[发明专利]一种具有信息存储功能的生物可降解忆阻器阵列及制备方法

说明书

一种具有信息存储功能的生物可降解忆阻器阵列及制备方法，涉及柔性电子器件。忆阻器阵列为垂直四层网状结构，自上而下依次设有上电级阵列、介质层、下电极阵列、柔性丝素蛋白膜基底；上电极阵列为条状金属电极阵列；介质层为由上下两层可降解丝素蛋白膜层及其中间包裹的导电物质构成的3层结构；下电极阵列为条状金属电极阵列，下电极阵列与上电极阵列相互垂直，形成网状结构；柔性丝素蛋白膜基底为天然生物材料制成的透明柔性丝素蛋白膜。器件性能稳定，具有稳定的开关性能。器件具有良好的机械韧性，多角度弯折后仍保持完整的忆阻性能，易于完成电子产品的物理实现。制备工艺简单，操作简便，阵列化制备效率高成本低，器件可降解。

技术领域

本发明涉及柔性电子器件，具体是涉及一种具有信息存储功能的生物可降解忆阻器阵列及制备方法。

背景技术

忆阻器是继继电阻、电容、电感之后的第四类无源电子元件。忆阻器在产生并维持稳定的电流通过器件的同时能够记住通过的电荷量。忆阻器具有随机存储的特质，尺寸小、集成性佳、功耗小、读写速度快。非线性忆阻器可通过控制电流的变化改变阻值的高低从而进行信息存储功能，将高阻值定义为“0”，低阻值定义为“1”，通过“0”“1”状态切换进行数字信息存储。忆阻器作为集成电子器件的重要单元广泛应用于物联网、信息安全、军事航天等领域中。

近年来，随着柔性电子技术的不断发展，相比已经发展成熟的硬件忆阻器，柔性忆阻器逐渐走进研究人员的视野。中国专利CN106981568A公开一种具有生物突触模拟功能的柔性忆阻器采用PET/ITO/ZnTPP/Al₂O₃/Al五层结构，所需材料蒸镀条件要求苛刻复杂，现有技术略有不足；中国专利CN112687794A公开一种具有自修复能力的柔性忆阻器及制备方法选择在ZnSO₄-MnSO₄混合溶液中进行电沉积制备忆阻器，限制了溶液条件，无法进行其他非液体环境的使用加工，现有技术略有不足；中国专利CN110752294A公开一种用于神经突触仿生的柔性生物忆阻器的制备方法在导电层上涂抹掺杂金属离子的天然材料介质层，工艺不能批量制备器件，制备成本和效率受限，且金属离子形成的导电路径不够稳定，现有技术略有不足。

天然生物材料具备优异的生物相容性、可控的生物降解性、显著的机械韧性，这些有效特性使他们能够被用作良好的生物相容功能材料作用于柔性电子器件的制备。以天然生物材料为基础的忆阻器可以用于信息存储、人机交互、仿生神经网络等方面。从目前的天然生物材料基忆阻器研究中可以看出，现有技术还存在如下不足：

(1)柔性忆阻器性能仍无法与无机存储介质的开关特性相比较。

(2)器件加工复杂、结构层级多、不易集成在电子电路中，制备材料经常包含容易造成化学污染的材料，废弃器件不容易处理变为电子垃圾。

(3)作为柔性器件，目前已研究的器件机械性能和生物相容性一般，难以满足在器件植入、生物穿戴等方面的要求。

(4)完整工艺仅能制备单个器件，无法批量生产器件阵列，作用于信息存储、图像识别等领域效率偏低、成本偏高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供具有稳定的开关性能、良好的机械韧性，多角度弯折后仍保持完整的忆阻性能，绿色环保、不产生环境负担的一种具有信息存储功能的生物可降解忆阻器阵列。

本发明的另一目的在于提供制备工艺简单，操作简便，通过完整工艺制备可一次性依赖掩模图形产出n×n个器件的阵列，制备效率较高的一种具有信息存储功能的生物可降解忆阻器阵列的制备方法。