[发明专利]一种高开关次数的柔性选通器及其制备方法

说明书

一种高开关次数的柔性选通器及其制备方法，属于半导体和微电子领域，从下到上底电极、介质层、顶电极、保护层，底电极为透明柔性ITO/PEN，介质层材料为Cs_xFA_yMA_1‑x‑yPbI_3‑zBr_z，顶电极为Ag，保护层为Au。步骤：首先，在ITO/PEN柔性衬底的导电面上滴加Cs_xFA_yMA_1‑x‑yPbI_3‑zBr_z溶液，并涂抹均匀，开启匀胶机进行旋涂，在旋涂结束前滴加反溶剂氯苯使钙钛矿快速结晶；其次，100～120℃下退火处理30～50分钟后在导电面上得到卤素钙钛矿薄膜；最后，通过真空热蒸发法在钙钛矿薄膜上沉积顶电极及保护层。本发明不需要高温工艺，采用低温溶液旋涂工艺在氮气环境中进行，对设备要求简单，成本低，可用于柔性阻变阵列集成；器件开关次数高达10¹⁰次，弯曲次数高达10⁴次，具备稳定的阈值开关选通特性和优异的抗物理弯折能力。

技术领域

本发明属于半导体微电子领域，涉及一种高开关次数的柔性选通器及其制备方法。

技术背景

柔性电子由于其可满足设备的形变要求，适应不同的工作环境而引起了全世界的广泛关注，得到了迅速发展。最近各类柔性电子设备层出不穷，例如电子皮肤(柔性传感)、柔性显示、柔性储能、柔性存储和柔性逻辑器件等等。其中，柔性非易失性存储器是柔性电子设备和系统中的关键组成部分。在众多的非易失性存储器技术中，柔性阻变存储器因其结构简单、高速低功耗可实现存算一体等优势吸引了众多研究者的注意，成为柔性存储的热点研究方向。近年来其加工工艺、材料合成、器件物理等诸多方面都得到了广泛而深入的研究，然而，其阵列集成技术的研究尚处于起步阶段，还面临着很大的挑战。

实现阻变存储器阵列集成面临的最大障碍是，在选择单元进行读取操作时，未选择单元上通过的潜行电流对其造成串扰，从而造成读取错误。在非柔性阻变存储器阵列中，为了解决这一问题，通常与阻变存储器串联一个选通器。选通器是一种具有高度非线性I-V特性的器件，其初始状态是高阻态，当操作电压达到阈值电压(开启电压)时，选通器件开启变为低阻态；当操作电压小于保持电压(关断电压)时，选通器件又回到高阻态。当施加比较低的读取电压时，选通器的高电阻可以大大抑制未选择单元的潜行电流，从而解决阻变存储器阵列中的串扰问题实现阵列的集成。

传统的无机材料的选通器，由于其脆性、刚性以及高温加工的特点，不适合在柔性衬底上集成。卤素钙钛矿材料近年来由于其在太阳能电池上的应用而引起研究者们的广泛关注。这种材料可通过低温溶液旋涂工艺在柔性衬底制备，同时还兼备一定的形变能力。目前利用卤素离子的高迁移特性，已有诸多研究者实现了高速低功耗的卤素钙钛矿柔性阻变存储器，然而，目前还尚无关于卤素钙钛矿柔性选通器件的研究报道。如果基于同种材料实现柔性选通器件，则有望实现卤素钙钛矿基的柔性阻变阵列集成。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题或不足，提出了一种基于卤素钙钛矿材料实现高开关次数的柔性选通器及其制备方法，其制备设备简单、加工成本低、实现了优异稳定的阈值开关特性，开关次数高达10¹⁰次，弯曲次数高达10⁴次。

为了达到上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种高开关次数的柔性选通器，从下到上依次是底电极、介质层、顶电极、保护层(图 1)；所述的底电极为透明柔性的ITO/PEN，即掺铟的SnO₂薄膜/聚萘二甲酸乙二醇酯；所述的介质层材料为Cs_xFA_yMA_1-x-yPbI_3-zBr_z，介质层材料Cs_xFA_yMA_1-x-yPbI_3-zBr_z通过低温溶液旋涂法制得；所述的顶电极为Ag；所述保护层为Au，防止Ag电极被氧化。