[发明专利]一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器

权利要求书

1.一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，整体结构由下至上依次包括底电极层、多孔缓冲层、氧化物层、顶电极层；其特征在于：所述底电极层为P型(100)高掺硅，电阻率0.0015Ω*m；所述多孔缓冲层为羽毛状多孔Si/SiO_x，羽片之间呈现规则的紧密插层排列，作为氧化物层的金属离子输运通道并为金属离子提供稳定的存储位点；所述氧化物层作为阻变功能层，在最初状态下氧化物层为绝缘体，当施加电压时，氧化物层中的金属离子从氧化物层中脱出，所述的金属离子为Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺，使氧化物层由绝缘体变成半导体或导体，离子迁移并稳定的存储在多孔缓冲层内，实现器件从高阻态向低阻态的转变；当施加反向电压时，金属离子从多孔缓冲层中脱出，回嵌到氧化物层中，完成器件从低阻态向高阻态的转变；所述顶电极层为惰性金属Pt，厚度80～100nm；

所述Si/SiO_x制备过程如下：以体积浓度为10％的HF溶液作为电解液，P型(100)高掺硅作为阳极，Pt片作为阴极，设置电化学工作站为恒电流模式，根据电化学阳极氧化发生的条件限制，设置电流密度范围为：0.01mA/cm²～0.1mA/cm²，进行电化学阳极氧化；将注射泵调为抽取模式，根据设备的限制及所用电解液体积，设置抽取流速范围为：0.1ml/min～0.5ml/min，将注射泵的注射器吸管固定在电解槽中，电化学阳极氧化时间按照抽取进程为主，直至硅片完全脱离电解液界面。

2.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：电压范围为2V-10V。

3.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：氧化物为钴酸镁MgCo₂O₄、钴酸锂LiCoO₂、钴酸纳NaCoO₂或钴酸钾KCoO₂中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：对电化学阳极氧化结合提拉法的产物采用扫描电子显微镜SEM进行微结构形貌表征。

5.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述多孔缓冲层的单片羽毛宽30-100nm，长100-300nm。

6.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：所述氧化物层采用磁控溅射系统进行沉积镀膜；所述顶电极层采用磁控溅射系统进行沉积镀膜。

7.根据权利要求1所述的一种基于羽毛状多孔氧化物忆阻器，其特征在于：进行忆阻行为的测试是基于Keithley吉时利4200半导体参数分析仪，测试流程如下：将底电极接地，对顶电极施加正向电压，在正向电压下，所述氧化物层中的金属离子沿着电场迁移至羽毛状多孔缓冲层中，并稳定存储，实现器件从高阻态向低阻态的转变；将底电极接地，对顶电极施加负向电压，在负向电压下，嵌入多孔缓冲层中的金属离子实现脱嵌，并沿着电场向顶电极方向迁移，回嵌入氧化物层中，完成器件从低阻态相高阻态的转变；对器件进行正向与负向的循环测试：将底电极接地，对顶电极施加循环的正向电压；将底电极接地，对顶电极施加循环的负向电压。