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CN114824068A - 一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器及其制备方法 - Google Patents

一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器及其制备方法 Download PDF

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CN114824068A CN202210311731.2A CN202210311731A CN114824068A CN 114824068 A CN114824068 A CN 114824068A CN 202210311731 A CN202210311731 A CN 202210311731A CN 114824068 A CN114824068 A CN 114824068A
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邓惠勇
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Abstract

本发明公开了一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，包括如下步骤：步骤1，采用溅射或蒸镀工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；步骤2，制备二维层状铜基硫族化合物材料，通过转移法转移至底电极上，作为忆阻功能层；步骤3，采用溅射或蒸镀工艺在忆阻功能层上沉积一层Cu导电层；步骤4，在Cu导电层上蒸镀一层金属层作为顶电极，最终得到基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器。本发明制备的忆阻器利用铜基硫族化合物中本身具有的Cu空位作为Cu离子迁移通道，迁移势垒低，不需表面额外做异质层，器件即具有低的开关电压(<1V)。

Description

一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于忆阻器制备领域的基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器及其制备方法。
背景技术
忆阻器是存算一体计算系统和人工神经网络的核心器件，具有规模制备、多态转换、快速开关以及CMOS工艺兼容等优势。目前用于制备忆阻器的忆阻活性材料主要有Ta2O5-x，HfO2-x，TiO2-x等氧化物，利用氧空位在电场作用下的迁移形成导电细丝，实现忆阻器件高低阻态的切换。但是，基于氧空位迁移势垒高，器件开关电压大，不利于忆阻器件的集成。文献报道通过在金属电极和氧化物间引入二维MoS2，忆阻器件的开关电压从-3.5V降低至-0.8V。目前，在利用二维材料实现的忆阻器件中，实现了多种低开关电压(<1V)的忆阻器件。如利用二维SnSe、MoS2等材料表面形成极薄的氧化层，器件具有超低开关电压。但是此种方法形成的器件表面需要额外做异质层，制备方法复杂，难度较大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器及其制备方法，采用二维层状铜基硫族化合物作为忆阻器活性材料，利用铜基硫族化合物中本身具有的Cu空位作为Cu离子迁移通道，迁移势垒低，不需表面额外做异质层，器件即具有低的开关电压(<1V)。
实现上述目的的一种技术方案是：一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，采用溅射或蒸镀工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；
步骤2，制备二维层状铜基硫族化合物材料，通过转移法转移至底电极上，作为忆阻功能层；
步骤3，采用溅射或蒸镀工艺在忆阻功能层上沉积一层Cu导电层；
步骤4，在Cu导电层上蒸镀一层金属层作为顶电极，最终得到基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器。
进一步的，衬底为Si、蓝宝石、玻璃、PET、PC、PP中的一种。
进一步的，底电极为FTO、AZO、Au、Pt、Pd、Ti、Ag、Ir或石墨烯，底电极厚度为10-500nm。
进一步的，二维层状铜基硫族化合物的化合物组成为BiCuOX，其中X为S或Se的一种或两种。
再进一步的，二维层状铜基硫族化合物为利用机械剥离法由铜基硫族化合物单晶制备而成，二维层状铜基硫族化合物的厚度为2-500nm。
再进一步的，二维层状铜基硫族化合物为利用干法或湿法转移法转移到底电极上。
采用上述方法制备的忆阻器，从下至上一次包括衬底、底电极、二维层状铜基硫族化合物、Cu导电层和顶电极。
进一步的，Cu导电层的厚度为2-20nm，顶电极为惰性电极，为Au、Pt、Ir、Pd或石墨烯中的一种。
本发明的优势效果在于：
1.本发明利用二维BiCuOX(X为S或Se的一种或两种)做为忆阻功能材料，相比其他二维材料，本身具有Cu空位，可用于形成导电通道，最终获得低开关电压。
2.BiCuOX的中(Bi2O2)2+层为绝缘层，(Cu2X2)2-为导电层，导电通道沿着(Cu2X2)2-层，形成导电细丝方向性较高，不易分叉，忆阻器件开关电压重复性高。
附图说明
图1为本发明的基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的结构示意图；
图2为采用本发明的方法制备的二维层状BiCuOSe忆阻器件的电压-电流曲线图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
本发明的一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，采用溅射或蒸镀工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极。衬底为Si、蓝宝石、玻璃、PET、PC、PP等无机或有机衬底中的一种。底电极为FTO、AZO、Au、Pt、Pd、Ti、Ag、Ir或石墨烯等材质，底电极厚度为10-500nm，择优的，为15-40nm。
步骤2，制备二维层状铜基硫族化合物材料，通过转移法转移至底电极上，作为忆阻功能层。二维层状铜基硫族化合物的化合物组成为BiCuOX，其中X为S或Se的一种或两种，二维层状铜基硫族化合物为利用机械剥离法由铜基硫族化合物单晶制备而成，二维层状铜基硫族化合物的厚度为2-500nm，择优的，为5-50nm。二维层状铜基硫族化合物为利用干法或湿法转移法转移到底电极上，其中干法包括PDMS法、PVA法等。
步骤3，采用溅射或蒸镀工艺在忆阻功能层上沉积一层Cu导电层。
步骤4，在Cu导电层上蒸镀一层金属层作为顶电极，最终得到基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器。
请参阅图1，采用上述方法制备的忆阻器，从下至上一次包括衬底1、底电极2、二维层状铜基硫族化合物3、Cu导电层4和顶电极5。
其中，Cu导电层的厚度为2-20nm，择优的，为5-10nm。顶电极为惰性电极，为Au、Pt、Ir、Pd或石墨烯等材质中的一种。
实施例：
利用光刻和电子束蒸发技术，在单面氧化的Si衬底上制备30nmAu底电极，电子束蒸发腔压力为10-5Pa，蒸发速率为0.5埃/秒。利用PDMS将剥离的BiCuOSe纳米片转移至底电极上，再利用电子束镀膜技术在BiCuOSe上沉积一层10nm厚Cu导电层，最后于Cu导电层上蒸发一层50nmAu的顶电极，从而完成二维层状铜基硫族化合物忆阻器件的制备(器件结构见图1)。器件的电流电压曲线如图2所示，显示器件的开关电压小于1V。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，采用溅射或蒸镀工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；
步骤2，制备二维层状铜基硫族化合物材料，通过转移法转移至底电极上，作为忆阻功能层；
步骤3，采用溅射或蒸镀工艺在忆阻功能层上沉积一层Cu导电层；
步骤4，在Cu导电层上蒸镀一层金属层作为顶电极，最终得到基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器。
2.根据权利要求1所述基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，其特征在于，衬底为Si、蓝宝石、玻璃、PET、PC、PP中的一种。
3.根据权利要求1所述基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，其特征在于，底电极为FTO、AZO、Au、Pt、Pd、Ti、Ag、Ir或石墨烯，底电极厚度为10-500nm。
4.根据权利要求1所述基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，其特征在于，二维层状铜基硫族化合物的化合物组成为BiCuOX，其中X为S或Se的一种或两种。
5.根据权利要求4所述基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，其特征在于，二维层状铜基硫族化合物为利用机械剥离法由铜基硫族化合物单晶制备而成，二维层状铜基硫族化合物的厚度为2-500nm。
6.根据权利要求4所述基于二维层状铜基硫族化合物的忆阻器的制备方法，其特征在于，二维层状铜基硫族化合物为利用干法或湿法转移法转移到底电极上。
7.采用上述方法制备的忆阻器，其特征在于，从下至上一次包括衬底、底电极、二维层状铜基硫族化合物、Cu导电层和顶电极。
8.根据权利要求7所述的忆阻器，其特征在于，Cu导电层的厚度为2-20nm，顶电极为惰性电极，为Au、Pt、Ir、Pd或石墨烯中的一种。
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