【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件与工艺，具体涉及一种基于二维材料的异质结忆阻器及其制备方法。
技术介绍
1、忆阻器凭借其高集成度、多值数据存储能力及结构简单等优势，成为神经形态计算应用中的重要组成部分。尤其是由过渡金属硫族化合物和六方氮化硼等二维材料制成的忆阻器，相较于传统金属氧化物忆阻器，表现出更快的开关速度和更低的功耗，因而特别适合神经形态计算的需求，受到了广泛的研究关注。
2、然而，利用二维材料构建垂直结构忆阻器并非易事。以过渡金属硫族化合物为代表的二维材料，通常通过化学气相沉积方法进行合成。在高温和硫蒸汽环境中，即使像铂这样的惰性底电极材料都会与硫发生反应，因此通常需将生长好的二维材料转移至目标衬底后再制造器件。二维材料表面缺乏悬挂键，其通过范德瓦尔斯作用力可实现转移和吸附至任意衬底。这一过程需要经历旋涂支撑层、浸泡于碱性或酸性溶液、去胶等一系列繁琐步骤。然而，这些转移步骤不可避免地引入有机物杂质，且碱性或酸性溶液可能损伤二维材料。此外，采用机械或手工方式将薄膜放置于目标衬底时，容易导致薄膜褶皱及气泡的产生，从而最终导致器件性能的损害。
3、垂直型忆阻器的金属底电极通常是厚度为几十纳米至几百纳米的金属薄膜，直接在金属底电极上制备二维材料十分困难。化学气相沉积合成二维材料需要较高的温度(通常为600-1000℃)，在如此高的温度下，金属薄膜可能会发生脱湿(dewetting)。当金属薄膜沉积在衬底上后，因温度、表面能或应力等因素作用，薄膜开始破裂、形成不连续的状态，如滴状物或孔洞等现象。这种现象通常发生在薄
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于二维材料的异质结忆阻器及其制备方法，旨在解决现有的二维材料忆阻器制造困难和性能不佳的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于二维材料的异质结忆阻器，结构自下而上包括衬底、底电极层、金属封盖层、二维材料层、硅层、氧化物层以及顶电极层；其中阻变功能层为所述二维材料层、所述硅层和所述氧化物层构成的异质结构，并通过所述金属封盖层连接到所述底电极层；其中所述二维材料层直接原位生长在所述金属封盖层之上。
3、其中，所述金属封盖层为过渡族金属且熔点大于1500℃，厚度为1-200nm。
4、其中，所述衬底为硅基衬底；
5、所述底电极层为金和石墨烯中的任意一种，厚度为1-100nm；
6、所述二维材料层为过渡金属硫族化合物的任意一种，厚度为1-200nm；
7、所述硅层厚度为1-100nm；
8、所述氧化物层为氧化锌、氧化锆、氧化铪的任意一种，厚度为1-200nm；
9、所述顶电极层为银、铜、钛中的的任意一种，厚度为1-200nm。
10、本专利技术还提出了一种基于二维材料的异质结忆阻器的制备方法，用于制备所述的基于二维材料的异质结忆阻器，包括下列步骤：
11、步骤1：在衬底上依次沉积所述底电极层、所述金属封盖层和前驱体金属层；
12、步骤2：将含所述衬底、所述底电极层、所述金属封盖层和所述前驱体金属层的样片放入化学气相沉积反应炉中，与反应物反应，将所述前驱体金属层转化为二维材料层，同时反应过程中硅将从硅基衬底迁移至二维材料层表面；
13、步骤3：将氧化物层通过磁控溅射沉积在所述硅层之上；
14、步骤4：利用掩膜版或光刻工艺通过溅射或者蒸发蒸镀工艺沉积顶电极层。
15、其中，在所述衬底和所述底电极层之间可以沉积一层黏附层，所述黏附层为钛、铬和镍中的任意一种，厚度为1-20nm。
16、其中，所述前驱体金属层为合成二维材料层所需的前驱体金属。
17、其中，所述金属封盖层和所述前驱体金属层可以为同一种金属。
18、其中，所述反应物为硫和硒中的任意一种。
19、本专利技术的有益效果：
20、1.可以实现均匀的、大面积的、无伤的和低成本的二维材料的原位生长，避免了采用转移方式带来的一系列繁琐步骤和杂质污染问题。通过在所述底电极层上沉积所述金属封盖层，避免所述底电极层因化学气相沉积过程中的高温而脱湿。一般情况下熔点较低的金属薄膜在高温下更容易发生脱湿。这是因为低熔点金属在加热过程中，其原子之间的结合力较弱，薄膜与衬底之间的界面力也相对较低，从而导致薄膜更容易发生断裂或脱落。而高熔点金属则需要更高的温度才能达到脱湿的条件，过渡族金属如钼、钨和铂等金属的熔点都比较高，可以作为所述金属封盖层的材料。
21、2.提出了一种基于二维材料的异质结忆阻器制备方法，具有通用性和易操作性。所述金属封盖层和所述前驱体金属层可以为同一种金属，通过沉积较厚的金属封盖层，既作为底电极层的金属封盖层，也是合成二维材料层的前驱体，简化了工艺步骤。此外，硅层是在化学气相沉积过程中，由衬底迁移至二维材料表面，无需通过其他方式沉积。
22、3.本专利技术引入由二维材料层、硅层与氧化物层构成新型异质结构，作为忆阻器的阻变功能层，利用二维材料层、硅层与氧化物层所具有的不同离子迁移速率，引导导电细丝的形成和熔断都局域在二维材料层与硅层的界面附近，使得忆阻器具有更加优秀的电学性能，更低的工作电压和更低的能耗以及更好的稳定性和耐久性。
23、4.本专利技术提出了一种基于二维材料的异质结忆阻器，能够有效模拟神经突触的特性。有望应用于存算一体结构的研发以及高性能神经形态计算，推动高集成度、微型化类脑芯片的进步与发展。
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1.一种基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，
3.如权利要求1所述的基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，
4.一种基于二维材料的异质结忆阻器的制备方法，用于制备如权利要求1所述的基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，包括下列步骤：
5.如权利要求4所述的基于二维材料的异质结忆阻器的制备方法，其特征在于，
6.如权利要求4所述的基于二维材料的异质结忆阻器制备方法，其特征在于，
7.如权利要求4所述的基于二维材料的异质结忆阻器制备方法，其特征在于，
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【技术特征摘要】
1.一种基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，
2.如权利要求1所述的基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，
3.如权利要求1所述的基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，
4.一种基于二维材料的异质结忆阻器的制备方法，用于制备如权利要求1所述的基于二维材料的异质结忆阻器，其特征在于，包括下列步骤：...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙堂友，谭振强，李建华，李海鸥，陈赞辉，邓兴，张法碧，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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