[发明专利]基于层状α-MoO3纳米片的夹层结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于层状α‑MoO₃纳米片的夹层结构及其制备方法，所述夹层结构包括层状α‑MoO₃纳米片、顶电极和底电极，其中层状α‑MoO₃纳米片为夹芯层，顶电极和底电极分别位于层状α‑MoO₃纳米片的上下两侧；层状α‑MoO₃纳米片、顶电极和底电极有重叠的区域，且顶电极和底电极不直接接触。本发明用宽带隙的二维结构的α‑MoO₃纳米片作为阻变开关活性层，并与顶电极和底电极构成夹层结构，使该结构化学性质稳定，将其用于阻变存储器件中，表现出超大的存储窗口和稳定的耐受性。本发明的制备方法具有成本低、工艺简单、合成速度快等优点。

技术领域

本发明涉及无机半导体纳米材料技术领域，尤其涉及一种基于层状α-MoO₃纳米片的夹层结构及其制备方法。

背景技术

二维层状材料由于其特殊的结构、新的性能和巨大的潜在市场，近年来在材料研究领域得到了广泛的关注。研究表明，它们在基本和应用电子方向的研究已经成为了关键目标领域之一。例如，二维层状材料已经被用来制备各种各样的电子器件，例如结晶体管、隧穿晶体管和场效应晶体管。

最近，它们还被考虑作为最有前景的候选材料制备电阻式随机存取存储器(RRAM)，简称阻变存储器。在二维层状材料基的阻变存储器中，石墨烯主要被用作电极或者是可以阻止活性离子扩散和限制导电细丝数量的界面层(处于电极和电阻开关层之间)。除了石墨烯之外，其他的二维层状材料也已经被用作活性层制备RRAM了，如过渡金属硫化物(TMDs)、六方氮化硼和黑磷。与传统的金属氧化物(HfO_x，ZrO_x，AlO_x等)基的RRAM相比，二维层状材料基RRAM表现出很多优势。一方面，二维层状材料固有的层状晶体结构产生了尖锐的界面，可以防止过大的漏出，并提供稳定的现象。例如，耐高温(高达340℃)和耐机械弯曲(超过1000次)已经在一个MoS₂基的鲁棒性RRAM器件中得到了证明。另一方面，二维层状材料的超薄厚度可以降低RRAM的工作电压。例如，基于单层TMDs的RRAM显示相对低的工作电压(＜1V)，暗示了在神经突触和人工智能中的应用前景。

然而，基于二维层状材料的RRAM也存在一些问题，这些问题可能会严重阻碍它们的实际应用和发展。首先，由于一些二维层状材料在环境中的敏感性甚至性质退化，RRAM的存储性能将会很容易受到周围环境的不可控制的影响。因此，相应的保护策略方面的研究是亟待需要的。而且，一些TMDs基的RRAM只能通过外来引入氧缺陷来实现阻变行为，例如MoS_2-xO_x基鲁棒性RRAM和MoS₂-MoO_x异质结非易失性存储器，这样一来就增加了器件制备的复杂性和性能的不可控性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于层状α-MoO₃纳米片的夹层结构及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种基于层状α-MoO₃纳米片的夹层结构，包括层状α-MoO₃纳米片、顶电极和底电极，其中所述层状α-MoO₃纳米片为夹芯层，所述顶电极和所述底电极分别位于所述层状α-MoO₃纳米片的上下两侧；所述层状α-MoO₃纳米片、所述顶电极和所述底电极有重叠的区域，且所述顶电极和所述底电极不直接接触。

上述技术方案中，用宽带隙(E_g＝2.9eV)的具有二维结构的α-MoO₃纳米片作为阻变开关活性层，与顶电极和底电极构成夹层结构，该结构化学性质稳定。将这样高质量的夹层结构用于阻变存储器件中，使得阻变存储器件具有非常好的存储性能，表现出超大的存储窗口和稳定的耐受性。