[发明专利]一种基于有机溶液的柔性忆阻器及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于有机溶液的柔性忆阻器及制备方法，该忆阻器正极为金属，负极为碳，阻变介质为基于n‑Bu₄NPF₆的乙腈(CH₃CN)有机溶液，依靠上述两种有机介质作为良好的P型半导体材料在偏压下产生的空穴和电子作为载流子，通过空穴和电子迁移产生量的变化来引起器件电阻量的变化，最终实现忆阻器电阻的变化。本发明还提供了一种易于物理实现、制备工艺简单、质量稳定、高循环性、成本低廉、生产效率高的液体柔性忆阻器的制备方法。本发明采用了有机溶液作为介质层、以偏压条件下有机溶液中空穴和电子迁移产生量的变化来实现忆阻性能，不仅利用界面反应增大了反应效率，还可以根据不同需要来调节有机溶液的浓度，进而实现忆阻性能的调节。

技术领域

本发明涉及微纳电子器件和非线性电路应用领域，尤其涉及一种基于有机溶液的柔性忆阻器及制备方法。

背景技术

忆阻器，又名记忆电阻，被认为是电阻、电感和电容之外的第四种电路基本原件。被视为下一道非易失性存储器技术，能够实现0/1存储，具有高速、低功耗、易集成，以及与CMOS工艺兼并等优势，能够满足下一代高密度信息存储和高性能计算对通用型电子存储器的性能需求。1971年，加州大学伯克利分校的蔡少棠教授(Leon chua)从物理量的对称性和完备性的角度考虑，预测该电路元件为第四种基本电路元件。2008年，惠普实验室首次在实验中构筑了实物忆阻器，证明了蔡少棠教授的预测，得到了科学界的广泛关注和认同。忆阻器实际就是一个具有电荷记忆功能的非线性电阻，并兼具密度高、尺寸小、功耗低、非易失性等特点，被认为是发展下一代新型非易失性存储技术的理想方案之一。随着惠普实验室的发现，各大科研究机构和高校也都纷纷投入对忆阻器的研究之中，成为信息、材料领域的研究热点。此外，忆阻器的阻变行为与生物体神经可塑性有着高度的相似性，因而在发展神经突触仿生器件及神经形态计算机等方面具有潜力。

现有的忆阻器的结构是惠普公司实验室研究人员在2008年5月出版的《自然》杂志上发表论文中将纳米级的双层二氧化钛半导体薄膜夹在由Pt制成的两根纳米线之间，三明治结构。众所周知的忆阻器制造模型实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器。通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”。则这种电阻就可以实现存储数据的功能。公认的忆阻器制造模型是由两根Pt纳米线之间夹一层纳米级的缺氧二氧化钛薄膜和中性二氧化钛薄膜构成，虽然结构简单，但是开关速度相对比较低。尽管国内外许多大学和研究机构也开展了卓有成效的研究工作，取得了一些不输于国外同行的优秀研究成果。但我们也要看到，作为一个基本的电路元件来说，忆阻器研究才刚刚起步，主要表现在以下几个方面：

(1)近年来不断有新的忆阻材料及忆阻体系报道，但目前物理实现的忆阻器模型还很少且相对单一，尚无统一的普适模型对忆阻器行为进行描述。

近年来报道的实物忆阻器大都是针对某类应用或模拟某种功能，如高密度非易失性存储器、Crossbar Latch(交叉点阵逻辑门)技术、模拟神经突触，而提出的。其大多采用与HP忆阻器相类似的开关模型和工作机理，且制作工艺复杂、成本高，对于研究忆阻器特性、忆阻电路理论以及电子电路设计等不具有一般性和普适性。

(2)已报道的实物忆阻器的制备，在原材料选择和制备工艺方法上要求高、条件苛刻，条件一般的实验室或科研单位难以完成相关实物忆阻器元件的制备。

在忆阻器的物理实现上，现有技术中，忆阻器的制备方法，其主要缺点和不足在于：

(1)制备工艺复杂，制备周期长，所制备出的忆阻器忆阻性能较弱，只适用于低频信号。

原因在于，其阻变层大多是以陶瓷材料沉积在下电极表面上的，其材料本身内部结构致密，晶格缺陷和空穴数量偏少。

(2)所制得的忆阻器材质硬而脆，易因碰撞、弯折等导致破裂或损伤，不是柔性忆阻器。

此外，还存在工艺条件相对严苛，产品率偏低的问题和不足。

发明内容