[发明专利]一种基于In/Au电极的硒化铟忆阻器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于In/Au电极的硒化铟忆阻器的制备方法，属于半导体器件领域。本发明所述的制备铟金电极的铟硒忆阻器的方法包括如下步骤：先利用机械剥离技术分别得到少层的InSe和h‑BN薄膜；之后通过干法转移技术将h‑BN薄膜转移至干净的衬底表面，再用转移平台将少层InSe转移到h‑BN正上方；最后蒸镀电极，得到所述的铟硒忆阻器。本发明的制备方法简单，且制备的光电探测器兼有存储窗口大、稳定性好、较长持久性等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于In/Au电极的硒化铟忆阻器的制备方法，属于半导体器件领域。

背景技术

随着大数据时代的到来和信息爆发式增长，人们对计算机信息处理速度和存储单元性能的需求日益提高，过去十几年中，研究人员致力于晶体管尺寸的小型化，提高集成度。然而后摩尔时代芯片尺寸减小、集成度提高的同时却伴随着一系列严峻的问题：一方面集成度不断提高往往伴随着功耗提升、短沟道效应以及热载流子效应等问题；另一方面器件尺寸已经达到纳米级别，进一步缩减将耗费大量工艺成本，不利于半导体行业的持续发展，因此通过提升工艺来提高冯·诺依曼架构性能的难度越来越大。除此之外庞大的数据量使得传统冯诺依曼架构中“冯诺依曼瓶颈”和“存储墙”问题日益凸显。相反，人脑以低功耗并行处理信息，具有信号处理、记忆和学习功能。受大脑强大的多任务计算能力的启发，能够执行巨大的并行和节能计算类脑结构——人工神经网络(ANN)的研究引起了科研界的广泛兴趣。因此忆阻器，即通常由两个金属电极和电阻开关(RS)介质制成的存储电阻器，作为神经形态计算机的基础部件成为当下研究的热点。

长期以来，人们认为原子薄绝缘层的RS层中的漏电电流可能会导致忆阻器的性能恶化，且无法控制灯丝的形成和开关电压。因此，忆阻器需要一些新的材料、结构与机理来完善其发展。2015年清华大学任天令课题组采用转角双层石墨烯，结合氧化铝作为离子传输层，首次实现二维类突触器件的可塑性调制；2015年Mark C.Hersam等人报告了基于晶界(GBs)的单层MoS₂忆阻行为；2016年夏丰年课题组利用BP的2nm PO_X和BP通道之间的电荷转移实现了突触行为；2017年南京大学万青课题组首次提出了以聚乙烯醇质子作为传输层的机械剥离MoS₂的多端口神经形态晶体管；2020年何军等人使用MoS₂、六方氮化硼(h-BN)和CuInP₂S₆(CIPS)构建双栅极2D铁电范德华异质结，该器件显示了创纪录的高性能。这一系列研究表明，二维材料在非易失性存储器中发挥重要作用。硒化铟(InSe)作为二维材料的一员，凭借其超高的本征迁移率和中等的电子带隙，在光电子器件领域被越来越多的人应用。然而，到目前为止，关于二维层状InSe材料的非易失性电阻开关行为的报道非常少。2021年颉文静课题组通过在空气中退火实现了InSe纳米片非易失性双极电阻开关行为和高开/关比，但是该方法持久性较差，相对复杂，极大地限制了忆阻器的应用。

发明内容

[技术问题]

目前为止，关于二维层状InSe材料的非易失性电阻开关行为的报道非常少，且方法较为复杂，可控性能差。

[技术方案]

为了解决上述问题，本发明通过干法转移技术将少层InSe样品转移至带有氮化硼(h-BN)做介质层的硅基衬底上，InSe样品采用18nm厚的薄层样品，h-BN厚度大约15nm；该方法特别之处在于我们不使用传统的Ni/Au作为电极而是选用了In/Au(10nm/40nm)作为电极，镀有In/Au电极的器件表现出非易失性电阻开关行为，该操作简单，持久性强，性能对比优势明显；电子束镀铟的过程中在InSe表面形成了一个缺陷层，该缺陷层作为电子传输层与InSe通道之间的电荷转移实现了忆阻行为，制备方法简易、忆阻器件储存窗口大、不易遗失。