[发明专利]一种含黑磷烯的石墨烯柔性阻变存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于存储器材料技术领域，具体涉及一种含黑磷烯的石墨烯柔性阻变存储器及其制备方法。

背景技术

二维晶体是由基层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体，具有独特的电学、光学以及磁学等特性，并有着自身独特的结构优势，常见的二维材料有石墨烯、硅烯、二硫化钼以及黑磷烯等。

黑鳞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，在单原子层中，每个磷原子与相邻的三个磷原子形成具有共价键的褶状蜂窝结构。黑磷烯是天然的P型半导体，价带电子跃迁至导带时，为竖直跃迁，电子波失不变，具有直接带隙，并且具有明显的各向异性，因此黑磷烯具有较高的电子迁移率，且研究表示，当二维黑鳞材料厚度小于7.5nm时，具有良好的元件切换性能，单层黑磷烯电子迁移率可达10⁴cm²/V·s，厚度为10nm的多层黑磷烯电子迁移率可达10³cm²/V·s。

目前黑磷烯的制备方法包括机械剥离法、液相剥离法和化学合成法，其中机械剥离法是通过对层状材料施加机械力从而将其薄层分离出来的方法，该方法简单，但是效率低，晶体尺寸控制性差；液相剥离法是将层状材料放置到合适的有机溶剂中，利用超声波剥离出晶体薄片的方法，该方法简单易行，薄片的厚度可控，可批量化生产；化学合成法是目前主要的研究方向，与机械剥离法和液相剥离法相比，产物稳定质量好，成本低，效率高。中国专利CN 106348263A公开的一种稳定性多层黑磷烯及制备方法，将黑鳞粉加入乙醇中，经高速搅拌后，在氮气氛围下超声波分散和超声波空化使黑鳞剥离成黑磷烯，过滤干燥后，与乙二胺四乙酸等螯合剂、酰氯等稳定剂混合，在氮气氛围下低温研磨，加入熔融的硫单质封装，得到稳定性多层黑磷烯。随着对黑磷烯材料的了解，黑磷烯已经逐渐在场效应晶体管、光电子器件、气体传感器和太阳能电池等方面有所应用，但是在存储器方面的应用并不多见。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含黑磷烯的石墨烯柔性阻变存储器及其制备方法，将含黑磷烯的石墨烯复合薄膜材料为阻变功能层，所述Al₂O₃材料为衬底，Ni/Au复合薄膜为底电极层，Ag、Cu或者Ni的薄膜为顶电极层，Al₂O₃材料为披覆层，制备得到读写速度快，电压稳定的柔性阻变存储器。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种含黑磷烯的石墨烯柔性阻变存储器，所述含黑磷烯的石墨烯柔性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，所述阻变功能层为含黑磷烯的石墨烯复合薄膜材料，所述衬底为Al₂O₃材料，所述底电极层为Ni/Au复合薄膜，所述顶电极层为Ag、Cu或者Ni的薄膜，所述披覆层为Al₂O₃材料。

作为上述技术方案的优选，所述含黑磷烯的石墨烯复合薄膜材料中黑磷烯以量子点或者纳米片的形式存在。

本发明还提供一种的制备方法含黑磷烯的石墨烯柔性阻变存储器，包括以下步骤：

(1)清洗Al₂O₃衬底；

(2)采用电子束蒸发技术在步骤(1)制备的衬底上沉积Ni/Au复合薄膜，得到底电极层；

(3)采用转移法在步骤(2)制备的底电极层上转移含黑磷烯的石墨烯复合薄膜材料，得到阻变功能层；

(4)通过光刻胶构图工艺形成顶电极图形，采用电子束蒸发技术在步骤(3)制备的阻变功能层上沉积Ag、Cu或者Ni的薄膜，形成顶电极层，去除光刻胶，剥离，形成存储单元；

(5)通过光刻胶构图工艺形成披覆层图形，采用原子层沉积技术在步骤(4)制备的顶电极层上沉积Al₂O₃薄膜，形成披覆层，去除光刻胶，剥离，形成含黑磷烯的石墨烯柔性阻变存储器。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，清洗Al₂O₃衬底的方法为：将Al₂O₃衬底表面乙醇棉球擦拭干净，在体积比为3:1的硫酸与磷酸的混合溶液中煮沸，再分别用乙醇和去离子水冲洗，氮气吹干。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，底电极层的厚度为5-500nm，优选为20-80nm，进一步优选为80nm。