一种基于挠曲电效应的忆阻器及其制备方法

本发明涉及基于二维层状薄膜挠曲电效应的忆阻器制备相关，利用ebl技术图形化衬底，以悬空且弯曲的硒化铟作为沟道，通过弯曲结构诱导挠曲电效应，从而实现高性能忆阻器的功能。

背景技术：

1、二维材料具有可调的带隙，层数减少的间接带隙向直接带隙的转变，以及由反转对称破碎引起的强自旋轨道耦合等优点。这些特殊的性质使得二维材料在光电和机电应用方面非常有前途。

2、硒化铟是一种具有优异电学性能的二维材料，具有超高载流子迁移率、层间可调带隙、弹性形变能力大等优良的基本特性，是二维层状半导体材料中的一颗新星。层状二维材料硒化铟单层带隙为1.2-1.8 ev，具有高达1000 cm 2 v−1 s−1的固有电子迁移率和较小的有效电子质量，这使其成为低功耗器件和特殊开关器件的绝佳候选者。相较于传统的忆阻器器件，基于悬空且弯曲的硒化铟沟道的忆阻器能够实现高开关比，大窗口的忆阻器功能，进一步丰富了硒化铟器件的应用场景，同时也为基于二维材料忆阻器的发展提供了一种思路。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于挠曲电效应的忆阻器及其制备方法。其制备方法适用的忆阻器是以悬空且弯曲的硒化铟作为沟道。该方法通过电子束光刻技术工艺和热蒸镀的方式在洗净的硅/二氧化硅片衬底上制备预先设计好的图形化电极，接着将机械剥离的少层二维层状材料硒化铟，通过干法进行定向转移到图形化电极上，通过该方法可以在沟道区域诱导并产生挠曲电效应，从而提高忆阻器器件的性能。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种基于挠曲电效应的忆阻器的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

4、步骤1：制备电极矩阵

5、a1：清洗衬底

6、利用金刚石刀切割表面有90-300 nm厚的二氧化硅的p型重掺硅衬底，切割成边长为1-4cm的正方形，将其依次放入丙酮、异丙醇和去离子水中，超声清洗10-20 min，清洗完成后利用氮气枪吹干表面备用，至此完成衬底的清洗；

7、a2：图形化衬底

8、在洗净的导电衬底上旋涂300-350 nm厚度的聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶；然后按照预先设计的电极图案进行电子束曝光；曝光后，进行显影与定影，曝光后的光刻胶溶解于显影液，留下电极结构；

9、a3：蒸镀忆阻器源、漏电极

10、将图形化的衬底固定到热蒸发镀膜仪顶部的样品板上，在蒸发的两个钨舟分别放入2-3颗金颗粒以及2-3颗铜颗粒，酒精擦拭腔室门后关闭腔室；接着打开机械泵和分子泵将腔室抽至真空态；先蒸镀100-200 nm的铜膜，再蒸镀50-100 nm的金膜；

11、a4：除胶

12、将蒸镀完的图形化衬底，浸泡在丙酮溶液中进行除胶，用胶头滴管吸取丙酮溶液吹掉衬底表面被除掉的光刻胶，除胶完成后，利用氮气枪吹干，即可得到具有1-5微米间距的电极矩阵，至此完成电极矩阵的制备；

13、步骤2：制备硒化铟沟道层

14、b1：硒化铟沟道层的制备

15、利用酒精将实验用具镊子、刀片和载玻片擦拭干净，将蓝膜胶带裁剪至2厘米×5厘米，用镊子夹取2毫米×2毫米的硒化铟块材放置在蓝膜胶带中央，通过反复对折使硒化铟块材变为少层；选取1厘米×1厘米的pdms粘贴在洁净的载玻片上，然后将含有少层硒化铟材料的蓝膜胶带黏贴在平整的pdms上，轻压数下后缓慢抬起使蓝膜胶带与pdms分离；打开光学显微镜并调整其感光度，将粘有硒化铟材料的载玻片置于光学显微镜下观察，寻找质地均匀、厚度以及30微米×30微米的硒化铟层作为目标材料；然后用刀片将pdms裁剪至5毫米×5毫米，作为目标载玻片；

16、步骤3：硒化铟薄膜材料的转移

17、c1：转移硒化铟薄膜材料

18、打开转移台的控制开关以及显微镜屏幕，然后打开氮气瓶使气浮台处于水平状态；借助水平仪检查转移台的水平状态，若其未处于水平状态调整使其处于水平状态；将步骤1中制备的衬底放置在载物台上，通过调节变倍环以及粗/细准焦螺旋聚焦到衬底表面，通过调整载物台移动轴x/y轴使目标衬底置于显微镜视野中央，然后打开机械泵使衬底吸附在载物台上；将步骤b1中制备的目标载玻片的一端固定在夹具台上并将其移动至显微镜视野范围内，在低倍镜下寻找步骤b1中制备的目标硒化铟并通过调整粗/细准焦螺旋使显微镜聚焦至目标硒化铟材料表面；通过控制夹具台z轴旋钮使目标载玻片缓慢下降至距衬底1-2厘米的位置，调整显微镜的放大倍数使其在最大倍数下标记目标硒化铟材料的轮廓以及目标衬底的位置，通过调整载物台以及夹具台的x/y轴使二者位置相对应，随后控制夹具台z轴下降至接近衬底表面同时调整焦距使其始终能够聚焦到载玻片上的pdms以及目标衬底上；待显微镜屏幕看到波纹时迅速下压使目标硒化铟材料与衬底贴合，待其完全重合后缓慢上移z轴直至pdms与目标硒化铟材料完全分离，至此完成硒化铟层的转移，取出转移完硒化铟层的衬底，制得所述的基于挠曲电效应的忆阻器。

19、一种上述方法制得的基于挠曲电效应的忆阻器。

20、本发明与现有技术相比，最大的优势在于：本发明操作流程更加简单、成本低廉；在传统的二维材料忆阻器的基础上，引入悬空且弯曲的硒化铟作为沟道，沟道区域诱导的挠曲电效应能够显著提高器件的性能。

技术特征：

1.一种基于挠曲电效应的忆阻器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

2.一种权利要求1所述方法制得的基于挠曲电效应的忆阻器。

技术总结
本发明公开了一种基于挠曲电效应的忆阻器及其制备方法，所述忆阻器以两端支撑金属作为电极，悬空且弯曲的硒化铟作为沟道。首先，用电子束光刻技术制备图形化衬底，获得电极矩阵；通过机械剥离专用蓝胶带对硒化铟晶体进行减薄；然后，用聚二甲基硅氧烷将薄片晶体从蓝胶带上取下并对其再次减薄，在光学显微镜下选取样品；接着，借助二维材料定向转移辅助平台将选取的样品转移到电极矩阵上，由此制备所述的忆阻器。本发明所用材料安全环保，成本低廉，结构简单、制备过程易操作，进一步扩展了二维材料的应用。

技术研发人员：胡志高,邓梦晗,高照谭,张金中,褚君浩
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12