[发明专利]一种抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于阻变存储器材料技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器及其制备方法。

背景技术

半导体存储器是集成电路产业中最为重要的技术之一，随着大数据、云计算、物联网等技术的兴起，需要存储分析的信息正在爆炸式增长，半导体存储器的市场日益扩大。随着新材料、新技术的不断发展，新型存储器向高密度非易失存储方向发展。

阻变存储器是通过某些薄膜材料在电激励的作用下电阻的可逆转变实现数据存储，与传统的闪存相比具有明显优势，包括器件结构简单、单元尺寸小、可微缩性好、操作速度快、功耗低、与互补金属氧化物工艺相兼容、易于三维集成等。

目前，阻变存储器中的薄膜材料分为固体电解质材料、多元金属氧化物、二元金属氧化物和低维纳米材料，其中低维纳米材料的尺度小，具有特殊结构及透明、头型、阻挡原子扩散、超薄、导电或者绝缘等性能可以赋予阻变存储器更多的功能性。常见的低维纳米材料有石墨烯、硅烯、二硫化钼和黑磷烯等。

黑磷是一种类似石墨的波形层状结构晶体，原子层间通过范德华力结合，易于被剥离成单层或者少层的纳米薄片，黑磷烯是一种天然的p型半导体，具有明显的各向异性，具有较高的电子迁移率，单层黑磷烯电子迁移率可达10⁴cm²/(V·s)。目前黑磷烯在制备晶体管、光电元件、气体传感器、太阳能电池和量子点方面已经有所应用，但是在阻变存储器中的应用还不多见。此外，阻变存储器在使用过程中会发射电磁波也会受到其他设备发出的电磁波的干扰，赋予阻变存储器电磁屏蔽功能也十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器及其制备方法，该黑磷烯基阻变存储器从下至上依次包括衬底、Ti3C2ene薄膜底电极层、黑磷烯薄膜阻变功能层、Ti3C2ene薄膜顶电极层和三氧化二铝披覆层，制备得到转变速率快，读写电压稳定的防电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器，所述抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器从下至上依次包括衬底、底电极层、阻变功能层、顶电极层和披覆层，所述阻变功能层为黑磷烯薄膜层，所述阻变功能层部分被顶电极层覆盖，剩余部分被披覆层覆盖，所述底电极层和顶电极层为电磁屏蔽材料，所述电磁屏蔽材料为二维金属碳化物Ti3C2ene薄膜。

作为上述技术方案的优选，所述黑磷烯薄膜层由单层或者多层黑磷烯薄膜构成，厚度为0.5-100nm。

本发明还提供一种抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗衬底，在基底材料上转移Ti3C2ene薄膜材料，形成底电极层；

(2)在步骤(1)制备的底电极层上形成黑磷烯薄膜层；

(3)转移Ti3C2ene薄膜材料至步骤(2)制备的黑磷烯薄膜层上，形成顶层Ti3C2ene薄膜材料；

(4)在步骤(3)制备的顶层Ti3C2ene薄膜材料上旋涂光刻胶，使用光学曝光和显影获得顶电极图形，使用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀得到顶电极层，得到存储器单元；

(5)将步骤(4)制备的存储器单元上旋涂光刻胶，通过光学曝光、显影和剥离，形成披覆层图形，使用原子层沉积技术在光刻胶层上沉积披覆层，使其包覆顶电极覆盖之外的黑磷烯薄膜层，得到抗电磁干扰的黑磷烯基阻变存储器。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)或者步骤(3)中，Ti3C2ene薄膜材料的制备方法为：将3g粒径为45μm的Ti3AlC2粉体置于35ml的40％氟化氢溶液中，在40℃下加热42h，自然冷却至室温，去离子充分清洗，获得黑色液体，将黑色液体滴到基底上烘干，得到Ti3C2ene薄膜材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)或者步骤(3)中，Ti3C2ene薄膜材料的制备方法为：将6mol/L的盐酸溶液中加入1.98g的氟化锂，混合均匀形成基底溶液，用10min的时间将3g的Ti3AlC2加入到基底溶液中，在40℃下加热42h，自然冷却至室温，去离子充分清洗，获得黑色液体，将黑色液体滴到基底上烘干，得到Ti3C2ene薄膜材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，黑磷烯薄膜层由15层黑磷烯薄膜构成，每层的厚度为0.5nm，总厚度为7.5nm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中底电极层的厚度为80nm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中顶层电极层的厚度为50nm。