[发明专利]高稳定的黑磷纳米片及其制备方法，以及阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明提供一种高稳定的黑磷纳米片及其制备方法。将有机小分子修饰在黑磷纳米片上，与黑磷纳米片共价连接，在黑磷片层表面形成保护层，从而提高黑磷片层的稳定性，同时保留其半导体特性。该高稳定的黑磷片可作为阻变存储器的活性层，能够提高阻变存储器的稳定性，循环次数以及保持时间。

技术领域

本发明涉及二维材料技术领域以及半导体存储器技术领域，特别涉及一种高稳定的黑磷纳米片及其制备方法，以及阻变存储器及其制备方法。

背景技术

二维材料具有比表面积大、柔性、可化学修饰等独特优势。继石墨烯和过渡金属硫化物之后，黑磷成为新一代的层状半导体材料。与石墨烯相比，黑磷具有适中的带隙，适合作为半导体开关材料；与过渡金属硫化物相比，黑磷的载流子迁移率高，从而在高频器件应用方面性能突出。因此，黑磷可望在众多领域具有广阔应用前景，例如作为为阻变功能层而应用于阻变存储器领域。阻变存储器不仅具有高速、高密度、低功耗等优异性能，而且能够实现存-算一体化，为构建高效能计算机提供了一条新思路。尽管二维黑磷具有优异的光电特性，但却容易被空气中的氧气氧化，从而失去其优异的半导体特性。

发明内容

针对上述二维黑磷的技术现状，本发明提供一种二维黑磷，其具有稳定性。

本发明的技术方案为：

一种高稳定的黑磷纳米片，其特征是：有机小分子修饰在黑磷纳米片上，与黑磷纳米片共价连接。

所述黑磷纳米片的制备方法不限，可以通过液相剥离制得。

作为优选，所述黑磷纳米片尺寸为50nm～500nm，进一步优选为100nm～300nm。

作为优选，所述黑磷纳米片的厚度在10nm以下，进一步优选为5nm～10nm。

所述有机小分子包括但不限于三苯胺(TPA)、吡啶、苯甲酸等中的一种或者几种。

本发明还提供了一种制备上述高稳定黑磷纳米片的方法，制备过程为：将黑磷纳米片与乙腈混合，得到包含黑磷纳米片的乙腈溶液；将有机小分子重氮盐与乙腈混合，得到包含有机小分子重氮盐的乙腈溶液；将二者混合，在惰性气体保护条件下搅拌反应，然后离心处理，取沉淀物清洗、干燥。作为优选，所述反应在遮光条件下进行。

所述有机小分子重氮盐包括但不限于三苯胺重氮盐、吡啶重氮盐、苯甲酸重氮盐等中的一种或者几种。

本发明将有机小分子修饰在黑磷片层上，有机小分子与黑磷片层中的磷原子以碳-磷共价键的形式接枝在黑磷片层上，在黑磷片层表面形成保护层，从而提高黑磷片层的稳定性，同时保留其半导体特性。该修饰后的黑磷片可作为阻变存储器的活性层，能够提高阻变存储器的稳定性，循环次数以及保持时间。所述阻变存储器呈层状结构，自下而上依次为基底、底电极、本发明高稳定的黑磷纳米片构成的活性层(简称为黑磷活性层)，以及顶电极。

作为优选，所述黑磷活性层的厚度为100～150nm。

作为优选，所述顶电极的厚度为50～100nm。

作为优选，所述底电极的厚度为50～100nm。

所述基底材料不限，包括玻璃等

所述底电极材料包括但不限于Pt、Au、Al、ITO等。

所述顶电极材料包括但不限于Pt、Au、Al、ITO等。

本发明还提供了一种上述阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将包含本发明高稳定的黑磷纳米片的成膜剂通过旋涂、甩胶、印刷、涂覆在底电极上，制得黑磷活性层；

所述成膜剂中包含聚合物，所述聚合物包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)等中的一种或者几种。