本發(fā)明屬于阻變存儲(chǔ)器材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器及其制備方法。
背景技術(shù)：
：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是集成電路產(chǎn)業(yè)中最為重要的技術(shù)之一，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的興起，需要存儲(chǔ)分析的信息正在爆炸式增長，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的市場(chǎng)日益擴(kuò)大。隨著新材料、新技術(shù)的不斷發(fā)展，新型存儲(chǔ)器向高密度非易失存儲(chǔ)方向發(fā)展。阻變存儲(chǔ)器是通過某些薄膜材料在電激勵(lì)的作用下電阻的可逆轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，與傳統(tǒng)的閃存相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，包括器件結(jié)構(gòu)簡單、單元尺寸小、可微縮性好、操作速度快、功耗低、與互補(bǔ)金屬氧化物工藝相兼容、易于三維集成等。目前，阻變存儲(chǔ)器中的薄膜材料分為固體電解質(zhì)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(jié)構(gòu)及透明、頭型、阻擋原子擴(kuò)散、超薄、導(dǎo)電或者絕緣等性能可以賦予阻變存儲(chǔ)器更多的功能性。常見的低維納米材料有石墨烯、硅烯、二硫化鉬和黑磷烯等。黑磷是一種類似石墨的波形層狀結(jié)構(gòu)晶體，原子層間通過范德華力結(jié)合，易于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(dǎo)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(dá)104cm2/(V·s)。目前黑磷烯在制備晶體管、光電元件、氣體傳感器、太陽能電池和量子點(diǎn)方面已經(jīng)有所應(yīng)用，但是在阻變存儲(chǔ)器中的應(yīng)用還不多見。此外，阻變存儲(chǔ)器在使用過程中會(huì)發(fā)射電磁波也會(huì)受到其他設(shè)備發(fā)出的電磁波的干擾，賦予阻變存儲(chǔ)器電磁屏蔽功能也十分必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器及其制備方法，該黑磷烯基阻變存儲(chǔ)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，制備得到轉(zhuǎn)變速率快，讀寫電壓穩(wěn)定的防電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器，所述抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)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，剩余部分被披覆層覆蓋，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(shù)方案的優(yōu)選，所述黑磷烯薄膜層由單層或者多層黑磷烯薄膜構(gòu)成，厚度為0.5-100nm。本發(fā)明還提供一種抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器的制備方法，包括以下步驟：(1)清洗襯底，在基底材料上轉(zhuǎn)移Ti3C2ene薄膜材料，形成底電極層；(2)在步驟(1)制備的底電極層上形成黑磷烯薄膜層；(3)轉(zhuǎn)移Ti3C2ene薄膜材料至步驟(2)制備的黑磷烯薄膜層上，形成頂層Ti3C2ene薄膜材料；(4)在步驟(3)制備的頂層Ti3C2ene薄膜材料上旋涂光刻膠，使用光學(xué)曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕得到頂電極層，得到存儲(chǔ)器單元；(5)將步驟(4)制備的存儲(chǔ)器單元上旋涂光刻膠，通過光學(xué)曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術(shù)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，得到抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)或者步驟(3)中，Ti3C2ene薄膜材料的制備方法為：將3g粒徑為45μm的Ti3AlC2粉體置于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干，得到Ti3C2ene薄膜材料。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)或者步驟(3)中，Ti3C2ene薄膜材料的制備方法為：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(shí)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干，得到Ti3C2ene薄膜材料。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，黑磷烯薄膜層由15層黑磷烯薄膜構(gòu)成，每層的厚度為0.5nm，總厚度為7.5nm。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中底電極層的厚度為80nm。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中頂層電極層的厚度為50nm。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，感應(yīng)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(shí)間30s。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中，披覆層為三氧化二鋁，厚度為50nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明制備的抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器采用黑磷烯薄膜層作為阻變功能層，黑磷烯薄膜層的層數(shù)變化可操控性好，作為阻變存儲(chǔ)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，使制備的存儲(chǔ)器具有轉(zhuǎn)變速度快，低些電壓穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。(2)本發(fā)明制備的抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器采用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(dǎo)電性和表面親水性，且電磁波可以在Ti3C2ene薄膜材料內(nèi)多次內(nèi)反射，使Ti3C2ene薄膜材料具有優(yōu)異的屏蔽電磁干擾效率，而且Ti3C2ene材料具有優(yōu)異的可塑性和易涂裝性使Ti3C2ene薄膜材料可以覆蓋在任意形狀的表面，賦予材料優(yōu)異的抗電磁干擾功能，而且使制備的阻變存儲(chǔ)器具有輕量化、高強(qiáng)度、成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，可用于便攜式或者可穿戴電子器件中。(3)本發(fā)明制備方法簡單，可操控性好，成本低，制備的阻變存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變速度快，存儲(chǔ)穩(wěn)定，輕質(zhì)高強(qiáng)，可使用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)前景好。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：附圖1是抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)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(shí)施方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1：(1)將3g粒徑為45μm的Ti3AlC2粉體置于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干，得到Ti3C2ene薄膜材料。(2)清洗襯底，在基底材料上轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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薄膜材料上旋涂光刻膠，使用光學(xué)曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕得到頂電極層，得到存儲(chǔ)器單元，其中感應(yīng)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(shí)間30s。(6)將存儲(chǔ)器單元上旋涂光刻膠，通過光學(xué)曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術(shù)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，得到抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器。實(shí)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(shí)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干，得到Ti3C2ene薄膜材料。(2)清洗襯底，在基底材料上轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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薄膜材料上旋涂光刻膠，使用光學(xué)曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕得到頂電極層，得到存儲(chǔ)器單元，其中感應(yīng)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(shí)間30s。(6)將存儲(chǔ)器單元上旋涂光刻膠，通過光學(xué)曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術(shù)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，得到抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器。對(duì)比例1：(1)將3g粒徑為45μm的Ti3AlC2粉體置于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干，得到Ti3C2ene薄膜材料。(2)清洗襯底，在基底材料上轉(zhuǎn)移80nm厚的Ti3C2ene薄膜材料，形成底電極層。(3)使用磁控濺射技術(shù)在底電極層上生長氧化鈦?zhàn)枳児δ軐印?4)轉(zhuǎn)移50nm厚的Ti3C2ene薄膜材料至氧化鈦?zhàn)枳児δ軐由希纬身攲覶i3C2ene薄膜材料。(5)在頂層Ti3C2ene薄膜材料上旋涂光刻膠，使用光學(xué)曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕得到頂電極層，得到存儲(chǔ)器單元，其中感應(yīng)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(shí)間30s。對(duì)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(zhuǎn)移50nm厚的Ti3C2ene薄膜材料至黑磷烯薄膜層上，形成銀頂電極層，旋涂光刻膠，使用光學(xué)曝光和顯影獲得頂電極圖形，使用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)刻蝕得到頂電極層，得到存儲(chǔ)器單元，其中感應(yīng)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(shí)間30s。(4)將存儲(chǔ)器單元上旋涂光刻膠，通過光學(xué)曝光、顯影和剝離，形成披覆層圖形，使用原子層沉積技術(shù)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，得到抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器。經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-2制備的抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器與對(duì)比例1-2制備的阻變存儲(chǔ)器的開關(guān)比、工作電壓、工作電流、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和抗電磁干擾的結(jié)果如下所示：實(shí)施例1實(shí)施例2對(duì)比例1對(duì)比例2開關(guān)比＞104＞104＞104＞104工作電壓＜2V＜2V＜2V＜2V工作電流μA級(jí)μA級(jí)μA級(jí)μA級(jí)在106s測(cè)試下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)穩(wěn)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?cè)?GHz下的電流電壓曲線變化情況不變不變不變微變?cè)?0GHz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(fā)明制備的抗電磁干擾的黑磷烯基阻變存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)變速度快，讀寫電壓穩(wěn)定，不受電磁干擾。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁1 2 3