【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料及功能器件，具体涉及一种基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件及其制备方法。
技术介绍
1、随着人工智能和大数据技术的快速发展，海量的数据存储对存储器的数据处理能力要求不断提高。传统的非易失性存储器如浮栅存储器和动态随机存取存储器已接近其理论极限。因此迫切需要开发新型非易失性存储器。阻变存储器具有结构简单、存储密度高、读写速度快、寿命长及与互补金属氧化物半导体工艺兼容等优点，得到了广泛的应用研究。因此开发存储性能稳定、成本低廉的阻变存储器件是存储器领域的重要课题。
2、能够实现阻变存储功能的材料主要有无机材料、有机材料和有机无机杂化材料。近年来，有机无机杂化钙钛矿材料由于其优异的光电特性被广泛应用于太阳能电池及发光二极管器件中，同时该材料在阻变存储器中也具有良好的开发前景和应用价值。lee等人发现了基于二维钙钛矿ba2pbbr4薄膜的阻变存储特性（acs appl. mater. interfaces 2019,11, 20225−20231），但是钙钛矿薄膜制备工艺复杂，均一化制备难度较大，需要首先在高真空环境下蒸镀溴化铅薄膜，然后再转移到手套箱中利用丁胺溴蒸气实现钙钛矿相转变。
3、中国专利技术专利，申请公布号cn115332438a，专利技术名称为“一种二维卤族钙钛矿阻变存储器及其制备方法”，该专利提及一种二维钙钛矿阻变存储器的制备方法，但是该方法中采用n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜混合溶剂制备钙钛矿，一般需在惰性无水无氧环境下制备，且溶剂具有一定的毒性，限制了钙钛矿存储器
4、因此，开发一种能在空气环境下制备二维钙钛矿薄膜且制备工艺简单的阻变存储器制备方法是钙钛矿阻变存储器领域的一个重要问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件及其制备方法，可重复读写的非易失性阻变存储器，其制备工艺简单，开关比高、器件性能优异，对于二维钙钛矿存储器发展具有重要意义。器件为典型的非易失性存储器，能在较低的电压下完成数据存储，并且开关比达到104，性能优异。
2、为了解决本专利技术的技术问题，提出的技术方案是：一种基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件，其特征在于：包括玻璃基底，玻璃基底之上依次为底电极、二维钙钛矿阻变层和顶电极；所述底电极为透明导电玻璃ito；所述阻变层材料为ba2pbix(ac)4-x薄膜；所述顶电极为al；其制备步骤如下：
3、（1）清洗ito
4、先将ito导电玻璃分别在去离子水，丙酮，酒精中超声30 分钟，然后在uv清洗仪中用紫外光照射ito表面15～20分钟；
5、（2）配置钙钛矿前驱体溶液
6、称取461 mg（1 mmol）pbi2，加入1 ml 醋酸丁胺溶剂中, 置于60℃热台上搅拌过夜溶解，配制成浓度为1 mol/l的钙钛矿前驱体溶液；
7、（3）制备钙钛矿薄膜
8、在空气环境下，将步骤（1）中的ito基底加热到80～90℃，使用移液枪量取步骤（2）中的钙钛矿前驱体溶液旋涂在ito表面，旋涂仪转速设置为3000～4000 rpm，时间为20s，然后在90～100℃退火5 min，得到钙钛矿薄膜层；
9、（4）制备顶电极
10、将步骤（3）中的基片置于真空蒸镀设备中，利用真空蒸镀法和掩膜板在钙钛矿薄膜表面沉积宽度为2.5 mm，厚度为100 nm的条状阵列al电极，得到交叉状结构的器件。
11、优选的，所述底电极为透明导电玻璃ito，其厚度为200 nm，其形状为条状，宽度为2 mm; 所述阻变层材料为ba2pbix(ac)4-x薄膜；阻变层厚度为300～350nm，其形状为矩形，边长为12 mm；所述顶电极为al，其厚度为100 nm，其形状为条状阵列，宽度为2.5 mm。
12、优选的，其中步骤（4）中，利用真空蒸镀法和掩膜板在钙钛矿薄膜表面沉积宽度为2.5 mm。
13、优选的，其中步骤（3）中，旋涂仪转速设置为4000 rpm，所得的阻变层薄膜厚度为300 nm。
14、优选的，其中步骤（3）中，旋涂仪转速设置为4000 rpm，所得的阻变层薄膜厚度为300 nm，其中步骤（4）中，利用真空蒸镀法和掩膜板在钙钛矿薄膜表面沉积宽度为2.5 mm。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:
16、（1）本专利技术首次提出了利用pbi2一种前驱体材料溶解于醋酸丁胺溶液中制备二维钙钛矿薄膜的方法，通过在空气中溶液法一步旋涂制备得到结构致密，薄膜覆盖率高且无空洞的ba2pbix(ac)4-x薄膜，改进了二维钙钛矿薄膜的制备工艺。基于该薄膜的器件表现出非易失性存储特性，存储器在低功耗下便能实现数据的存储，并且存储开关比达到104。当施加正向电压在0-0.7 v范围时，器件首先呈现出“高阻态”。当电压达到0.7 v时，电流快速上升，表明器件由“高阻态”转变为“低阻态”，即存储器的“写”过程。随后，扫描电压从2 v至-2 v的过程中，电压在-0.3 v时器件转变为“高阻态”，实现了可重复读写的非易失性阻变存储器。
17、（2）相比于传统的二维钙钛矿薄膜制备方法，本专利技术的制备方法简单，仅仅采用一种前驱体材料，并且钙钛矿薄膜可在空气环境下制备，解决了传统工艺制备钙钛矿薄膜必须在无水无氧环境中滴加反溶剂操作的问题，简化了工艺流程、可操作性强。
18、（3）实施例1-4的钙钛矿薄膜的表面形貌（sem）图如图2所示。低浓度的pbi2形成的薄膜覆盖率低，同时存在大量比较大的针孔，薄膜形貌较差。随着pbi2浓度增大，晶粒总体增加，针孔也明显减小，薄膜覆盖率逐渐提升。在1.3 mol/l的浓度下，薄膜退火过程中瞬间析出大量pbi2，形成大的晶粒错乱堆积而导致薄膜表面不平整。实施例1中浓度为1 mol/l的钙钛矿溶液表现出最佳的薄膜形貌。
19、（4）实施例1-4的钙钛矿薄膜的x射线衍射（xrd）图如图3所示。对于不同浓度的薄膜中，pbi2峰均占主导地位。值得注意的是，随着pbi2浓度增大，薄膜在2θ≈8.3°处显示出逐渐增强的衍射峰。该峰与传统的二维ba2pbi4钙钛矿衍射峰相比有一定的位移，薄膜中残留的ac-进入了pbi2晶格形成了结构为ba2pbix(ac)4-x的钙钛矿。前驱体溶液中醋酸丁胺包裹在pbi2周围，其中ac-与pbi2极易形成牢固的pb-o键，这可以促进pbi2溶解形成较为稳定的前驱体溶液。在退火条件下，钙钛矿成核过程中由于i-缺失不足以与pb2+形成[pbi6]4-八面体。而薄膜中残留的ac-离子半径与i- 处于相同数量级，因此ac-参与形成[pbix(ac-)6-x]4-，进而形成ba2pbix(ac)4-x钙钛矿。
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1.一种基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法 ，其特征在于：包括玻璃基底，玻璃基底之上依次为底电极、二维钙钛矿阻变层和顶电极；所述底电极为透明ITO；所述阻变层材料为BA2PbIx(Ac)4-x薄膜；所述顶电极为Al；其制备步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法，其特征在于，所述底电极为ITO，其厚度为200 nm，其形状为条状阵列，宽度为2 mm; 所述阻变层材料为BA2PbIx(Ac)4-x薄膜；阻变层厚度为300～350 nm，其形状为矩形，边长为12 mm；所述顶电极为Al，其厚度为100 nm，其形状为条状阵列，宽度为2.5 mm。
3.根据权利要求1所述的基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法，其特征在于：其中步骤（3）中，旋涂仪转速设置为4000 rpm，所得的阻变层BA2PbIx(Ac)4-x薄膜厚度为300 nm。
4.根据权利要求1所述的基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法，其特征在于：其中步骤（3）中，旋涂仪转速设置为4000 rpm，
5.根据权利要求1-4任一方法制备的基于离子液体溶剂的可重复读写的非易失性阻变存储器。
6.根据权利要求5所述的基于离子液体溶剂的可重复读写的非易失性阻变存储器应用，其特征在于：器件为非易失性存储器，能在较低的电压下完成数据存储，并且开关比达到104。
...【技术特征摘要】
1.一种基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法 ，其特征在于：包括玻璃基底，玻璃基底之上依次为底电极、二维钙钛矿阻变层和顶电极；所述底电极为透明ito；所述阻变层材料为ba2pbix(ac)4-x薄膜；所述顶电极为al；其制备步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法，其特征在于，所述底电极为ito，其厚度为200 nm，其形状为条状阵列，宽度为2 mm; 所述阻变层材料为ba2pbix(ac)4-x薄膜；阻变层厚度为300～350 nm，其形状为矩形，边长为12 mm；所述顶电极为al，其厚度为100 nm，其形状为条状阵列，宽度为2.5 mm。
3.根据权利要求1所述的基于离子液体溶剂的二维钙钛矿阻变存储器件的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：李必鑫，陈永华，夏英东，陈慧，许兰，夏菲，
申请(专利权)人：湖南第一师范学院，
类型：发明
国别省市：
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