[发明专利]一种基于二维原子晶体的耐高温忆阻器

说明书

基于二维原子晶体的耐高温忆阻器，所述忆阻器结构是基底上具有底电极/电介质/顶电极的三明治结构；所述的电介质厚度范围从单个原子层(约0.3nm)到1μm；所述的底电极和顶电极由惰性金属材料如铂、金、钯，柔性导电材料如氧化铟锡或包括石墨烯半金属型二维原子晶体材料；所述的电介质由二维原子晶体材料组成；所述基底包括衬底或生长于衬底表面的绝缘材料层，所述衬底材料包括硅、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷，所述绝缘材料包括氧化硅、氮化硅或氧化铝。

技术领域

本发明涉及存储器制造行业，具体涉及一种具有耐高温性能的忆阻器。

背景技术

忆阻器(全称记忆电阻(Memristor)。它是表示磁通与电荷关系的电路器件。忆阻具有电阻的量纲，但和电阻不同的是，忆阻器的阻值是由流经它的电荷确定)拥有纳米级的尺寸、多阻态开关、超快的开关速度、超高的开关次数和很好的CMOS兼容性等诸多优异特性。因此忆阻器在未来存储和类神经元计算的应用方面展现出了巨大的潜力。目前大部分的忆阻器研究工作都集中在提高器件的开关性能上，并且取得了不错的进展。但是忆阻器在极端环境下的稳定性问题(例如耐高温性能等)仍然需要解决。在传统的基于氧化物材料的忆阻器中，开关过程依赖于离子的迁移和离子价态的改变。器件材料中的离子在高温下很难保持原有的状态，从而导致器件的失效。目前所报道的忆阻器中，最高工作温度为200℃。而在航天、军事、地质勘探和石油天然气钻井等行业中，要求电子元件能够在300℃的高温以上稳定工作。因此，忆阻器在热稳定性上的欠缺极大地限制了它在极端环境电子元件电路中的潜在应用，寻找制备忆阻器的新材料和新结构显得十分重要。

在新材料领域，以石墨烯为代表的二维原子晶体被证实拥有超高的结构稳定性和优异的电学性能，在功能材料和结构材料等领域都具有良好的应用前景。例如，石墨烯有着绝大部分材料都无法比拟的抗断强度，超高的热稳定性和化学稳定性；二硫化钼有着良好的柔韧性，可与不锈钢比拟的高杨氏模量以及高达1100℃的热稳定性。因此，二维原子晶体为忆阻器耐高温性能的问题提供了一个很好的解决方案。

发明内容

本发明针对忆阻器高温稳定性方面的不足，利用二维原子晶体材料的在热稳定性和化学稳定性等方面的优异性能，通过底电极/电介质/顶电极的简单三明治结构，实现一种具有耐高温性能的忆阻器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于二维原子晶体的耐高温忆阻器，所述忆阻器结构是基底上具有底电极/电介质/顶电极的三明治结构；所述的电介质厚度范围从单个原子层(约0.3nm)到1μm；所述的底电极和顶电极由惰性金属材料如铂、金、钯，柔性导电材料如氧化铟锡或包括石墨烯半金属型二维原子晶体材料；所述的电介质由二维原子晶体材料组成；所述基底包括衬底或生长于衬底表面的绝缘材料层，所述衬底材料包括硅、聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷，所述绝缘材料包括氧化硅、氮化硅或氧化铝。衬底上也可以直接生长底电极/电介质/顶电极的三明治结构。

所述的二维原子晶体材料是单晶二维原子晶体材料，并且在高温下有较高的稳定性，能够保持其原有的晶体结构。

所述的二维原子晶体材料，是掺杂的二维原子晶体材料，掺杂元素包括氧元素，硫元素等，并且掺杂的二维原子晶体材料仍然具有较好的耐热性。

单晶二维原子晶体材料，所述单晶二维原子晶体材料包括过渡金属硫族化合物、黑磷、铟锡等。

所述单晶二维原子晶体材料能通过化学气相沉积(CVD)、化学气相传输(CVT)或分子束外延(MBE)等方法制备获得。

掺杂的二维原子晶体材料，所述掺杂的二维原子晶体材料用化学气相沉积(CVD)、化学气相传输(CVT)或分子束外延(MBE)等方法直接生长所需掺杂的二维原子晶体材料。