[发明专利]一种全无机钙钛矿薄膜的多态高稳定性阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全无机钙钛矿薄膜的多态高稳定性阻变存储器及其制备方法：首先利用固相反应法制备出CsPbBr₃粉末，将此粉末溶解于溶剂之中获得均匀溶液；选择合适的衬底并在其表面沉积一层金属薄膜作为下电极材料，将制备的溶液旋涂于沉积有下金属电极的衬底之上，在惰性气体环境中(如氮气或者氩气)退火得到CsPbBr₃薄膜阻变层；最后利用掩模版在CsPbBr₃薄膜之上沉积金属电极作为上金属电极，即获得高稳定性的阻变存储器；通过调控饱和电流，使得制备的阻变器件具有多态特性。本发明所述的具有多态及高稳定特性阻变存储器具有结构简单、经济低耗、性能优异和稳定性好的优点。

技术领域

本发明涉及半导体材料与非易失性存储器领域，具体涉及一种基于全无机钙钛矿CsPbBr₃薄膜的具有多态及高稳定特性阻变存储器的制备方法。

背景技术

阻变存储器具有功耗低、集成密度高、转变速度快、多态存储能力以及非易失等特性，被认为是未来最具有前景的存储器技术。阻变存储器的结构一般具有上金属电极/阻变存储层/下金属电极的三明治结构，通过调节工作电压的大小和幅度来实现数据的存储。目前，许多钙钛矿材料制备的器件都呈现出阻变存储特性，比如SrTiO₃、BaTiO₃和BiFeO₃等。但是目前基于传统钙钛矿材料的阻变器件通常需要较高的制备温度和较脆弱的陶瓷特性等缺点，制约了其进一步的产业化应用。

近年来，由于在发光二极管、太阳能电池、光电器件和存储器等领域的广泛应用前景，具有ABX₃结构的卤化物钙钛矿吸引了人们的关注。卤化物钙钛矿具有非常优异的性质，比如：较小的激子结合能、较长的载流子长度等优点。目前主要研究的卤化物钙钛矿为有机无机杂化材料，但是由于有机基团的存在，基于有机无机杂化钙钛矿的阻变器件具有内在的不稳定性，其性能受水蒸气和温度的影响较大，制备的器件具有较高的波动性。因此，为了解决这个问题，用稳定性高的无机离子取代有机基团，制备全无机钙钛矿成为一个研究目标，从而实现具有更高稳定性的阻变器件，具有深远的研究意义。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种基于全无机钙钛矿CsPbBr₃薄膜的具有多态及高稳定特性阻变存储器的制备方法。本发明制备工艺简单，实验条件容易达成，制备的器件具有结构简单、性能优异并且稳定性好的优点，在半导体材料与非易失性存储器领域具有广阔的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全无机钙钛矿薄膜的多态高稳定性阻变存储器的制备方法，包含如下步骤：

1)将溴化铅和溴化铯粉末以摩尔比为1:1混合均匀，研磨混合均匀；然后将混合均匀的粉末至于氮气环境中煅烧，自然冷却后得到浅黄色的CsPbBr₃粉末；

2)将二甲基亚砜(无水溶剂级)滴入步骤1)制得的CsPbBr₃粉末中，并缓慢均匀的搅拌使其全部溶解得到溶液；

3)将步骤2)配置好的溶液旋涂在沉积有厚度为100～300纳米的金属薄膜的衬底上，旋涂的总时间为30～60秒，在旋涂的开始后的10秒，按照每3.6701g溴化铅加入两滴氯苯溶液(32.5微升/滴)；将制备的薄膜置于氮气环境中在120℃的温度下退火40分钟，自然冷却后得到CsPbBr₃薄膜，作为阻变存储器的阻变层；

4)利用直径为20～200微米的圆形掩模版，将厚度为50～120纳米金属沉积在CsPbBr₃薄膜上，作为阻变存储器的上电极。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的全无机钙钛矿薄膜的多态高稳定性阻变存储器及其制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：