[发明专利]一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法，选择衬底，并在其上沉积导电薄膜作为底电极；在底电极上进行氧化物纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿成膜，作为阻变器件的存储层；在阻变存储层上沉积导电薄膜作为顶电极。本发明方法制备的基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器，结构简单，具有较高的稳定性，材料来源广泛，具有成本低，制备工艺简单的优点，有利用规模化应用，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于非易失性存储器技术领域，具体涉及一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法。

背景技术

忆阻器，由于其具有结构简单、存储密度高、读写速度快、低功耗和易于集成等优点，被认为是最具有潜力的下一代非易失性存储器。目前，很多材料都被用来作为阻变存储层来构建忆阻器，研究其在阻变性能并探究其物理机制，这些材料包括金属氧化物、钙钛矿以及有机材料等。

近年来，有机无机卤化物钙钛矿由于其优异的物理特性，包括很高的离子迁移率、能带宽度易调节等优点，在电子器件领域成为了研究的热点。以有机无机卤化物钙钛矿作为阻变存储材料，构建的阻变器件也呈现出优异的特性，比如具有制备流程简单，具有多态和较高的开关比等特性。但是由于有机基团的存在，其对于水分子和温度敏感度高，在较高的湿度和温度环境下，器件的性能会大大降低。因此，寻找高稳定性的卤化物钙钛矿或者对其改性提高稳定性具有深远的研究价值。

为了解决稳定性问题，最近各向异性的二维有机无机卤化物钙钛矿吸引了研究者的注意力。二维有机无机卤化物钙钛矿具有电学特性易调节、低功耗和易制备异质结等特点。相对于三维有机无机卤化物钙钛矿，由于层层之间存在疏水有机分子的存在，二维结构的稳定性得到了大幅度的提高，因此作为阻变材料构建的忆阻器的稳定性得到大幅提高。例如二维有机无机卤化物钙钛矿PEA₂PbBr₄的具有比较高的稳定性。但是同时由于各项异性，层层之间输运性能变的很差，同时在电压电流的滞回现象被抑制，而这正是实现阻变特性需要的特性。因此，对二维有机无机卤化物钙钛矿PEA₂PbBr₄的输运特性改性，是实现其在阻变领域应用的关键因素之一。

但是目前而言，利用溶液方法制备改性的二维有机无机卤化物钙钛矿PEA2PbBr4来构建忆阻器未有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法，利用氧化物纳米颗粒对二维有机无机卤化物钙钛矿PEA₂PbBr₄进行改性，并在衬底上成膜制备忆阻器，通过控制限制电流的方式实现器件的多态特性，在非易失性存储器领域具有广阔的应用前景。

本发明采用以下技术方案：

一种基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，采用溅射或沉积工艺在衬底上沉积导电薄膜作为底电极；将纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿混合后溶解于过量的二甲基亚砜溶液中，经水浴超声处理获得沉积阻变薄膜的先驱溶液；使用先驱溶液在底电极上进行氧化物纳米颗粒掺杂二维卤化物钙钛矿成膜，作为存储层；采用溅射工艺在存储层上沉积导电薄膜作为顶电极，制备得到基于掺杂二维卤化物钙钛矿薄膜忆阻器。

具体的，衬底为导电玻璃或者硅片。

具体的，纳米颗粒和二维有机无机卤化物钙钛矿的质量比为(1～50)：100。

具体的，水浴超声处理的时间为10～60分钟。

具体的，以500～3000rpm的转速将先驱溶液旋涂于底电极上，旋涂时间为30～90s；然后在高纯氩气环境下进行退火处理，经自然冷却后得到存储层。

进一步的，在旋涂最后5～15s加入氯苯作为反溶剂。

进一步的，退火处理的温度为100～200℃，时间为10～50分钟。