一種抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器及其製備方法與流程
2023-07-31 07:50:56
本發明屬於阻變存儲器材料
技術領域：
，具體涉及一種抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器及其製備方法。
背景技術：
：半導體存儲器是集成電路產業中最為重要的技術之一，隨著大數據、雲計算、物聯網等技術的興起，需要存儲分析的信息正在爆炸式增長，半導體存儲器的市場日益擴大。隨著新材料、新技術的不斷發展，新型存儲器向高密度非易失存儲方向發展。阻變存儲器是通過某些薄膜材料在電激勵的作用下電阻的可逆轉變實現數據存儲，與傳統的快閃記憶體相比具有明顯優勢，包括器件結構簡單、單元尺寸小、可微縮性好、操作速度快、功耗低、與互補金屬氧化物工藝相兼容、易於三維集成等。目前，阻變存儲器中的薄膜材料分為固體電解質材料、多元金屬氧化物、二元金屬氧化物和低維納米材料，其中低維納米材料的尺度小，具有特殊結構及透明、頭型、阻擋原子擴散、超薄、導電或者絕緣等性能可以賦予阻變存儲器更多的功能性。常見的低維納米材料有石墨烯、矽烯、二硫化鉬和黑磷烯等。黑磷是一種類似石墨的波形層狀結構晶體，原子層間通過範德華力結合，易於被剝離成單層或者少層的納米薄片，黑磷烯是一種天然的p型半導體，具有明顯的各向異性，具有較高的電子遷移率，單層黑磷烯電子遷移率可達104cm2/(V·s)。目前黑磷烯在製備電晶體、光電元件、氣體傳感器、太陽能電池和量子點方面已經有所應用，但是在阻變存儲器中的應用還不多見。此外，阻變存儲器在使用過程中會發射電磁波也會受到其他設備發出的電磁波的幹擾，賦予阻變存儲器電磁屏蔽功能也十分必要。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器及其製備方法，該黑磷烯基阻變存儲器從下至上依次包括襯底、Ti3C2ene薄膜底電極層、黑磷烯薄膜阻變功能層、Ti3C2ene薄膜頂電極層和三氧化二鋁披覆層，製備得到轉變速率快，讀寫電壓穩定的防電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器，所述抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器從下至上依次包括襯底、底電極層、阻變功能層、頂電極層和披覆層，所述阻變功能層為黑磷烯薄膜層，所述阻變功能層部分被頂電極層覆蓋，剩餘部分被披覆層覆蓋，所述底電極層和頂電極層為電磁屏蔽材料，所述電磁屏蔽材料為二維金屬碳化物Ti3C2ene薄膜。作為上述技術方案的優選，所述黑磷烯薄膜層由單層或者多層黑磷烯薄膜構成，厚度為0.5-100nm。本發明還提供一種抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器的製備方法，包括以下步驟：(1)清洗襯底，在基底材料上轉移Ti3C2ene薄膜材料，形成底電極層；(2)在步驟(1)製備的底電極層上形成黑磷烯薄膜層；(3)轉移Ti3C2ene薄膜材料至步驟(2)製備的黑磷烯薄膜層上，形成頂層Ti3C2ene薄膜材料；(4)在步驟(3)製備的頂層Ti3C2ene薄膜材料上旋塗光刻膠，使用光學曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕得到頂電極層，得到存儲器單元；(5)將步驟(4)製備的存儲器單元上旋塗光刻膠，通過光學曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術在光刻膠層上沉積披覆層，使其包覆頂電極覆蓋之外的黑磷烯薄膜層，得到抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)或者步驟(3)中，Ti3C2ene薄膜材料的製備方法為：將3g粒徑為45μm的Ti3AlC2粉體置於35ml的40％氟化氫溶液中，在40℃下加熱42h，自然冷卻至室溫，去離子充分清洗，獲得黑色液體，將黑色液體滴到基底上烘乾，得到Ti3C2ene薄膜材料。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)或者步驟(3)中，Ti3C2ene薄膜材料的製備方法為：將6mol/L的鹽酸溶液中加入1.98g的氟化鋰，混合均勻形成基底溶液，用10min的時間將3g的Ti3AlC2加入到基底溶液中，在40℃下加熱42h，自然冷卻至室溫，去離子充分清洗，獲得黑色液體，將黑色液體滴到基底上烘乾，得到Ti3C2ene薄膜材料。作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，黑磷烯薄膜層由15層黑磷烯薄膜構成，每層的厚度為0.5nm，總厚度為7.5nm。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中底電極層的厚度為80nm。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中頂層電極層的厚度為50nm。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中，感應耦合等離子體刻蝕的工藝為：SF6流量為18sccm，氧氣流量為5sccm，RF功率為200W，ICP功率為800W，刻蝕氣壓5MmTorr，刻蝕時間30s。作為上述技術方案的優選，所述步驟(5)中，披覆層為三氧化二鋁，厚度為50nm。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：(1)本發明製備的抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器採用黑磷烯薄膜層作為阻變功能層，黑磷烯薄膜層的層數變化可操控性好，作為阻變存儲器的阻變功能層，材料的可操控性佳，而且黑磷烯具有的高電子遷移率和直接帶隙等性能，使製備的存儲器具有轉變速度快，低些電壓穩定的優點。(2)本發明製備的抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器採用Ti3C2ene薄膜材料作為底電極層和頂電極層，Ti3C2ene薄膜材料兼具金屬的導電性和表面親水性，且電磁波可以在Ti3C2ene薄膜材料內多次內反射，使Ti3C2ene薄膜材料具有優異的屏蔽電磁幹擾效率，而且Ti3C2ene材料具有優異的可塑性和易塗裝性使Ti3C2ene薄膜材料可以覆蓋在任意形狀的表面，賦予材料優異的抗電磁幹擾功能，而且使製備的阻變存儲器具有輕量化、高強度、成本低、工藝簡單等優點，可用於可攜式或者可穿戴電子器件中。(3)本發明製備方法簡單，可操控性好，成本低，製備的阻變存儲器轉變速度快，存儲穩定，輕質高強，可使用領域廣泛，市場前景好。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明的不當限定，在附圖中：附圖1是抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器結構示意圖。其中，1、襯底2、Ti3C2ene薄膜底電極層3、黑磷烯薄膜阻變功能層4、Ti3C2ene薄膜頂電極層5、披覆層具體實施方式下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。實施例1：(1)將3g粒徑為45μm的Ti3AlC2粉體置於35ml的40％氟化氫溶液中，在40℃下加熱42h，自然冷卻至室溫，去離子充分清洗，獲得黑色液體，將黑色液體滴到基底上烘乾，得到Ti3C2ene薄膜材料。(2)清洗襯底，在基底材料上轉移80nm厚的Ti3C2ene薄膜材料，形成底電極層。(3)在底電極層上形成總厚度為7.5nm的15層黑磷烯薄膜層。(4)轉移50nm厚的Ti3C2ene薄膜材料至黑磷烯薄膜層上，形成頂層Ti3C2ene薄膜材料。(5)在頂層Ti3C2ene薄膜材料上旋塗光刻膠，使用光學曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕得到頂電極層，得到存儲器單元，其中感應耦合等離子體刻蝕的工藝為：SF6流量為18sccm，氧氣流量為5sccm，RF功率為200W，ICP功率為800W，刻蝕氣壓5MmTorr，刻蝕時間30s。(6)將存儲器單元上旋塗光刻膠，通過光學曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術在光刻膠層上沉積50nm厚的三氧化二鋁披覆層，使其包覆頂電極覆蓋之外的黑磷烯薄膜層，得到抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器。實施例2：(1)將6mol/L的鹽酸溶液中加入1.98g的氟化鋰，混合均勻形成基底溶液，用10min的時間將3g的Ti3AlC2加入到基底溶液中，在40℃下加熱42h，自然冷卻至室溫，去離子充分清洗，獲得黑色液體，將黑色液體滴到基底上烘乾，得到Ti3C2ene薄膜材料。(2)清洗襯底，在基底材料上轉移80nm厚的Ti3C2ene薄膜材料，形成底電極層。(3)在底電極層上形成總厚度為7.5nm的15層黑磷烯薄膜層。(4)轉移50nm厚的Ti3C2ene薄膜材料至黑磷烯薄膜層上，形成頂層Ti3C2ene薄膜材料。(5)在頂層Ti3C2ene薄膜材料上旋塗光刻膠，使用光學曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕得到頂電極層，得到存儲器單元，其中感應耦合等離子體刻蝕的工藝為：SF6流量為18sccm，氧氣流量為5sccm，RF功率為200W，ICP功率為800W，刻蝕氣壓5MmTorr，刻蝕時間30s。(6)將存儲器單元上旋塗光刻膠，通過光學曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術在光刻膠層上沉積50nm厚的三氧化二鋁披覆層，使其包覆頂電極覆蓋之外的黑磷烯薄膜層，得到抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器。對比例1：(1)將3g粒徑為45μm的Ti3AlC2粉體置於35ml的40％氟化氫溶液中，在40℃下加熱42h，自然冷卻至室溫，去離子充分清洗，獲得黑色液體，將黑色液體滴到基底上烘乾，得到Ti3C2ene薄膜材料。(2)清洗襯底，在基底材料上轉移80nm厚的Ti3C2ene薄膜材料，形成底電極層。(3)使用磁控濺射技術在底電極層上生長氧化鈦阻變功能層。(4)轉移50nm厚的Ti3C2ene薄膜材料至氧化鈦阻變功能層上，形成頂層Ti3C2ene薄膜材料。(5)在頂層Ti3C2ene薄膜材料上旋塗光刻膠，使用光學曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕得到頂電極層，得到存儲器單元，其中感應耦合等離子體刻蝕的工藝為：SF6流量為18sccm，氧氣流量為5sccm，RF功率為200W，ICP功率為800W，刻蝕氣壓5MmTorr，刻蝕時間30s。對比例2：(1)清洗三氧化二鋁襯底，在基底材料上沉積Ni/Au形成底電極層。(2)在底電極層上形成總厚度為7.5nm的15層黑磷烯薄膜層。(3)轉移50nm厚的Ti3C2ene薄膜材料至黑磷烯薄膜層上，形成銀頂電極層，旋塗光刻膠，使用光學曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應耦合等離子體刻蝕技術刻蝕得到頂電極層，得到存儲器單元，其中感應耦合等離子體刻蝕的工藝為：SF6流量為18sccm，氧氣流量為5sccm，RF功率為200W，ICP功率為800W，刻蝕氣壓5MmTorr，刻蝕時間30s。(4)將存儲器單元上旋塗光刻膠，通過光學曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術在光刻膠層上沉積50nm厚的三氧化二鋁披覆層，使其包覆頂電極覆蓋之外的黑磷烯薄膜層，得到抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器。經檢測，實施例1-2製備的抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器與對比例1-2製備的阻變存儲器的開關比、工作電壓、工作電流、數據穩定性和抗電磁幹擾的結果如下所示：實施例1實施例2對比例1對比例2開關比＞104＞104＞104＞104工作電壓＜2V＜2V＜2V＜2V工作電流μA級μA級μA級μA級在106s測試下數據存儲穩定性好好良好好在1GHz下的電流電壓曲線變化情況不變不變不變不變在5GHz下的電流電壓曲線變化情況不變不變不變微變在10GHz下的電流電壓曲線變化情況不變不變不變微變由上表可見，本發明製備的抗電磁幹擾的黑磷烯基阻變存儲器轉變速度快，讀寫電壓穩定，不受電磁幹擾。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3