[發(fā)明專利]一種具有自修復(fù)能力的柔性憶阻器及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011584593.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN112687794A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竇剛;郭梅;劉建棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發(fā)明提供了一種具有自修復(fù)能力的柔性憶阻器及制備方法，以金屬薄板作為憶阻器正極，碳纖維紙(CFP)上沉積二氧化錳作為憶阻器負(fù)極，以ZnSO₄?MnSO₄弱酸性溶液作為電解質(zhì)溶液，依靠溶液中離子的擴(kuò)散在二氧化錳薄膜上發(fā)生的氧化/還原反應(yīng)，形成能夠具有自發(fā)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能力的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)憶阻器電阻的變化。本發(fā)明采用了液體電解質(zhì)作為介質(zhì)層、以液體電解質(zhì)與負(fù)電極發(fā)生氧化/還原反應(yīng)的薄膜層來實(shí)現(xiàn)憶阻性能，不僅利用界面反應(yīng)增大了反應(yīng)效率，還可以根據(jù)不同需要來調(diào)節(jié)離子濃度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)憶阻性能的調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供了一種易于物理實(shí)現(xiàn)、制備工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量穩(wěn)定、高循環(huán)性、成本低廉、生產(chǎn)效率高的液體柔性憶阻器的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納電子器件和非線性電路應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種具有自修復(fù)能力的柔性憶阻器及制備方法。

背景技術(shù)

憶阻器(記憶電阻)是繼電阻、電容和電感進(jìn)入主流電子領(lǐng)域后第四種無源電路元件，是一個(gè)與磁通量和電荷相關(guān)的無源電路元件。早在1971年，國(guó)際非線性電路和細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論先驅(qū)，Leon Chua基于電路理論邏輯上的完整性，從理論上預(yù)言了憶阻器的存在。2008年，惠普實(shí)驗(yàn)室首次在實(shí)驗(yàn)上構(gòu)筑了憶阻器原型器件，證實(shí)了Leon Chua有關(guān)憶阻器的學(xué)說，引起了世界范圍內(nèi)的強(qiáng)烈關(guān)注。憶阻器具有新穎的非線性電學(xué)性質(zhì)，并兼具密度高、尺寸小、功耗低、非易失性等特點(diǎn)，被認(rèn)為是發(fā)展下一代新型非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的理想方案之一。因而成為信息、材料等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，憶阻器的阻變行為與生物體神經(jīng)可塑性有著高度的相似性，因而在發(fā)展神經(jīng)突觸仿生器件及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)等方面具有潛力。

現(xiàn)有的憶阻器的結(jié)構(gòu)是惠普公司實(shí)驗(yàn)室研究人員在2008年5月出版的《自然》雜志上發(fā)表論文中將納米級(jí)的雙層二氧化鈦半導(dǎo)體薄膜夾在由Pt制成的兩根納米線之間，三明治結(jié)構(gòu)。眾所周知的憶阻器制造模型實(shí)際上就是一個(gè)有記憶功能的非線性電阻器。通過控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為“0”，低阻值定義為“1”。則這種電阻就可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。公認(rèn)的憶阻器制造模型是由兩根Pt納米線之間夾一層納米級(jí)的缺氧二氧化鈦薄膜和中性二氧化鈦薄膜構(gòu)成，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是開關(guān)速度相對(duì)比較低。盡管近年來憶阻器研究取得了較大的進(jìn)展，但我們也要看到，作為一個(gè)基本的電路元件來說，憶阻器研究才剛剛起步，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)近年來不斷有新的憶阻材料及憶阻體系報(bào)道，但目前物理實(shí)現(xiàn)的憶阻器模型還很少且相對(duì)單一，尚無統(tǒng)一的普適模型對(duì)憶阻器行為進(jìn)行描述。

近年來報(bào)道的實(shí)物憶阻器大都是針對(duì)某類應(yīng)用或模擬某種功能，如高密度非易失性存儲(chǔ)器、Crossbar Latch(交叉點(diǎn)陣邏輯門)技術(shù)、模擬神經(jīng)突觸，而提出的。其大多采用與HP憶阻器相類似的開關(guān)模型和工作機(jī)理，且制作工藝復(fù)雜、成本高，對(duì)于研究憶阻器特性、憶阻電路理論以及電子電路設(shè)計(jì)等不具有一般性和普適性。

(2)已報(bào)道的實(shí)物憶阻器的制備，在原材料選擇和制備工藝方法上要求高、條件苛刻，條件一般的實(shí)驗(yàn)室或科研單位難以完成相關(guān)實(shí)物憶阻器元件的制備。

在憶阻器的物理實(shí)現(xiàn)上，現(xiàn)有技術(shù)中，憶阻器的制備方法，其主要缺點(diǎn)和不足在于：

(1)制備工藝復(fù)雜，制備周期長(zhǎng)，所制備出的憶阻器憶阻性能較弱，只適用于低頻信號(hào)。

原因在于，其阻變層大多是以陶瓷材料沉積在下電極表面上的，其材料本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，晶格缺陷和空穴數(shù)量偏少。

(2)所制得的憶阻器材質(zhì)硬而脆，易因碰撞、彎折等導(dǎo)致破裂或損傷，不是柔性憶阻器。

此外，還存在工藝條件相對(duì)嚴(yán)苛，產(chǎn)品率偏低的問題和不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種具有自修復(fù)能力的柔性憶阻器及制備方法，設(shè)計(jì)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有良好的效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的1，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：