一种平面结构有机/无机复合钙钛矿忆阻器及其制备方法与流程

1.本发明属于半导体和微电子领域，尤其涉及一种平面结构有机/无机复合钙钛矿忆阻器及其制备方法。


背景技术：

2.有机/无机复合钙钛矿材料具有直接带隙、载流子迁移率高、激子扩散长度长、带隙可调、与柔性基板兼容等特点，被广泛应用于发光二极管和太阳能电池。同时，有机/无机复合钙钛矿材料中常存在间隙、空位等点缺陷，这些点缺陷具有低迁移势垒、高迁移速度等特点，是制备高性能忆阻器的理想材料。
3.目前有机/无机复合钙钛矿忆阻器通常采用“三明治”结构或者晶体管结构。“三明治”结构从下至上依次为基板、下电极、阻变层、上电极，晶体管结构从下至上依次为基板、栅极、阻变层、源极和漏极。目前有机/无机复合钙钛矿忆阻器在阻变层的上下两个表面均设置有金属电极，需要采用多次沉积的办法来实现，器件制备工艺复杂、成本昂贵。


技术实现要素：

4.本发明的目的是基于以上理论基础和方法，提供了一种忆阻器结构，仅在阻变层的上表面设置了金属电极，因此只要进行一次沉积就可以完成器件正负电极的同时制备，大大简化了器件的制备工艺，降低了成本。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种平面结构有机/无机复合钙钛矿忆阻器，从下至上依次为基板、模板层、阻变层、电极。
6.进一步的，所述基板为玻璃、硅片等刚性基板或者pet、pi等柔性基板。
7.进一步的，所述模板层表面对pbi2具有高的吸附能力，如pedot：pss。
8.进一步的，所述阻变层为有机/无机复合碘化物钙钛矿材料ch3nh3pbi3。
9.进一步的，所述电极为au、ag、pt等金属材料，电极图案为条状结构或者插指结构。
10.上述结构的忆阻器，其制备步骤如下：采用超声清洗基板；在基板上制备模板层；在模板层上制备阻变层；在阻变层上沉积金属电极。
11.在步骤（2）中，模板层溶液旋涂法制备。
12.在步骤（3）中，阻变层采用一步溶液旋涂法制备。
13.在步骤（4）中，电极采用磁控溅射、电子束蒸发、热沉积等真空沉积方法制备。
14.本发明的优势：1、将忆阻器的正、负电极同时设置在阻变层的上表面，改变了现有技术中需要上下两层电极的器件结构，因此只要进行一次沉积就可以完成器件正负电极的同时制备，大
大简化了器件的制备工艺，降低了成本；2、采用模板层来调控阻变层有机/无机复合钙钛矿薄膜的化学成分分布，解决了传统溶液法无法控制薄膜化学成分分布的问题。
15.3、由于模板层对pbi2具有较高的吸附能力，阻变层的下部分pb
2
浓度较高，而阻变层的上部分ch3nh
3
浓度较高。在外电场作用下，ch3nh
3
在阻变层中向负电极移动并形成离子电流，此时阻变器处于低电阻状态；随着ch3nh
3
在负电极处不断积累，形成了与外电场方向相反的内建电场，阻碍了ch3nh
3
的继续移动，此时阻变器从低电阻状态转变为高电阻状态，即通过调控ch3nh
3
的移动使阻变器在高、低电阻状态间发生转变。
附图说明
16.下面结合附图对本发明专利进一步说明；图1 为平面结构有机/无机复合钙钛矿忆阻器结构示意图；图2 为不含模板层器件的电流
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电压曲线；图3 为pedot:pss作为模板层器件的电流
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电压曲线；图4 为平面结构有机/无机复合钙钛矿忆阻器的高低电阻态的稳定性曲线。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
18.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于这些实施例。
19.结合附图说明本实施方式，图1为本发明所述平面结构忆阻器的器件结构，从下至上依次为基板1、模板层2、阻变层3、电极4和5，阻变层3为有机/无机复合碘化物钙钛矿材料，电极4和5一个为正电极，一个为负电极。
20.对比例1（1）采用丙酮、异丙醇、玻璃清洗剂、去离子水依次超声清洗玻璃基板，时间均为10分钟，在鼓风干燥箱中120℃下烘干1小时，然后用紫外
‑
臭氧清洗机处理20分钟；（2）将ch3nh3i和pbi2按照摩尔比1:1的比例加入dmf和dmso的混合溶液中，制得浓度为1mol/l钙钛矿前驱体溶液，其中dmf和dmso的体积比为7:3，前驱体溶液在70℃下搅拌2小时；（3）在氮气手套箱中，将基板放置在匀胶机托盘上，并在其上滴加钙钛矿前驱体溶液，第一阶段以1000转/分钟的速度匀胶10秒，第二阶段以2000转/分钟的速度匀胶60秒，其中第20秒时滴加100微升氯苯溶液；然后将制备的薄膜在70℃下退火3分钟，100℃下退火10分钟；（4）将基板放入真空镀膜机，采用真空热沉积的办法蒸镀100nm au电极；（5）采用数字源表对器件电流
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电压曲线进行表征，如图2所示。器件正向和反向电流
‑
电压曲线几乎完全重合，即不存在阻变特性。
21.实施例1（1）采用丙酮、异丙醇、玻璃清洗剂、去离子水依次超声清洗玻璃基板，时间均为10分钟，在鼓风干燥箱中120℃下烘干1小时，然后用紫外
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臭氧清洗机处理20分钟；（2）将ch3nh3i和pbi2按照摩尔比1:1的比例加入dmf和dmso的混合溶液中，制得浓
度为1mol/l钙钛矿前驱体溶液，其中dmf和dmso的体积比为7:3，前驱体溶液在70℃下搅拌2小时；（3）在大气环境中，将玻璃基板放置在匀胶机托盘上，并在其上滴加pedot:pss溶液，以3000转/分钟的速度匀胶60秒，然后将制备的薄膜在120℃下退火30分钟；（4）在氮气手套箱中，将沉积了pedot:pss薄膜的基板放置在匀胶机托盘上，并在其上滴加钙钛矿前驱体溶液，第一阶段以1000转/分钟的速度匀胶10秒，第二阶段以2000转/分钟的速度匀胶60秒，其中第20秒时滴加100微升氯苯溶液；然后将制备的薄膜在70℃下退火3分钟，100℃下退火10分钟；（5）将沉积了钙钛矿薄膜的基板放入真空镀膜机，采用真空热沉积的办法蒸镀100nm au电极；（6）采用数字源表对器件电流
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电压曲线进行表征，如图3所示。当电压从0v扫描到10v时，电流先逐渐增大（相当于数据“写”的过程，器件处于低电阻状态），此时ch3nh
3
在阻变层中向负电极移动；当电流达到一定值后，电流反而随着电压增大逐渐减小（相当于数据“擦”的过程，器件处于高电阻状态），此时ch3nh
3
在负电极处大量积累，形成了与外电场方向相反的内建电场。当电压从10v扫描到0v时，器件一直处于高电阻状态。即在正向和反向电压扫描过程中，实现了一次高电阻状态到低电阻状态的转变，器件呈现出明显的非易失性存储特性（如图4）。当在负电压区域进行电压扫描时，器件同样会出现数据“写”和“擦”的过程。
22.上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。