[發明專利]一種基于相變原理的憶阻器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110436345.1
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113206193B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 徐明;王俊欽;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H10N70/20
• 分類號: H10N70/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴

本發明公開了一種基于相變原理的憶阻器及其制備方法，屬于微電子技術領域；其中，憶阻器包括：由下至上的基底、底電極、第一限制層、介質層、第二限制層以及頂電極；第一限制層和第二限制層的材料均包括二維原子晶體材料；介質層的材料包括相變材料；第一限制層和第二限制層用于對介質層的相變范圍進行限制；二維原子晶體材料中的二維原子晶體具有較高的結構穩定性，在介質層兩側制備限制層能夠為介質層在垂直方向上施加較大的應力，對介質層的相變范圍進行限制，大大提高了憶阻器的穩定性以及各種阻態下的保持時間，能夠使得相變材料的亞穩態狀態更加穩定，成為穩態，進而使器件擁有更好的穩定阻態。

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，更具體地，涉及一種基于相變原理的憶阻器及其制備方法。

背景技術

憶阻器(Memristor)是一個與磁通量和電荷量相關的無源電路元件，被認為是電阻、電容、電感之外的第四種電路基本元件。早在上世紀70年代，蔡少棠教授就從邏輯和公理的觀點推斷出這種元件的存在，但直到2008年，這種“丟失的器件”才首次被惠普實驗室在單一的TiO₂器件中實現。憶阻器具有非易失、尺寸小、功耗低、多阻態、很好的CMOS兼容性等優異的性能，使之在存儲和類腦神經計算等方面展現出巨大的潛力。

現有的基于相變原理的憶阻器件一般是具有頂電極、底電極以及阻變層的三明治結構，其開關過程利用電流產生的焦耳熱，使得相變材料在組態較低的晶態與組態較高的非晶態之間轉變。但是相變材料的相態較少、且在某相態下會隨時間的推移而逐漸向著更穩定的相態相變，因此，傳統的基于相變原理的憶阻器的阻飄系數較大，且隨著相變材料選擇的不同，其阻態也較少，限制了其在需要高穩定性的存儲器、需要多阻態的類腦神經計算等方面的應用。此外，傳統憶阻器厚度較厚，器件的機械延展性很差，同時限制了其在柔性及可穿戴設備上的應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種基于相變原理的憶阻器及其制備方法，用以解決現有憶阻器器件由于采用三明治結構，阻飄系數較大而導致的穩定性較差的技術問題。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種基于相變原理的憶阻器，

包括：由下至上的基底、底電極、第一限制層、介質層、第二限制層以及頂電極；

其中，第一限制層和第二限制層的材料均包括二維原子晶體材料；介質層的材料包括相變材料；第一限制層和第二限制層用于對介質層的相變范圍進行限制。

進一步優選地，上述二維原子晶體為三氧化鉬。

進一步優選地，介質層的厚度小于或等于10nm，此時，第一限制層和第二限制層為介質層引入納米級限制，將介質層的相變范圍限制在納米級別。

進一步優選地，上述相變材料為硫系相變材料。

進一步優選地，上述基底的材料為：硅基氧化物、氮化物、鋁基氧化物和氮化物中的一種或多種。

進一步優選地，上述基底材料為柔性材料。

進一步優選地，上述底電極和頂電極的材料為：金屬材料或柔性導電材料。

進一步優選地，上述基于相變原理的憶阻器還包括：位于頂電極之上的保護層，用于隔絕空氣和水汽；

上述保護層的材料為：氮化硅、氮化硼、聚甲基丙烯酸甲酯、氧化硅和氧化鋁中的一種或多種。

第二方面，本發明提供了一種基于相變原理的憶阻器的制備方法，包括以下步驟：

S1、在基底上制備底電極；

S2、制備二維原子晶體材料，并將二維原子晶體材料轉移至上述底電極上，形成第一限制層；

S3、在第一限制層上制備相變材料，形成介質層；