一种低工作电压MoS2阻变存储器及其制备方法

本发明涉及阻变存储器的制备，具体涉及一种低工作电压mos2阻变存储器及其制备方法。

背景技术：

1、随着信息技术的不断发展，人们对存储器的需求越来越高。电子设备的小型化和高集成化要求节能和降低能耗。因此，较低的工作电压成为电子设备的需求之一，能减少能量消耗、延长电池寿命，并降低设备在长时间使用中的发热问题。阻变存储器因其非易失性、高速读写和大容量等优点而备受关注，然而，阻变存储器面临的一个主要问题是高电压驱动的需求，限制了其适应性。为了克服这个问题，降低阻变存储器的工作电压成为当前研究的一个重要方向。

2、在此背景下，mos2作为一种二维过渡金属硫化物半导体材料具有独特的电学特性和能带结构，使得它能在阻变存储器中实现较低的工作电压。相对于传统的金属氧化物材料，mos2在存储器操作中更敏感，可以以较低的电压实现可靠的阻变效应。

3、在mos2阻变存储器中，退火工艺是一种可靠的材料处理方法。通过退火过程，可以增加阻变材料中的氧缺陷浓度，从而提高阻变层的缺陷浓度，降低阻变势垒，有效降低mos2阻变存储器的工作电压。

4、在申请号为“201810896709.2”、名称为“阻变存储器件的制备方法及阻变存储器件”的文件中公开的制备方法，包括在沉积有第一电极的衬底上形成含有多种金属元素和氧元素的阻变材料层；再将所述阻变材料层进行退火处理。通过诸如磁控溅射技术等工艺沉积得到包含有多种金属元素和氧元素的阻变材料层，尽管能够很好地保持材料的化学计量比，但仍存在一定程度的失氧或其他缺陷问题，文件中通过退火处理消除缺陷，提高晶格结构的完整性，以实现无缺陷的氧化物材料。本发明中采用的退火工艺是为了在mos2阻变层中增加氧陷浓度，实现可控缺陷的硫化物材料，与文件中的退火目的完全不同。

技术实现思路

1、为降低阻变存储器工作电压，本发明提供了一种低工作电压mos2阻变存储器及其制备方法，以克服现有技术存在的mos2阻变存储器工作电压高的问题。

2、一种低工作电压mos2阻变存储器的制备方法，所采用的退火设备包括减压阀、氧气瓶、减压阀、氩气瓶、第一电磁阀、第二电磁阀、混气室、出气阀、管式炉进气阀、真空法兰、隔温塞、石英管、电阻规和管式炉出气阀，管式炉出气阀的另一端依次连接防倒吸瓶、防倒吸阀和防气体回流瓶；

3、制备方法包括以下步骤：

4、步骤一、清洗衬底；

5、步骤二，在衬底表面使用真空热蒸镀工艺蒸镀底电极，所述真空热蒸镀的真空度保持在5x10-4pa以下，蒸镀速率维持在

6、步骤三，热处理，包括以下步骤：

7、3-1，材料预处理，将mos2纳米粉末在低于10pa的真空环境中，室温～80℃持续低温干燥4～24h；

8、3-2，设备预处理，将石英管、长条形刚玉舟与隔温塞暴露在空气中，在700～1100℃环境下通风煅烧20～60min，祛除杂质，自然冷却后使用无尘布先后蘸取丙酮、无水乙醇在石英管内擦拭，并自然晾干；

9、3-3，样品安装：将干燥后的mos2纳米粉末薄铺在长条形刚玉舟底部，置于石英管中，并安装在管式炉内，在石英管两端填入隔温塞后，使用真空法兰封闭石英管；

10、3-4，洗气操作；

11、3-5，退火处理：调节第一电磁阀、第二电磁阀，将氧气、氩气流速调整至总流速为20～500sccm，观察到防气体回流瓶中有均匀气泡产生后，在100～800℃范围内保温20～1440min；

12、3-6，取出样品：顺序关闭各部件，炉温降至室温，取出mos2纳米粉末；

13、步骤四，将处理后的mos2纳米粉末分散于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，经超声处理5～60min后，抽滤成为薄膜，转移至底电极表面并完全干燥形成第一阻变层；

14、步骤五，使用旋涂法，将pmma在一定转速下旋涂至第一阻变层表面，形成第二阻变层；

15、步骤六，使用硬掩模真空热蒸镀工艺以的速率在第二阻变层表面蒸镀图形化顶电极。

16、进一步的，上述3-4具体包括以下步骤：

17、a：依次关闭防倒吸阀、第一电磁阀、第二电磁阀，打开出气阀、管式炉进气阀、管式炉出气阀，打开机械泵电源，缓慢打开真空阀，观察电阻规，将系统真空抽至6pa以下后，先后关闭真空阀、真空泵，打开氧气瓶、氩气瓶、减压阀、减压阀，调节第一电磁阀、第二电磁阀，按氧气、氩气流速比1/0～0/1的设定比例向系统内通入混合气体至大气压；

18、b：依次关闭防倒吸阀、管式炉出气阀、出气阀、第一电磁阀、第二电磁阀，打开机械泵、真空阀再次抽真空至6pa以下后，重新依次关闭真空阀、机械泵，打开出气阀并调节第一电磁阀、第二电磁阀，按氧气、氩气的流速设定比例向系统内再次通入混合气体至大气压；

19、c：重复3～5次步骤b，在最后一次充气时将系统内气压充至略高于大气压后，打开管式炉出气阀、防倒吸阀。

20、进一步的，上述制备方法制得的一种低工作电压mos2阻变存储器。

21、与现有技术相比，本发明的优点是：

22、1、本发明关注的是mos2阻变存储器的优化方法，即通过退火过程在mos2材料中引入氧参杂，通过氧参杂将退火后的mos2材料调整至特定的状态，以优化阻变存储器的性能。利用退火过程进行氧参杂的方法是本发明的独特之处，通过这种技术手段，本发明能够进一步提高mos2阻变存储器的性能，满足对低工作电压的需求。其从阻变层材料出发，从材料层面上增加了阻变层中的氧缺陷浓度，从而增加载流子浓度，实现低工作电压的mos2阻变存储器。

23、2、通过本发明的洗气操作，排除了气体管路内残余气体对退火气氛的影响，使退火系统内气氛与设定气氛更接近，从而使气氛控制更精确。

24、3、退火设备做了如下改进：

25、1)防气体回流瓶可以有效隔绝退火系统与大气环境，防止大气环境中的氧气、水等成分对退火工艺产生干扰，极大地增加了退火工艺的可控性与稳定性；若未设置防气体回流瓶，以水蒸气为例，经多次抽真空充气后，退火系统内的水蒸气的分压将无限接近于0，而大气环境中，水蒸气的分压通常在0.1～4％，大气环境与退火系统内的水蒸气分压产生了极大的压差，水蒸气将由高浓度的大气环境迁移至低浓度的退火系统内环境，将影响退火工艺过程；极微量的水蒸气等杂气对半导体材料参杂的影响是巨大的；

26、2)在日常实验或生产操作中，由于退火系统内的气氛是流动的，系统内压力略大于大气环境压力，工作人员在实验或生产结束后极易忘记关闭防倒吸阀与管式炉出气阀，导致管式炉温度冷却时，退火系统内因热胀冷缩气压快速回落，防气体回流瓶内的二甲基硅油将沿气体管路倒吸，污染电阻规、真空泵、石英管、隔温塞等部件，会极大影响退火系统的精度与内部环境，造成不必要的经济与时间损失；加装防倒吸瓶，可以在发生倒吸时，为二甲基硅油提供空间，防止其污染退火系统；

27、3)通过本发明的制备，阻变层中氧缺陷在微观尺度下分布更均匀，相对于传统的氧参杂处理方式——空气退火，操作环境气氛更均一，控制参数更精确，可进行极微量的氧缺陷参杂。