[发明专利]一种二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器及其制备方法，属于忆阻器技术领域。所述忆阻器为MIM形式结构，其结构从下至上依次为：底电极、二硫化钼/硫化锌双层薄膜功能层、顶电极。本发明的这种二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器具有MoSsubgt;2/subgt;/ZnS界面，其在施加偏压下，硫空位能够容易地从MoSsubgt;2/subgt;漂移到ZnS中，形成硫空位导电通道，使器件进入低阻态；当施加相反偏压时，硫空位重新漂移回到MoSsubgt;2/subgt;，导电通道断裂，使器件回到高阻态，同时，本发明采用的惰性电极阻止了硫空位进入顶电极，大幅度改善了忆阻器的重复性。

技术领域

本发明涉及忆阻器技术领域，尤其涉及一种具有双功能层结构的忆阻器及其制备方法。

背景技术

忆阻器作为第四种无源器件，是一种具有非线性电阻功能的器件，利用其能够记忆电阻状态的特性，可以应用于非易失性阻抗存储器(RRAM)与类脑计算。在RRAM的应用方面，更高的集成密度、更低的功耗以及更高的稳定性已成为阻碍其发展的关键。目前，应用于RRAM的忆阻器一般为金属-绝缘体-金属(MIM)结构，中间功能层材料与结构的选择对忆阻性能有很大影响，现今大多数忆阻器件只具有一层功能层并且器件导通机制基于氧空位，而氧空位在器件工作过程中容易与大气中的氧交换，造成氧空位浓度的变化，这就造成了忆阻器存在开关比低、操作电压高与重复性差等缺点，严重限制了忆阻器在RRAM中的应用。

因此，研究者开始探索新型的器件导通机制，例如，专利文献201610813160.7公开了一种忆阻器，包括：依次在衬底上形成底电极层和中间介质层，在中间介质层上形成顶电极，所述中间介质层的材料为在氧化性气氛中进行热处理后的硫化物。该专利文献通过采用合适的顶电极以及氧化气氛中热处理的硫化物薄膜组合，使得忆阻器表现出许多优异的循环稳定性、抗疲劳性、超低的工作电压。然而，本发明认为，该专利文献中涉及的导通机制为电化学金属化，即金属粒子在施加电压下发生的氧化还原反应，在SET过程中，金属粒子极有可能在电场的作用下与电极发生反应，造成导电灯丝的过生长，这对器件的重复性能影响较大。

专利文献201611178578.1公开了一种忆阻器，包括：依次在衬底上形成底电极层、中间介质层和顶电极层；所述中间介质层由硫族化合物层和氧化物层组成，其中，硫族化合物层与底电极层相接，氧化物层与顶电极层相接。该专利文献通过采用合适的顶电极与氧化物层和硫族化合物层组合，使得制备出的忆阻器具有超低的工作电压，表现出超高的电灵敏性。然而，本发明认为，该专利文献中涉及到的导通机制为金属粒子在电场作用下的漂移，其往往需要电成形过程，不利于器件的低功耗，且金属粒子导电机制往往对电极生长的参数要求比较高。

另外，现有的忆阻器中间功能层的忆阻材料制备主要利用磁控溅射、脉冲激光沉积、原子层沉积等方法，但这些方法导致中间功能层的制备成本高，工艺复杂，难以适应RRAM的大规模生产。

综上，现有的基于氧空位导通机制的忆阻器在其制备方法上具有成本高、条件复杂，并且制备出的忆阻器具有重复性差、开关比低、操作电压高等缺点。因此，进一步探索忆阻器导通机制，寻求更加简单高效的制备方法、更加优化的器件材料及结构，是解决现有忆阻器存在的问题的关键。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器及其制备方法。本发明在非真空条件下，以化学溶液法为器件制备手段，通过构建以硫空位为导电通道的二硫化钼/硫化锌(MoS₂/ZnS)双层功能层的结构，有效解决了氧空位导通机制的忆阻器存在的成本高、条件复杂、忆阻器重复性差、开关比低、操作电压高的问题。

本发明的目的之一是提供一种二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器。

本发明的目的之二是提供一种二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器的制备方法。

本发明的目的之三是提供二硫化钼/硫化锌双功能层结构忆阻器的应用。