化鋅、硫化銀、硫化鈦、硫化鎘、硫化亞銅、硫化鍺、硫化鎘、硫化鎢、及硫化鉬中的任意2種。

5.如權利要求1所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述襯底為剛性襯底或柔性透明襯底，該襯底能夠耐受溫度至少為500℃的高溫，且不會與硫蒸汽發生反應。

6.如權利要求5所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述剛性襯底為單晶硅表面被氧化形成有氧化層的SiO₂/Si襯底，或者為藍寶石襯底。

7.如權利要求1所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述頂電極層為Au、Ti、Pt、Al、W、Ag、Cu、ITO、TiN或石墨烯，該頂電極層的厚度為80-200nm；

所述底電極層所采用的材料為金屬、導電氧化物、導電氮化物和導電碳材料的任意一種，該底電極層的厚度為1-500nm。

8.如權利要求7所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述頂電極層為Al，該頂電極層的厚度為100nm；

所述底電極層所采用的材料為導電氧化物。

9.如權利要求8所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述底電極層為厚度為10-1000nm的ITO。

10.如權利要求9所述二維材料異質結的憶阻器，其特征在于，所述底電極層為厚度為200nm的ITO。

11.制備如權利要求1－10任意一項所述二維材料異質結的憶阻器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)準備表面設置有底電極層的襯底；

(2)采用鍍膜工藝利用掩膜板在所述底電極層上沉積金屬疊層結構；其中，所述鍍膜工藝為熱蒸發、磁控濺射、電子束沉積、溶膠凝膠、化學氣相沉積法或涂敷法；

(3)采用真空直接硫化法，對沉積有所述金屬疊層結構的襯底進行處理，使所述金屬疊層結構硫化形成硫化物材料異質結結構；

(4)在所述異質結結構上旋涂光刻膠，并利用光刻在該光刻膠上定義出頂電極圖形；然后，沉積用于形成頂電極層的電極材料，接著剝離光刻膠即可形成頂電極層，由此實現如權利要求1－10任意一項所述二維材料異質結的憶阻器的制備。

12.如權利要求11所述制備方法，其特征在于，所述步驟(2)具體是采用磁控濺射或者電子束蒸發在所述底電極層上沉積金屬疊層結構的；

所述步驟(2)中，所述金屬疊層結構為一層金屬Mo原子層和一層金屬W原子層構成的兩層金屬結構；

相應的，所述步驟(3)形成的所述硫化物材料異質結結構具體是由MoS₂層與WS₂層構成的MoS₂/WS₂異質結結構。