[發明專利]一種具有自修復能力的柔性憶阻器及制備方法

在審

• 申請號: 202011584593.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112687794A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 竇剛;郭梅;劉建棟
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 肖峰

本發明提供了一種具有自修復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極，以ZnSO₄?MnSO₄弱酸性溶液作為電解質溶液，依靠溶液中離子的擴散在二氧化錳薄膜上發生的氧化/還原反應，形成能夠具有自發發生電化學反應能力的結構，實現憶阻器電阻的變化。本發明采用了液體電解質作為介質層、以液體電解質與負電極發生氧化/還原反應的薄膜層來實現憶阻性能，不僅利用界面反應增大了反應效率，還可以根據不同需要來調節離子濃度，進而實現憶阻性能的調節。本發明提供了一種易于物理實現、制備工藝簡單、質量穩定、高循環性、成本低廉、生產效率高的液體柔性憶阻器的制備方法。

技術領域

本發明涉及微納電子器件和非線性電路應用領域，尤其涉及一種具有自修復能力的柔性憶阻器及制備方法。

背景技術

憶阻器(記憶電阻)是繼電阻、電容和電感進入主流電子領域后第四種無源電路元件，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，Leon Chua基于電路理論邏輯上的完整性，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Leon Chua有關憶阻器的學說，引起了世界范圍內的強烈關注。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存儲技術的理想方案之一。因而成為信息、材料等領域的研究熱點。此外，憶阻器的阻變行為與生物體神經可塑性有著高度的相似性，因而在發展神經突觸仿生器件及神經形態計算機等方面具有潛力。

現有的憶阻器的結構是惠普公司實驗室研究人員在2008年5月出版的《自然》雜志上發表論文中將納米級的雙層二氧化鈦半導體薄膜夾在由Pt制成的兩根納米線之間，三明治結構。眾所周知的憶阻器制造模型實際上就是一個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現存儲數據的功能。公認的憶阻器制造模型是由兩根Pt納米線之間夾一層納米級的缺氧二氧化鈦薄膜和中性二氧化鈦薄膜構成，雖然結構簡單，但是開關速度相對比較低。盡管近年來憶阻器研究取得了較大的進展，但我們也要看到，作為一個基本的電路元件來說，憶阻器研究才剛剛起步，主要表現在以下幾個方面：

(1)近年來不斷有新的憶阻材料及憶阻體系報道，但目前物理實現的憶阻器模型還很少且相對單一，尚無統一的普適模型對憶阻器行為進行描述。

近年來報道的實物憶阻器大都是針對某類應用或模擬某種功能，如高密度非易失性存儲器、Crossbar Latch(交叉點陣邏輯門)技術、模擬神經突觸，而提出的。其大多采用與HP憶阻器相類似的開關模型和工作機理，且制作工藝復雜、成本高，對于研究憶阻器特性、憶阻電路理論以及電子電路設計等不具有一般性和普適性。

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

在憶阻器的物理實現上，現有技術中，憶阻器的制備方法，其主要缺點和不足在于：

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

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，其材料本身內部結構致密，晶格缺陷和空穴數量偏少。

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

此外，還存在工藝條件相對嚴苛，產品率偏低的問題和不足。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種具有自修復能力的柔性憶阻器及制備方法，設計合理，克服了現有技術的不足，具有良好的效果。

為了實現上述目的1，本發明采用如下技術方案：