一种单极性横向忆阻器及其制备方法

本发明属于非易失存储和逻辑运算，更具体地，涉及一种单极性横向忆阻器及其制备方法。

背景技术：

1、忆阻器(memristor)是一种表示磁通与电荷关系的非线性元件。忆阻器在逻辑运算、非易失性存储、人工突触、光电突触等领域具有广阔的应用前景，已成为当前研究的热点。随着半导体行业对计算机存储容量和计算速度需求的增加，传统的块体金属氧化物忆阻器在工艺和速度方面逐渐趋于理论极限。而二维半导体材料拥有原子级厚度、无悬挂键平整结构、优良的导电性、高稳定性及优异柔韧性等优点，是高性能、高集成非易失存储和逻辑运算器件的理想材料。

2、现阶段关于非易失逻辑的研究大多是基于二维半导体双极性忆阻器来实现，但是由于双极性忆阻器自身操作极性等限制使其在实现逻辑运算时存在完备性较差、操作复杂、实现功能简单等问题，而利用单极性忆阻器实现非易失逻辑有着一些独特的优势。例如，单极性忆阻器有着很高的开关比；在阵列中可以与二极管串联构成1d1r结构抑制泄漏电流，从而具有极高的集成密度；由于只需要一种极性的电压即可实现阻变操作，所以可以极大地降低外围控制电路的复杂度。因此，基于单极性器件的非易失逻辑有着极大的发展前景和空间。然而，目前关于基于二维半导体单极性忆阻器实现非易失逻辑的研究报道仍处于较为空白的阶段。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种单极性横向忆阻器及其制备方法，有利于填补目前二维半导体单极性忆阻器研究领域的空白，并且制备方法简单、高效、成本低，对高集成度、多功能化非易失存储和逻辑运算领域的发展具有重要指导意义。

2、本发明的目的可以通过以下方案来实现：

3、一种单极性横向忆阻器，其包括：

4、基板层；

5、阻变功能层，设置在所述基板层上；所述的阻变功能层采用1t′相多晶二维二硫化铼制成；

6、金属电极层，设置在所述阻变功能层上

7、优选地：所述阻变功能层的厚度d满足范围0<d<5nm。

8、优选地：所述1t′相多晶二维二硫化铼的形貌为六边形。

9、优选地：所述的1t′相多晶二维二硫化铼的化学式为resx，其中1.6<x<1.8。

10、优选地：所述的基板层为表面覆盖二氧化硅介质层的硅基板，二氧化硅介质层厚度为200～300nm。

11、优选地：所述的金属电极层的材料为au、pt、ag或cu，厚度为30～100nm，其包括源级电极和漏极电极，且源级电极和漏极电极之间的间距为5～15um。

12、本发明实施例还提供了一种如上述的单极性横向忆阻器的制备方法，其包括：

13、s1，提供基板层；

14、s2，通过化学气相沉积法，在所述基板层上形成由1t′相多晶二维二硫化铼制成的阻变功能层；

15、s3，在所述阻变功能层上形成金属电极层。

16、优选地：步骤s2具体包括：

17、将三氧化铼粉放入第一石英舟中均匀铺开，再将两面都新鲜剥离的云母片扣在第一石英舟上方，将所述第一石英舟缓慢推入到管式炉中央加热区；

18、将硫粉均匀放入第二石英舟中，并将所述第二石英舟也推入到管式炉中；

19、在惰性气体氛围下，将三氧化铼粉温区温度升至500～650℃，控制硫粉温区温度升至150～250℃，恒温保持10分钟，然后两个温区自然冷却至室温，得到形貌为六边形的单层二硫化铼；

20、将云母衬底上的二维二硫化铼通过湿法转移的方法转移到基板层上，以在所述基板层上形成阻变功能层。

21、优选地：所述的三氧化二铼粉和硫粉的质量比为10～80。

22、优选地：步骤s3包括：

23、通过无掩模激光直写方法光刻出间距为5-15um的电极图案；

24、采用磁控溅射方法在所述电极图案镀上厚度为30～100nm的金属电极，以在所述阻变功能层上形成金属电极层。

25、相较于现有技术中，本发明实施例提供的单极性横向忆阻器及其制备方法，通过化学气相沉积法制备高效、低成本、可控的1t′相多晶二维二硫化铼层，可实现高开关比、稳定性强的单极性横向忆阻器，对基于二维半导体材料的高效完备非易失逻辑领域的发展具有重要意义。

技术特征：

1.一种单极性横向忆阻器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种单极性横向忆阻器，其特征在于，所述阻变功能层(2)的厚度d满足范围0<d<5nm。

3.根据权利要求1所述的一种单极性横向忆阻器，其特征在于，所述1t′相多晶二维二硫化铼的形貌为六边形。

4.根据权利要求1所述的一种单极性横向忆阻器，其特征在于，所述的1t′相多晶二维二硫化铼的化学式为resx，其中1.6<x<1.8。

5.根据权利要求1所述的一种单极性横向忆阻器，其特征在于，所述基板层(1)为表面覆盖二氧化硅介质层的硅基板，二氧化硅介质层厚度为200～300nm。

6.根据权利要求1所述的一种单极性横向忆阻器，其特征在于，所述的金属电极层(3)的材料为au、pt、ag或cu，厚度为30～100nm，其包括源级电极和漏极电极，且源级电极和漏极电极之间的间距为5～15um。

7.一种如权利要求1至6任意一项的单极性横向忆阻器的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s2具体包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的三氧化二铼粉和硫粉的质量比为10～80。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤s3包括：

技术总结
本发明提供了一种单极性横向忆阻器及其制备方法，单极性横向忆阻器包括：基板层；阻变功能层，设置在所述基板层上；所述阻变功能层采用1T′相多晶二维二硫化铼制成；金属电极层，设置在所述阻变功能层上。本发明通过化学气相沉积工艺手段制备可控的1T′相多晶二维二硫化铼层，可实现高开关比、稳定性强的单极性横向忆阻器，丰富了二维材料忆阻器的种类，并且与传统硅基CMOS工艺兼容，对高集成度、多功能化非易失存储和逻辑运算领域的发展具有很大的推动作用。

技术研发人员：柯聪明,庞义澳,刘首麟,陆静
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14