[发明专利]一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器及其制备方法，忆阻器包括由下至上依次层叠的硅衬底、底电极层、阻变层以及顶电极层，所述底电极层与所述顶电极层二者通过所述阻变层实现分隔；所述阻变层的材质为Ti₃C₂。本发明针对传统忆阻器中所普遍存在的电学特性不稳定、重复性差等问题，创造性将碳化钛作为忆阻器的阻变层材料，借助二维结构M_n+1X_n材料所具有的良好电学特性、铁磁性、抗氧化性及热稳定性等特点，不仅显著地提升了忆阻器成品的稳定性，还推动了类脑忆阻器在接近人体温度情况下模拟神经突触的相关研究。

技术领域

本发明为一种新型类脑器件及其相对应的制备方法，具体涉及一种基于新型二维过渡金属碳化物——Ti₃C₂的热感应忆阻器及其制备方法，属于类脑器件加工技术领域。

背景技术

忆阻器，全称记忆电阻器(Memristor)，是一种表示磁通量与电荷关系的无源电路元件。早在1971年，国际非线性电路和细胞神经网络理论的先驱蔡少棠先生就基于电路理论、从理论上预言了忆阻器的存在。2008年，惠普实验室首次在实验中构筑了忆阻器原型器件，证实了蔡少棠有关忆阻器的学说。随着相关技术的逐渐成熟和发展，研究人员发现，忆阻器具有新颖的非线性电学性质，并兼具密度高、尺寸小、功耗低、非易失性等特点，被认为是发展下一代新型非易失性内存器的理想方案。

现有技术中的忆阻器件构造简单，仅包括顶底两层活/惰性电极和中间的阻变层，其阻变机理是基于阻变层中阳离子或等效氧空穴的移动。但是基于该结构的忆阻器中所使用的阻变材料价格昂贵，无法实现大规模的商业应用，所以急需一种成本低、特性好的材料来替代传统的阻变材料。

目前，新型二维材料MXene被成功开发出来，其拥有很多类似于石墨烯的优异性能，除拥有良好的电学性能和铁磁性外，还具有良好的抗氧化性能及热稳定性，这些优异的特性和独特的结构使得MXene材料在忆阻器制备领域有着广阔的前景，而如何将MXene材料作为硅基忆阻器的核心阻变层也需要学界地进一步探究。

综上所述，如何基于上述研究现状，提出一种全新的忆阻器及其相应的制备方法，以克服现有技术中所存在的诸多不足，也就成为了本领域内技术人员所共同关注的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种基于新型二维过渡金属碳化物——Ti₃C₂的热感应忆阻器及其制备方法，具体如下。

一种基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，包括用于作为器件基底的硅衬底，在所述硅衬底上、由下至上按序依次层叠设置有底电极层、阻变层以及顶电极层；

所述底电极、所述阻变层以及所述衬底三者的形状、尺寸一一匹配对应，所述顶电极层为形成于所述阻变层上方的多块圆形区域，每块所述圆形区域间相互隔开；所述底电极层与所述顶电极层二者通过所述阻变层实现分隔；

所述阻变层的材质为Ti₃C₂。

优选地，所述硅衬底的尺寸为1英寸～2英寸、厚度为300μm～400μm。

优选地，所述底电极层的材质为钨、厚度为70nm～100nm。

优选地，所述顶电极层的材质为银、整体厚度为80nm～120nm。

一种热感应忆阻器的制备方法，用于制备如上所述的基于过渡金属碳化物的热感应忆阻器，包括如下步骤：

S1、取一块经超纯水清洗并烘干过的硅衬底进行镀膜加工，在所述硅衬底上形成一层底电极层、作为器件半成品；