一种基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]忆阻器，又称记忆电阻，是一类具有电阻记忆效应的非线性电路元件，它能随着外加电量的变化来改变电阻态，由此实现记忆功能。目前忆阻器是已知的功能最接近神经元突触的电子器件，能够模拟生物对外界环境刺激的响应行为。忆阻器特殊的电学性能为人工神经网络的实现提供了可能，也促进了电子皮肤的发展。
[0003]但是，现有的忆阻器中的忆阻材料通常为无机金属氧化物、硫化物、纳米颗粒聚集体等，这些材料的力学性能难以与电子皮肤相兼容。而近年兴起的有机忆阻器件为这一问题的解决带来了转机，但是，仍有许多障碍始终难以逾越，例如有机阻变存储器在材料的生物兼容性、多态存储与“模拟计算”、弯曲条件下性能可重复性等方面均有所限制，难以完全符合电子皮肤的要求。目前有机忆阻器件多数是基于硅衬底的场效应晶体管，所采用的有机化合物通常为芳香族化合物，存在器件结构复杂、制备有污染等问题，另外由于所用衬底为不具备弯曲特性的硅衬底，与电子皮肤的兼容性也不好。
[0004]因此，有必要提供一种能与电子皮肤兼容的有机忆阻器件，且能够实现高密度存储，模拟生物突触的功能，并可应用到电子皮肤中。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件，用以解决现有技术中有机忆阻器件不具备弯曲特性，与电子皮肤的兼容性不好，无法实现多态存储的问题。
[0006]第一方面，本发明提供了一种基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件，包括:
[0007]柔性衬底，以及
[0008]形成在所述柔性衬底上的底电极，以及
[0009]形成在所述底电极之上的有机铁电薄膜层，以及
[0010]形成在所述有机铁电薄膜层之上的上电极；
[0011 ] 其中，所述有机铁电薄膜层的材料为偏氟乙烯基铁电聚合物。
[0012]本发明实施方式中，所述偏氟乙烯基铁电聚合物包括聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-CFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-氯化三氟乙烯)[P (VDF-CTFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)[P (VDF-HFP)共聚物]、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CFE)三聚物]、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯化三氟乙烯)[P (VDF-TrFE-CTFE)三聚物]及聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯)[P (VDF-TrFE-HFP)三聚物]中的一种或几种的混合物。
[0013]本发明一优选实施方式中，所述有机铁电薄膜层的材料为聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)共聚物]，其中，偏氟乙烯与三氟乙烯的单体摩尔比为75:25。
[0014]本发明实施方式中，所述有机铁电薄膜层的厚度为100-300nm。
[0015]本发明实施方式中，所述柔性衬底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯和聚丙烯中的任意一种。
[0016]本发明实施方式中，所述有机铁电薄膜层夹在所述上电极、所述底电极之间，所述上电极与所述底电极构成十字交叉结构。
[0017]本发明实施方式中，所述底电极的材料包括Pt、Ag、Cu和ITO中的任意一种。
[0018]本发明实施方式中，所述上电极的材料包括Pt、Ag、Cu和ITO中的任意一种。
[0019]本发明实施方式中，所述上电极的厚度为100-300nm。
[0020]本发明实施方式中，所述底电极的厚度为100-300nm。
[0021]本发明实施例第一方面提供的基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件，所用偏氟乙烯基铁电聚合物的铁电性能优越，电阻状态能连续地改变，具有非易失存储特性；其衬底为柔性衬底，可弯曲，能与电子皮肤系统相兼容，完成无缝对接，因此能实现多态存储，具备忆阻性能，且具有良好的能与电子皮肤兼容的力学性能，能模拟生物神经突触的功能。
[0022]第二方面，本发明提供了一种基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件的制备方法，包括以下步骤:
[0023]提供柔性衬底，
[0024]在所述柔性衬底之上制备底电极，
[0025]在所述底电极之上制备有机铁电薄膜层，以及
[0026]在所述有机铁电薄膜层之上制备上电极；
[0027]其中，所述有机铁电薄膜层的材料为偏氟乙烯基铁电聚合物。
[0028]本发明实施方式中，所述有机铁电薄膜层采用蒸镀、磁控溅射或涂覆的方式制备。
[0029]本发明实施例第二方面提供的基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件的制备方法，工艺简单、成本低廉、污染小，其工艺技术能与现有半导体工艺完全兼容。
【附图说明】
[0030]图1是本发明实施例基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件的结构示意图；
[0031]图2是本发明实施例基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件的制备流程图；
[0032]图3是本发明实施例2中有机铁电薄膜的制备示意图；
[0033]图4是本发明实施例2中基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件的主结构示意图；
[0034]图5是本发明实施例2制备的基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件模拟生物突触的记忆功能的效果图；
[0035]图6是本发明实施例2制备的基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件模拟生物突触的尖峰时间可塑性的效果图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图及实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]实施例1
[0038]结合图1，本发明实施例提供了一种基于有机铁电薄膜材料的忆阻器器件，包括:
[0039]柔性衬底101，以及
[0040]形成在所述柔性衬底上的底电极102，以及
[0041]形成在所述底电极之上的有机铁电薄膜层103，以及
[0042]形成在所述有机铁电薄膜层之上的上电极104，其中，所述有机铁电薄膜层的材料为偏氟乙烯基铁电聚合物。
[0043]从图1可知，所述忆阻器器件的基本结构为三明治结构，其中所述有机铁电薄膜层103夹在所述上电极104、所述底电极102之间。
[0044]本发明实施方式中，所述偏氟乙烯基铁电聚合物包括聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-CFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-氯化三氟乙烯)[P(VDF-CTFE)共聚物]、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)[P(VDF-HFP)共聚物]、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CFE)三聚物]、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯化三氟乙烯)[P(VDF-TrFE-CTFE)三聚物]及聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯)[P(VDF-TrFE-HFP)三聚物]中的一种或几种的混合物。偏氟乙烯基铁电聚合物的机械强度高、柔韧性好、轻薄、绝缘性强、易于成膜，且易于集成，存储密度高。
[0045]本实施例中，所述有机铁电薄膜层103的材料为聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P (VDF-TrFE)共聚物]，其中，偏氟乙烯与三氟乙烯的单体摩尔比为75:25。
[0046]本发明实施方式中，所述有机铁电薄膜层103的厚度为100-300nm。本实施例中，厚度为300nmo
[0047]本发明实施方式中，所述柔性衬底101的材料可为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯和聚丙烯中的任意一种，但不限于此。本实施例中，所述柔性衬底101的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
[0048]在本发明一优选实施例中，所述有机铁电薄膜层103夹在所述上电极104、所