[发明专利]一种MXene与NiO2

说明书

本发明涉及一种MXene与NiO₂复合材料忆阻器的制备方法，属于半导体器件制备技术领域，包括以下步骤：首先通过混合法制备MXene‑NiO₂水悬浮液；再利用等离子氧设备对目标衬底进行表面清洁处理，并旋涂一层APTES增强目标衬底的粘附性；然后水悬浮液旋转涂覆在目标衬底上，并高温退火；最后利用电子束蒸发设备在MXene‑NiO₂复合材料薄膜上沉积金属顶电极。本发明制作的忆阻器是简单的三明治结构，易于三维集成，与CMOS等器件兼容，能够实现电阻阈值转换的功能，并可实现作为人工突触用于神经网络。

技术领域

本发明属于半导体器件制备技术领域，具体涉及一种MXene与NiO₂复合材料忆阻器的制备方法。

背景技术

在传统的电子计算机中，冯·诺伊曼架构造成了所谓计算模块和存储单元分离的瓶颈，这种瓶颈使得中央处理单元从存储单元读取数据，然后以命令的形式执行数据，延迟时间长，功耗高。之前的研究发现模仿人类大脑的计算机结构，即神经形态计算机，是解决这一瓶颈的唯一办法。由于计算模块和存储单元的融合，人脑中的神经元网络可以有效地处理复杂的任务。因此，为了模仿和再现人类大脑的结构，学术和工业研究人员正在积极探索神经形态计算机，这需要使用人工类生物突触设备进行信息处理和存储。另一方面，在“摩尔定律”的指导下，以互补金属氧化物半导体(CMOS)器件为代表的微电子器件呈现出数量和集成度快速增长的趋势，器件尺寸也进一步下降。然而，随着科学技术的持续发展，传统的硅基浮栅结构存储器正在面临物理上的诸多限制，同时芯片能耗也在快速地增长，并且减小器件尺寸需要更昂贵的价格成本和时间成本，这些问题导致器件集成度的增长趋势逐渐放缓。忆阻器是可以解决这些问题的代表性技术之一，作为新一代的非易失存储器，忆阻器由于具有低廉的成本、简单的器件结构、极小的单元尺寸、高速低功耗以及与CMOS工艺兼容等优点受到广泛关注，被认为是最适合3D集成的非易失性存储器。忆阻器是一种具有记忆功能的非线性电阻器，因此也用来实现人工突触。同时，忆阻器具有显著的数据处理能力，优于目前的冯·诺伊曼架构，因此忆阻器可以更好地在生物尺度上进行模拟和计算。

MXene作为材料拥有的优异的结构稳定性与独特的化学性质使其广泛的应用在忆阻器设备、超级电容器和锂离子电池等方面并获得了理想的性能。Ti₃C₂T_x是目前研究最为广泛的一种MXene料，其电导率在6000-8000S/cm，Ti₃C₂T_x优异的机械柔韧性使其有作为柔性电极材料的潜力。此外，Ti₃C₂T_x化学性质稳定，具有抗电磁干扰能力、可调的层间距和较高的载流子迁移率。目前，基于Ti₃C₂T_x-MXene的记忆电阻器仿照神经形态行为实现快速脉冲调制时间已得到诸多报道。然而，类金属的MXene自身迁移率很高，限制了其电阻状态，增加了额外的功耗，MXene忆阻器循环寿命不高，阻变窗口即高阻态和低阻态的比值较小。此外，Ti₃C₂T_x-MXenes本身缺陷较多，离子空位很难激发，阻变性能不够稳定。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种MXene与NiO₂复合材料忆阻器的制备方法，MXene-NiO₂复合材料作为三明治结构的中间层复合材料隔离顶电极和底电极，NiO₂均匀的分散在MXene表面，实现忆阻器的阻变性能和突触性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种MXene与NiO₂复合材料忆阻器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：