一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器及其制备方法

技术领域

本发明属于微纳电子制造及存储技术领域，提出了一种满足十字交叉阵列结构中信息准确读取需求的自整流忆阻器。

背景技术

随着便携式电子设备的不断普及，忆阻器作为一种新型非挥发存储器，在整个存储市场上所占的份额越来越大。RRAM的集成方式主要有两种，即：有源阵列(1T1R)和无源阵列(1D1R或1R)。由于晶体管(transistor：T)尺寸的限制，有源阵列1T1R的结构单元尺寸难以缩小(6F

十字交叉阵列中的单元器件为上电极/阻变材料层/下电极的三明治结构，通过电信号作用，使器件在高电阻状态(High Resistance State，HRS)和低电阻状态(LowResistance State，LRS)之间可逆转换，实现存储功能。然而，4F

值得关注的是，卤素钙钛矿材料具有固有的电学滞回特性，可以完美契合忆阻器对忆阻材料的需求，受到存储领域的欢迎。目前已在纯无机钙钛矿[Sci.Adv.2021；7:eabg3788]、有机无机杂化钙钛矿[Adv.Mater.2018,30,1805454,Nat.Commun.2022,13,2074]中实现忆阻器。然而，目前为止，仍没有任何一种钙钛矿材料被应用到自整流忆阻器中，严重影响了该材料体系在十字交叉构架中的信息存取准确性。这可能与钙钛矿材料的晶格结构或能带结构相关。因此，对于钙钛矿材料体系在高密度、高准确性存储领域的未来发展来说，最好的解决方法就是开发新型的钙钛矿材料，构建钙钛矿材料的自整流忆阻器。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明所公开的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，构建钙钛矿材料的自整流忆阻器，制备的器件Ag/(IFA)

为了解决本发明的技术问题，提出的技术方案为：一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，自下至上依次为条形金属Ag电极、钙钛矿(NH＝CINH

优选的，所述钙钛矿(IFA)

优选的，所述(IFA)

优选的，所述(IFA)

优选的，所述Ag电极的厚度在80-100nm之间；(IFA)

优选的，所述下电极为商业化ITO或FTO导电玻璃。

优选的，上、下电极的宽度均在500nm–100μm之间。

为了解决本发明的技术问题，提出的另一技术方案为：所述基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：应用溶液法在所述商用下电极上形成杂化钙钛矿薄膜；

步骤二：在所述杂化钙钛矿薄膜上形成金属Ag电极。

优选的，所述Ag电极采用热蒸镀法制备，其工艺条件如下：功率50-200W，压强10

优选的，所述杂化钙钛矿薄膜利用溶液法制备，制备流程均在惰性气氛的手套箱内操作，具体步骤包括：

步骤一：制备前驱体晶体。将PbI

步骤二：制备前驱体溶液。利用DMF溶解(IFA)

步骤三：旋涂法制备薄膜。将准备好的前驱体旋涂到商用ITO或FTO的条形电极上，在旋涂结束前5-10s内滴加反溶剂甲苯。

步骤四：调控薄膜质量：将旋涂均匀的薄膜放置到80-120℃的热板上，退火5-10min。所述杂化钙钛矿薄膜采用溶液法制备，选用双溶剂制备前驱体。

本发明公开一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，自下至上依次为条形金属Ag电极、(IFA)

所述钙钛矿材料(IFA)

有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，以杂化钙钛矿作为存储介质，利用钙钛矿/上电极界面处的自发形成层(金属卤化物)和钙钛矿之间的p-n结，反向p-n结形成阻挡层，实现了类二极管的整流功能。能够抑制十字交叉阵列结构中的电流串扰等现象。器件结构简单，器件制备工艺简便，器件多功能，极适合应用于三维堆叠结构的交叉阵列，单层交叉阵列结构的单元面积最小为4F

本发明所制备的自整流忆阻器Ag/(IFA)

本发明提供的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，具有仅为三层的器件结构，自下至上依次为条形Ag电极、(IFA)

本发明提供的钙钛矿材料(IFA)

本发明提供的钙钛矿材料(IFA)

本发明提供的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，其被集成到了高密度十字交叉结构中，单向的导电能力可以有效抑制十字交叉中的串扰电流的现象。

本发明提供的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，其特点在于器件结构简单，器件制备工艺简便，器件多功能，极适合集成密度高，集成成本低的交叉阵列结构对信息存储准确忆阻器的需求。

如实施例1所述(IFA)

实施例2所述(IFA)

实施例3所述(IFA)

附图说明

图1：十字交叉阵列中的串扰电流的示意图。

图2：自整流忆阻器Ag/(IFA)

图3：本发明实施的自整流忆阻器的制备流程图；

图4：钙钛矿(IFA)

图5：本发明实施例1忆阻器Ag/(IFA)

图6：本发明实施例1自整流忆阻器Ag/(IFA)

图7：本发明实施例2忆阻器Ag/(IFA)

图8：本发明实施例3忆阻器Ag/(IFA)

图9：本发明对比例1忆阻器Ag/AgI/(IFA)

图10：本发明对比例2忆阻器Au/(IFA)

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提出的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，具有抑制十字交叉阵列中串扰电流的能力。

如图1所示，高阻态HRS(1,1)为所要读取的存储单元：当存储单元没有整流特性时，电流会优先流经低阻态LRS的存储单元，绕过所选的HRS(1,1)单元，引起信息读取错误，如图1中虚线所示；当存储单元具有整流特性时，电流仅流经所选的高阻态单元，实现信息的准确读取，如图1中实线所示。

本实施例提出的一种基于卤素杂化钙钛矿的自整流忆阻器，单一存储单元的结构为Ag/(IFA)

钙钛矿材料(IFA)

步骤一：制备前驱体晶体。将PbI

步骤二：利用DMF和DMSO双溶剂制备前驱体溶液。利用160μL的DMF溶解168.8mg的(IFA)

步骤三：制备钙钛矿薄膜。将准备好的前驱体溶液滴到商用ITO条形电极(宽度为50μm的)上，浸润10s后开始旋涂，在旋涂结束前5s内滴加反溶剂甲苯，祛除残余的溶剂，加速钙钛矿在基底上结晶速度，所得薄膜放到100℃热板上退火5min，获得厚度约700nm的(IFA)

步骤四：表征钙钛矿薄膜的形貌。应用SEM技术表征所得薄膜的形貌结构，如图4所示，钙钛矿薄膜均匀致密。

本实施例金属Ag电极的厚度为80nm，宽度为30μm，通过热蒸镀法制备，工艺条件为：功率100W，压强10

本实施例应用4200半导体测试系统检测器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的自整流忆阻器Ag/(IFA)

实施例2

钙钛矿材料(IFA)

步骤一：制备前驱体晶体。将PbI

步骤二：利用DMF和DMSO双溶剂制备前驱体溶液。利用160μL的DMF溶解168.8mg的(IFA)

步骤三：制备钙钛矿薄膜。将准备好的前驱体溶液滴到商用ITO条形电极(宽度为100μm)上，浸润10s后开始旋涂，在旋涂结束前10s内滴加反溶剂甲苯，祛除残余的溶剂，加速钙钛矿在基底上结晶速度。所得薄膜放到100℃热板上退火5min，获得厚度约500nm的均匀、致密的钙钛矿薄膜。

本实施例金属Ag电极的厚度为100nm，宽度为100μm，通过热蒸镀法制备，工艺条件为：功率200W，压强10

本实施例应用4200半导体测试系统检测器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的自整流忆阻器Ag/(IFA)

实施例3

钙钛矿材料(IFA)

步骤一：制备前驱体晶体。将PbI

步骤二：利用DMF和DMSO双溶剂制备前驱体溶液。利用160μL的DMF溶解168.8mg的(IFA)

步骤三：制备钙钛矿薄膜。将准备好的前驱体溶液滴到商用FTO条形电极(宽度为50μm)上，浸润10s后开始旋涂，在旋涂结束前5s内滴加反溶剂甲苯，祛除残余的溶剂，加速钙钛矿在基底上结晶速度，所得薄膜放到100℃热板上退火5min，获得厚度约600nm的均匀、致密的钙钛矿薄膜。

本实施例金属Ag电极的厚度为80nm，宽度为500nm，通过热蒸镀法制备，工艺条件为：功率50W，压强10

本实施例应用4200半导体测试系统检测器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的器件Ag/(IFA)

本实施例所制备的自整流忆阻器Ag/(IFA)

对比例1

本实施例的器件制备流程同实施例1，不同的地方为，利用热蒸镀法在钙钛矿(IFA)

本对比例的器件性能的测试方法同实施例1，所得器件的电流-电压曲线如图7所示。与器件Ag/(IFA)

本对比例的器件性能的性能证明，(IFA)

对比例2

本对比例的器件制备方法和流程同实施例1，不同的地方为，上层电极为金属Au，所得器件结构为Au/(IFA)

本实施例的器件性能的测试方法同实施例1，所得器件的电流-电压曲线如图8所示。正负电压范围均出现高、低阻态；一种双极性非易失性存储器件；相比比较器件Ag/(IFA)

本对比例的器件Au/(IFA)