[發明專利]一種基于二維材料的鐵電憶阻器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010019961.2
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111129299A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 秦琦;姚蘇昊;張繆城;羅健成;施明旻;童祎;連曉娟
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 范丹丹

本發明揭示了一種基于二維材料的鐵電憶阻器件及其制備方法，該鐵電憶阻器件設置在襯底上，該鐵電憶阻器件包括從上至下依次排列的頂電極、阻變層和底電極，所述阻變層包括介質層和敷設在該鐵電材料介質層上方的MXene材料膜，所述頂電極通過掩膜板的開孔濺射在所述MXene材料膜的頂部，所述底電極包括頂部和底部，頂電極的頂部與所述介質層相觸接，頂電極的底部與所述襯底相觸接。該鐵電憶阻器件的導電性和穩定性佳，阻態更穩定，可用于多值存儲，具有廣闊的應用前景；此外，本發明的制備方法簡便、高效，成本低，適合在產業上推廣使用。

技術領域

本發明涉及一種基于二維材料的鐵電憶阻器件及其制備方法，可用于類腦器件技術領域。

背景技術

憶阻器是除電阻、電容、電感之外的第四類無源元件，是一個與磁通量和電荷相關的無源電路元件。早在1971年，國際非線性電路和細胞神經網絡理論先驅：蔡少棠基于電路理論，從理論上預言了憶阻器的存在。2008年，惠普實驗室首次在實驗上構筑了憶阻器原型器件，證實了蔡少棠有關憶阻器的學說。憶阻器具有新穎的非線性電學性質，并兼具密度高、尺寸小、功耗低、非易失性等特點，被認為是發展下一代新型非易失性內存器的理想方案。

作為一種基于電阻轉變效應的二端口非線性無源電子器件，憶阻器能夠記憶流經的電荷量，具有結構簡單、易于集成、擦寫速度快、功耗低等特點，具有較強的可擴展性和3D堆疊能力，憶阻器還具有與神經突觸極相似的特性，因此在下一代非易失性存儲器和神經網絡方面有著較大的應用前景。非易失性存儲器具有擦寫速度快、功耗低及多值存儲的特點，能夠采用交叉陣列結構實現高密度存儲。

鐵電材料是一種應用廣泛的熱釋電材料，其自發極化和電滯回線的特性，讓該材料在存儲器件、光學探測與成像方面具有廣泛應用，近年來，隨著薄膜制備技術的突破，鐵電集成化技術在生產領域廣泛使用，據研究報道，一些鐵電材料展現出良好的記憶特性和開關特性，往往具有較低的工作電壓，可以大幅降低器件功耗，這些特性期待在阻變器件領域可以帶來優秀的器件性能。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提出一種基于二維材料的鐵電憶阻器件及其制備方法。

本發明的目的將通過以下技術方案得以實現：一種基于二維材料的鐵電憶阻器件，該鐵電憶阻器件設置在襯底上，該鐵電憶阻器件包括從上至下依次排列的頂電極、阻變層和底電極，所述阻變層包括介質層和敷設在該鐵電材料介質層上方的MXene材料膜，所述頂電極通過掩膜板的開孔濺射在所述MXene材料膜的頂部，所述底電極包括頂部和底部，頂電極的頂部與所述介質層相觸接，頂電極的底部與所述襯底相觸接。

優選地，所述阻變層、底電極與所述襯底的形狀、尺寸一一匹配。

優選地，所述介質層為鐵電材料介質層，所述鐵電材料介質層的厚度為40nm。

優選地，所述頂電極的厚度為100nm，所述頂電極為鋁、鉬、鈮、銅、金、鈀、鉑、鉭、釕、氧化釕、銀、氮化鉭、氮化鈦、鎢、氮化鎢中的一種。

優選地，所述底電極的厚度為90nm，所述底電極為鋁、鉬、鈮、銅、金、鈀、鉑、鉭、釕、氧化釕、銀、氮化鉭、氮化鈦、鎢、氮化鎢中的一種。

優選地，所述襯底為硅襯底層。

本發明揭示了一種基于二維材料的鐵電憶阻器件的制備方法，包括以下步驟：

S1：底電極沉積；真空環境下，將襯底固定在濺射系統的靶槍上，選取底電極材料作為濺射源，通過磁控濺射儀沉積底電極，使底電極均勻、完全覆蓋在襯底上表面；

S2：介質層濺射；保持S1步驟中的真空環境，更換介質層濺射源，在底電極上表面均勻、完全濺射出介質層；

S3：MXene懸濁液制備；取MXene和去離子水按照一定質量比進行混合，攪拌一定時間，制得MXene懸濁液；