[发明专利]一种基于溶液法的氧化硅基忆阻器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种基于溶液法的氧化硅基忆阻器及其制备方法与应用。所述方法包括：1)在衬底上制备下电极，或者，提供或直接制备下电极；2)采用溶液法，以PHPS为原料，在所述下电极上制备SiO_x介质层，得到SiO_x介质层/下电极或者SiO_x介质层/下电极/衬底；3)步骤2)完成后，在所述SiO_x介质层上覆盖掩模板，制备上电极，得到所述氧化硅基忆阻器。本发明得到的忆阻器中的SiO_x介质层，采用PHPS溶液法制备，制备的薄膜层致密、均一，且SiO_x介质层与电极的附着性良好，无龟裂和孔洞等产生。

技术领域

本发明属于忆阻器制备领域，具体涉及基于溶液法的氧化硅基忆阻器及其制备方法与应用。

背景技术

1971年，蔡少堂教授(IEEE Transactions on Circuit Theory,1971,18(5):507-519)首次从电路理论角度提出除电阻、电容、电感外，还存在第四种无源电子器件，用于表征电荷与磁通量之间关系，并将其命名为忆阻器(memristor)。他预测忆阻器的电阻值会随外界电刺激发生可逆转变，从而记录下流经的电荷和磁通。这一推测引起科学家的极大关注，围绕忆阻器的机理、制备和应用，研究者开展了大量的工作。

忆阻器作为新型的存储单元，在阻变存储器、脑神经形态计算等领域具有巨大的应用潜力。其中，阻变存储器与目前主流的闪存相比，具有结构简单、单元尺寸小、三维集成制备便捷、操作速度快、功耗低、与CMOS(互补金属氧化物)工艺兼容等优势，是下一代存储器的重要发展方向。在类脑神经形态计算领域，忆阻器作为一种具有记忆功能的非线性电阻，其阻值可以随着流经的电荷量连续发生变化，断电后能保持这一变化的状态，是模拟神经突触的理想器件。

忆阻器包括三层夹层结构，即上电极、中间储存介质层、下电极。其中，中间介质层是忆阻器的核心，决定了忆阻器的性能。近年来，研究人员发现二元过渡金属氧化物、钙钛矿结构氧化物、固态电解质材料、有机材料等都表现出忆阻性能。其中，二元氧化物具有制备方便、与CMOS工艺兼容等特点，因此备受青睐。以SiO_x材料为代表的二元氧化物多采用磁控溅射、蒸镀等物理/化学沉积方法进行制备。但这些方法对设备要求严格、制备成本高、不宜大尺寸制备，对复杂结构的制备无能为力，且介质层与电极之间的附着力差。因此，发展新的、工艺灵活、易于大面积制备的二元氧化物制备方法对于忆阻器的实际应用具有重要意义。溶液法制备介质层具有工艺简单、组成易于调控、适于大面积应用的特点。但是溶液法通常在介质层质量控制方面存在一定的不足，如常规溶胶-凝胶法制备的SiO_x层通常致密性不够、与电极间结合性差、甚至出现龟裂、孔洞等现象。

发明内容

本发明提供一种氧化硅基忆阻器的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)在衬底上制备下电极，或者，提供或直接制备下电极；

2)采用溶液法，以PHPS为原料，在所述下电极上制备SiO_x介质层，得到SiO_x介质层/下电极或者SiO_x介质层/下电极/衬底；

3)步骤2)完成后，在所述SiO_x介质层上覆盖掩模板，制备上电极，得到所述氧化硅基忆阻器。

根据本发明的制备方法，步骤1)中，例如，可以在衬底上制备金/铂下电极层。例如，也可以不需要衬底，直接选取重掺杂单晶硅作为下电极；优选地，可以采用本领域已知的方法(如RCA标准清洗法+酸洗的方法)清除其表面的自然氧化层。例如，所述下电极的制备可以选用本领域已知的制备方法。