本发明涉及存储器技术领域，尤其涉及一种基于无机钙钛矿的多级阻变存储器及制备方法与应用。
背景技术：
阻变存储器是一种利用电阻转变效应制作的存储器，主要是利用阻变层中薄膜材料电阻的可逆改变来存储信息。阻变存储器的基本结构为底电极／阻变层／顶电极的十字交叉阵列结构，即上下电极为垂直相交，存储介质夹在当中。然而，当前研究的阻变存储器多为传统的二级存储器，即存储态仅仅只有0和1两种，导致存储器的存储密度被极大程度地限制，同时造成存储窗口值较小。
因此，现有技术还有待发展。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于无机钙钛矿的多级阻变存储器及制备方法与应用，旨在解决现有的二级存储器存储窗口值较小，稳定性不足，不易调控的问题。
本发明的技术方案如下：
一种多级阻变存储器，从下至上依次包括：基底、透明底电极、cspbbr3钙钛矿阻变层和顶电极。
所述的多级阻变存储器，其中，所述cspbbr3钙钛矿阻变层的厚度为25-45nm。
所述的多级阻变存储器，其中，所述cspbbr3钙钛矿阻变层的厚度为30nm。
一种如上所述的多级阻变存储器的制备方法，包括：
步骤a、在基底上制作透明底电极；
步骤b、在所述透明底电极上制作cspbbr3钙钛矿阻变层；
步骤c、在所述cspbbr3钙钛矿阻变层上制作顶电极，得到所述多级阻变存储器。
所述的多级阻变存储器的制备方法，其中，所述步骤b中，所述cspbbr3钙钛矿阻变层通过以下制备方法制备得到：
步骤b1、分别制备pbbr2的dmf溶液和csbr的甲醇溶液；
步骤b2、将所述pbbr2的dmf溶液旋涂在所述透明底电极上，并干燥；
步骤b3、将干燥后的样品含pbbr2的一面浸入所述csbr的甲醇溶液中5-15min，然后取出并退火，形成cspbbr3钙钛矿阻变层。
所述的多级阻变存储器的制备方法，其中，所述步骤b1中，所述csbr的甲醇溶液的浓度为12-18mg/ml。
所述的多级阻变存储器的制备方法，其中，所述步骤b2中，旋涂的速度为3000rpm-4500rpm。
所述的多级阻变存储器的制备方法，其中，所述步骤b2中，干燥的条件为：70-80℃下干燥25-35min。
所述的多级阻变存储器的制备方法，其中，所述步骤b3中，退火的条件为175-185℃下退火1-2h。
一种如上所述的多级阻变存储器，应用于非易失型存储器领域。
有益效果：本发明提供了一种如上所述的多级阻变存储器，本发明将cspbbr3钙钛矿薄膜单独作为阻变层，由于cspbbr3钙钛矿具有良好的光电特性，可以通过吸收不同波段的光来改变材料高阻态电阻值，使得基于cspbbr3钙钛矿的多级阻变存储器具有多阻态，测试表明其开关比超过5000，满足大于1000的要求。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于无机钙钛矿的多级阻变存储器的结构示意图。
图2为本发明实施例1的基于无机钙钛矿的多级阻变存储器在不同光照强度下的电学测试性能对比图。
图3为本发明实施例1的基于无机钙钛矿的多级阻变存储器在不同阻变层厚度情况下的电学测试性能对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于无机钙钛矿的多级阻变存储器及制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，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。
本发明的多级阻变存储器的结构示意图如图1所示，从下至上依次包括：基底1、透明底电极2（例如ito或azo）、cspbbr3钙钛矿阻变层3和顶电极4；具体地，所述透明底电极可采用ito或azo来制作，所述顶电极可选用al、au或ag等导电性良好的金属材料制作，厚度约30nm。
本发明将cspbbr3钙钛矿薄膜单独作为阻变层，由于cspbbr3钙钛矿具有良好的光电特性，可以通过吸收不同波段的光来改变材料高阻态电阻值，使得基于cspbbr3钙钛矿的多级阻变存储器具有多阻态，并且开关比大于1000。
优选地，所述cspbbr3钙钛矿阻变层的厚度为25-45nm。阻变层厚度太厚，开启电压就增大，器件耗能增加；阻变层厚度太薄，虽然开启电压会减小，功耗减少，但是会造成器件不稳定（电流-电压曲线不稳定），会影响存储性能。上述厚度范围内能保证器件稳定工作且耗能在可接受的范围内。
进一步优选地，所述cspbbr3钙钛矿阻变层的厚度为30nm。此厚度下，在器件工作稳定性以及能耗方面，综合性能更好。
本发明还提供了一种如上所述的多级阻变存储器的制备方法，包括：
步骤a、在基底上制作透明底电极；
步骤b、在所述透明底电极上制作cspbbr3钙钛矿阻变层；
步骤c、在所述cspbbr3钙钛矿阻变层上制作顶电极，得到所述多级阻变存储器。
具体地，可以在基底上镀透明导电膜，然后蚀刻成电极，然后制作cspbbr3钙钛矿阻变层，优选的一种cspbbr3钙钛矿阻变层的制备方法，包括：
步骤b1、分别制备pbbr2的dmf溶液和csbr的甲醇溶液；
步骤b2、将所述pbbr2的dmf溶液旋涂在所述透明底电极上，并干燥；
步骤b3、将干燥后的样品含pbbr2的一面浸入所述csbr的甲醇溶液中5-15min，然后取出并退火，形成cspbbr3钙钛矿阻变层。
相比传统的氧化物介质的材料，需要使用磁控溅射、等离子体氧化等方法，本发明通过使用两步溶液沉积法制备cspbbr3薄膜作为阻变层，方法简单，易于大批量生产，特别适合工业应用。
优选地，所述步骤b1中，所述csbr的甲醇溶液的浓度为12-18mg/ml。
优选地，所述步骤b2中，旋涂的速度为3000rpm-4500rpm。
上述浓度和旋涂速度下，可根据需要的厚度进行调节，制得均匀的cspbbr3钙钛矿薄膜。
优选地，所述步骤b2中，干燥的条件为：70-80℃下干燥25-35min。
优选地，所述步骤b3中，退火的条件为180℃下退火1-2h。
上述制备条件下，可制得均匀的、内部应力充分释放的cspbbr3钙钛矿薄膜。
本发明还提供了一种如上所述的多级阻变存储器的应用。本发明的存储器具有多级阻变存储器的性能，存储窗口值大，存储性能稳定性、易调控，在非易失型存储器领域具有广泛的前景，关于cspbbr3钙钛矿薄膜具有多阻态、应用于非易失型多级阻变存储器中，目前并没有相关报道。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）超声清洗ito玻璃，并蚀刻形成ito透明电极；然后用氮气枪吹干玻璃表面，并用真空干燥箱以120℃的温度烘烤30min，再用紫外光臭氧照射15min待用。
（2）将30mg的csbr粉末溶解在2ml甲醇中，并将混合后的溶液放置在密封容器内加热10min，得到csbr的甲醇溶液。
将367mg的pbbr2粉末搅拌溶解在1ml的二甲基甲酰胺（dmf）溶剂中，并放置在加热台上，以75℃的温度加热5h，然后采用0.22μm孔径大小的ptfe材质过滤器过滤，得到pbbr2的二甲基甲酰胺（dmf）溶液。
（3）将步骤（1）的含ito电极的玻璃预热至75℃，然后将配好的pbbr2溶液以4000rpm的转速旋涂在玻璃的电极面，旋涂40s，再在75℃的温度下干燥30min。
干燥后，将玻璃含pbbr2的面浸在50℃的csbr溶液中10min，然后立即在180℃的加热台上退火1.5h，形成30nm厚的cspbbr3钙钛矿阻变层。
（4）在真空度为4×10-4pa的条件下，以热蒸发的形式通过掩模版制作30nm厚的银电极，得到基于cspbbr3的多级阻变存储器。
按照上述方法，分别制作cspbbr3钙钛矿阻变层厚度为10nm和60nm的对照样品。
性能测试
对实施例1中cspbbr3钙钛矿阻变层为30nm厚的多级阻变存储器进行电学性能测试，如图2所示，在不同的光照强度（l1=0，即无光照，l2=0.041，l3=0.069，l4=0.12，l5=0.153，单位为mw/cm2）下，随着光照强度的增大，高阻态的电流值发生明显的变化，依据其变化值的多级变化可以实现多级存储。
阻变层厚度对本发明的多级阻变存储器的电学性能的影响，如图3所示，阻变层厚度越厚，开启电压就越大，器件耗能就会增加；阻变层厚度越薄，开启电压会减小，功耗减少，但是如果太薄就会造成器件不稳定，相应的电流-电压曲线就会不稳定，影响存储性能的稳定性。本发明的多级阻变存储器中，cspbbr3钙钛矿阻变层的厚度为25-45nm（优选30nm）可获得较好的综合性能。
综上所述，本发明提供了一种基于无机钙钛矿的多级阻变存储器及制备方法与应用，本发明将cspbbr3钙钛矿薄膜单独作为阻变层，由于cspbbr3钙钛矿具有良好的光电特性，可以通过吸收不同波段的光来改变材料高阻态电阻值，使得基于cspbbr3钙钛矿的多级阻变存储器具有多阻态，测试表明其开关比超过5000，满足大于1000的要求；相比传统的氧化物介质的材料，需要使用磁控溅射、等离子体氧化等方法，本发明通过使用两步溶液沉积法制备cspbbr3薄膜作为阻变层，方法简单，易于大批量生产，特别适合工业应用；并且cspbbr3钙钛矿薄膜应用在阻变存储器中具有多级阻变存储性能为本发明的另一发现。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。