[发明专利]一种Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器及制备方法

权利要求书

1.一种Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器，其特征在于：

所述Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器，结构为Cu/Cu₂S/Al所构成的“三明治”结构的阻变器件；在平整的绝缘基底材料上，绝缘基底的其中一侧表面上设有硫化亚铜层的金属铜片，且金属铜片面积小于绝缘基底材料，将金属铜片腐蚀得到硫化亚铜薄膜区域，硫化亚铜薄膜区域的面积小于金属铜片面积，在绝缘基底材料上金属铜片未覆盖区域设置一个铝电极接线柱，在金属铜片上硫化亚铜薄膜区域之外的区域设置一个铜电极接线柱，铝电极接线柱上引出一根纯铝细丝，纯铝细丝与铝电极接线柱紧密固定，纯铝细丝的末端折成V形，V形的底部与硫化亚铜薄膜区域接触，从而构成Cu/Cu₂S/Al三层相叠的三明治结构，即构成无源忆阻器器件，使用时将外围电路与器件结构中的铝电极接线柱和铜电极接线柱相连接，便构成了忆阻器电路。

2.根据权利要求1所述的Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器，其特征在于：

所述绝缘基底材料为陶瓷、有机材料、玻璃或塑料。

3.一种利用权利要求1所述Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一，将厚度大于0.6mm的GB/TU2无氧紫铜板裁剪成长宽比为1：5的长方形的试件薄片；

步骤二，试件薄片首先进行整体机械平整和超微细打磨后，将试件薄片任意一端的长度方向的1/3～1/5部分，用聚乙烯薄膜进行覆膜保护，被覆膜保护部分作为Cu/Cu₂S/Al三明治结构中的铜层，并与铜电极接线柱相连接形成忆阻器的铜电极；

步骤三，对试件薄片剩余的2/3～4/5未覆盖部分，在12g/L的NaOH溶液中进行除油、去脂后，用去离子水清洗去除表面残留的NaOH；再在15％的稀HNO₃溶液进行浸泡，以除去表面残留氧化物质，之后采用去离子水清洗去除残留HNO₃；

步骤四，将步骤三预处理好的试件薄片在封闭的环境中烘干，并将烘干表面的试片立即埋入密闭容器中99.5％的升华硫超细微粉之中，并压实固定，在30±2℃的环境中，使铜表面与硫进行12小时自然化学反应，化学反应方程为：

经过化学反应后，在试件薄片表面上，呈现靛蓝色均匀致密，附着于一层厚度为100～300微米的硫化亚铜膜层，从而得到Cu/Cu₂S/Al结构的Cu/Cu₂S结合层；

步骤五，将纯铝细丝进行V字型塑形，并将V字型底部与硫化亚铜薄膜的任意均匀膜层部位进行弹性压合接触，形成Cu/Cu₂S/Al“三明治”结构的宏观尺度忆阻器。

4.一种利用权利要求1所述Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器的测量方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：选择测试仪器为信号源和数字存储示波器，其中信号源提供正负5V的正弦波信号，数字存储示波器连接宏观忆阻器两个接线柱；

步骤2：测试电路；

宏观忆阻器的铝电极接线柱与一个定值电阻串联，测试电路中，信号源的输出端连接铜电极接线柱，示波器的两个通路分别测量铜电极和铝电极的电压信号；

步骤3：进行测试；

信号源输出±5V正弦电压激励信号，数字存储示波器测量电压V₁为测量系统的输入电压，电压V₂正比于流过测量系统的电流I，通过V₁、V₂即可观察到忆阻测量系统的伏安特性。

5.根据权利要求1所述的Cu/Cu2S/Al结构宏观忆阻器，其特征在于：

Cu/Cu₂S/Al结构宏观忆阻器的电压电流模型为：

其中式(1)为系统的伏安关系方程，I为流过测量系统的电流，V为施加在测量系统两端的电压，状态变量w∈[0,1]为阻值权重，w＝0表示忆阻器处于高阻状态，w＝1表示忆阻器处于低阻状态，0w1时，忆阻器处于高、低阻状态之间的过渡变化过程，C为极间电容的电容值，D_on、D_off分别为低阻状态和高阻状态时的电导值，D_on为常值，D_off为变量；

式(2)给出D_off的变化规律，(k_hV²+d)/T_h为电压V作用下D_off的增长速率，-D_off/T_h为由于氧化分解过程而导致的D_off的减小速率，其中k_h0为待拟合系数，d0描述了当电压为0V并且达到稳定状态时的电导值，T_h0为时间常数，大小反映状态变量的收敛速率；

式(3)给出状态变量w的变化规律，w的状态方程包括增长速率和减小速率两部分，其中V_on0为正向门限电压，V_off≤0为反向门限电压，电压V大于V_on时，状态变量w的增长速率为正常数，电压在区间(0,V_on]上时，增长速率与电压成正比关系，其中电压小于0时，增长速率为0，减小速率项与(2)式具有相似的形式，T_on、T₁、T₂、T_off均大于0，分别为不同电压作用下的时间常数，其中T₂仅当V_off0时才有意义。