二维氧族元素端基MXene薄膜及其制备方法与类脑半导体器件

本发明涉及二维mxene薄膜的，具体涉及一种二维氧族元素端基mxene薄膜及其制备方法与类脑半导体器件。

背景技术：

1、边缘计算是万物智能互联时代实现“人机物”三元融合的重要方式，基于冯•诺依曼架构的边缘计算单元数量猛烈增长的同时，也面临着高功耗与高延迟的瓶颈。生物体的边缘计算单元是生物突触。突触是存算一体的模式，没有数据搬运过程产生的多余功耗与调用延迟，具有小于10fj的超低功耗与高效的并行计算能力。因此，通过模拟生物突触的离子迁移机制，发展类脑半导体器件，成为突破边缘计算单元瓶颈的重要方向。

2、当前类脑半导体器件存在的问题是二维mxene薄膜离子容量小，电学性能难以调控，导致器件动态范围不足、器件可塑性差、突触权重区分不清晰。因此，开发一种离子容量大、电学性能可调的二维mxene薄膜具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提出了一种二维氧族元素端基mxene薄膜，具有均匀的氧族元素端基。

2、本发明提出了一种二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，包括以下步骤：s1、将前驱体max相材料、卤族含镉化合物、第一无机盐混合并研磨，于惰性气体保护条件下以第一设定温度保温，得到卤族元素端基mxene材料；s2、将所述卤族元素端基mxene材料、氧族含锂化合物、第二无机盐混合并研磨，于惰性气体保护条件下以第二设定温度保温，得到氧族元素端基mxene材料；s3、基于所述氧族元素端基mxene材料制备二维氧族元素端基mxene分散液；s4、基于所述二维氧族元素端基mxene分散液旋涂制备二维氧族元素端基mxene薄膜。

3、上述制备方法的进一步设置为：所述第一设定温度为400-1100℃。

4、上述制备方法的进一步设置为：所述第一设定温度的保温时间为2-24h。

5、上述制备方法的进一步设置为：所述第二设定温度为30-35℃。

6、上述制备方法的进一步设置为：所述第二设定温度的保温时间为12-24h。

7、上述制备方法的进一步设置为：所述前驱体max相材料为ti2alc、ti3alc2、v2alc、nb2alc、cr2alc中的一种。

8、上述制备方法的进一步设置为：所述卤族含镉化合物包括cdf2、cdcl2、cdbr2、cdi2中至少一种。

9、上述制备方法的进一步设置为：所述氧族含锂化合物为li2o、li2s、li2se、li2te中的一种。

10、本发明提出了一种类脑半导体器件，包括顺次设置的顶电极层、离子薄膜层、阻变层和底电极层，所述阻变层为如权利要求1所述的二维氧族元素端基mxene薄膜。

11、本发明的有益效果为：

12、1、将氧族元素端基替换卤族元素端基，可制得含有均匀氧族元素端基的二维mxene薄膜。

13、2、由于氧族元素端基mxene材料整体的吉布斯自由能相比于卤族元素端基mxene材料更低，端基取代反应能够顺利进行。利用氧族元素与离子之间的强耦合效应，增大了二维mxene薄膜的离子容量，进而实现了二维mxene薄膜的电学调控。

14、3、基于二维氧族元素端基mxene薄膜构筑的类脑半导体器件，改善了类脑半导体器件动态范围不足、器件可塑性差、突触权重区分不清晰的问题。

技术特征：

1.一种二维氧族元素端基mxene薄膜，其特征在于：具有均匀的氧族元素端基。

2.一种二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述第一设定温度为400-1100℃。

4.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述第一设定温度的保温时间为2-24h。

5.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述第二设定温度为30-35℃。

6.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述第二设定温度的保温时间为12-24h。

7.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述前驱体max相材料为ti2alc、ti3alc2、v2alc、nb2alc、cr2alc中的一种。

8.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述卤族含镉化合物为cdf2、cdcl2、cdbr2、cdi2中的一种。

9.根据权利要求2所述的二维氧族元素端基mxene薄膜的制备方法，其特征在于：所述氧族含锂化合物为li2o、li2s、li2se、li2te中的一种。

10.一种类脑半导体器件，其特征在于：包括顺次设置的顶电极层、离子薄膜层、阻变层和底电极层，所述阻变层为如权利要求1所述的二维氧族元素端基mxene薄膜。

技术总结
本发明公开了一种二维氧族元素端基MXene薄膜及其制备方法与类脑半导体器件，涉及二维MXene薄膜的技术领域，本发明旨在解决类脑半导体器件中二维MXene薄膜存在离子容量小，电学性能难以调控的问题。本发明中将氧族元素端基取代原本MXene材料表面的卤族元素端基，使得到的二维MXene薄膜具有均匀的氧族元素端基，从而解决相关问题。

技术研发人员：张跃,刘亮,廖庆亮,赵璇,苏兆洋
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15