[发明专利]一种二维过渡金属硫硒化物异质结忆阻器及其应用

说明书

本发明涉及一种二维过渡金属硫硒化物异质结忆阻器及其应用，该忆阻器由下至上依次为衬底、底电极层、阻变功能层和顶电极层，其中，所述阻变功能层为二维过渡金属硫硒化物异质结层。本发明将二维过渡金属硫硒化物异质结作为阻变功能层与衬底，底电极层和顶电极层组装成忆阻器，这种忆阻器具有快速开关过程、高密度集成、以及更低的能耗等优势，并且与传统硅基CMOS工艺兼容，适合大规模生产，有望运用在神经突触、图像识别、逻辑计算等领域。

技术领域

本发明属于二维异质结和信息存储技术领域，涉及一种二维过渡金属硫硒化物异质结忆阻器及其应用。

背景技术

二维过渡金属硫族化物及其异质结作为各种电子和光电器件的材料基石，特别是用于受大脑启发的神经形态计算系统的未来忆阻器和突触器件，受到越来越多的关注。但是单纯的二元过渡金属硫族化合物并不能满足日益增长的对扩大半导体带隙范围的要求，为了满足器件集成和系统越来越多样化的需求，急需开发具有更加广泛带隙范围的二维半导体，而合金化和构造异质结是常用策略。

对二维材料进行纵向堆叠或者平面组装而形成的二维材料异质结能够结合不同二维材料优异的物理特性，最大化的利用其性质多样化的特点。纵向堆叠异质结的层与层之间由较弱的范德华力连接，而横向组装异质结则通过化学键连接。由于剥离和转移技术的成熟，通过纵向堆叠形成的二维异质结获得了巨大的发展，但是仍然存在着转移过程薄膜易起皱，聚合物层难以清除，各组分之间存在气泡等问题，这使得纵向堆叠异质结难以满足大规模生产的需求。

中国专利ZL201910779092.0公开了一种二维材料异质结的忆阻器及其制备方法，该忆阻器自下而上包括衬底、底电极层、二维材料异质结层及顶电极层，其中，所述二维材料异质结层作为中间介质层，是由两种不同的金属硫化合物构成的两层叠层结构，该叠层结构中的每一层对应其中一种金属硫化合物。该专利中利用磁控溅射制备得到的两层金属单质薄膜质量不高，金属层之间的结合力较差，同时，两层金属单质在高温受热时会因为热膨胀系数不同，产生应力集中从而导致薄膜破裂。此外，该专利后续对两层金属单质进行直接硫化制备过渡金属硫化物异质结。由于金属单质之间的化学键的键能较大，要实现硫化则需要极高的温度(500-1000℃)。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种二维过渡金属硫硒化物异质结忆阻器及其应用，具有快速开关过程、高密度集成、以及更低的能耗等优势。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种二维过渡金属硫硒化物异质结忆阻器，由下至上依次为衬底、底电极层、阻变功能层和顶电极层，其中，所述阻变功能层为二维过渡金属硫硒化物异质结层。

进一步的，所述二维过渡金属硫硒化物异质结层的制备过程包括以下步骤：

(1)利用分子束外延法制备过渡金属硒化物；

(2)利用化学气相沉积法对过渡金属硒化物进行硫化，得到过渡金属硫硒化物；

(3)对过渡金属硫硒化物进行退火处理，即完成。

更进一步的，步骤(1)中，过渡金属硒化物的化学组成为MSe_x，层数为m，x≥1，m≥1，其中，M为过渡金属单质。

更优选的，步骤(1)中，分子束外延法所用的靶源为过渡金属单质M与硒。

更优选的，所述过渡金属单质M为铂或钯

更进一步的，步骤(2)的化学气相沉积法中，进行硫化所用的硫源为硫化氢或硫单质，所得过渡金属硫硒化物的化学组成为MSe_yS_(x-y)，y＜x。

更进一步的，步骤(2)的化学气相沉积法中，基底温度为100～800℃，硫化时间为1～500min。