一种全无机无铅钙钛矿忆阻器及其制备方法

1.本发明属于无铅钙钛矿忆阻器技术领域，具体涉及一种全无机无铅钙钛矿忆阻器及其制备方法。


背景技术：

2.随着信息技术的飞速发展以及半导体技术的不断革新，传统的基于硅的存储器在器件水平上正达到物理尺寸限制。与此同时，人类社会正逐渐步入大数据和物联网时代，社交、媒体、图像等数据充斥在我们世界的每一处角落，面对这种极其庞大且呈爆炸式增长的信息量，高密度信息存储的发展得到了极大的重视。阻变式随机存储器由于其高集成密度、操作电压低、读写速度快等优点而成为下一代非易失性存储器极具竞争力的候选者。
3.阻变式随机存储器最常见的结构是三明治结构，由电极/功能层/电极堆叠而成。近些年来，金属卤化物钙钛矿被认为是很有前途的材料。由于其可调带隙、高吸收系数、高缺陷容忍度以及长载流子扩散系数等而被大量应用在太阳能电池、发光二极管和光电探测器中。在基于钙钛矿的阻变式随机存储器中，有机-无机卤化铅钙钛矿(ch3nh3pbx3)得到了广泛的研究。
4.虽然基于有机-无机卤化铅钙钛矿基忆阻器表现出了出色的电阻开关性能。但两个主要的缺点严重阻碍其实际应用：一是基于这类材料的器件在环境氛围下的长期稳定性较差，二是铅元素的毒性对于人类和环境具有负面影响。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.有鉴于此，为了达到上述目的，本发明的目的是提供一种全无机无铅钙钛矿忆阻器及其制备方法。该器件可在较低的电压下实现双极电阻开关行为，且具有稳定的保持时间和循环性能。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：
9.一种全无机无铅钙钛矿忆阻器，该器件结构顺序为顶电极、功能层、底电极。顶电极为金属铝，功能层为cscu2br3钙钛矿，底电极为fto导电玻璃。
10.该制备方法如下：
11.s1：按1：2摩尔比例称取csbr和cubr溶于二甲基亚砜制备前驱体并在60℃搅拌12小时；
12.s2：清洗fto衬底，使用氮气吹干，并进行臭氧-紫外处理；
13.s3：在手套箱中，使用移液枪吸取适量的前驱体，将适量前驱体旋涂在fto衬底上。随后，将样品在100℃退火30分钟；
14.s4：采用金属掩模版真空热蒸发技术将铝电极沉积在薄膜上，真空度控制在10-4pa，蒸镀速率为
15.(三)有益效果
16.本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器可在低电压下实现负电压写入，正电压擦除的双极电阻开关行为。本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器在低电压下实现了对电阻开关行为的操控，并实现了较长时间的数据保持时间。本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器在低电压下实现了稳定的写入/擦除循环。本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器薄膜的制备过程简单，成本低，且相对于铅基钙钛矿具有环保、无毒的优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1制备的器件结构示意图，其中顶电极为al，中间层为cscu2br3，底电极为fto。
19.图2是制备的全无机无铅钙钛矿薄膜的xrd图案，通过xrd结果可以确定薄膜的晶体结构，即成功制备了cscu2br3薄膜。
20.图3为所制备的忆阻器在施加10-3a的限制电流下0
→‑2→0→
+3
→
0直流电压扫描过程中，表现出典型的双极电阻开关特性。器件在～-1v电压时实现了写入操作，电阻从高阻态转变为低阻态，在～+2.8v电压时实现擦除操作，电阻从低阻态重新回到高阻态，完成一次循环，高阻态与低阻态的开关比大于103。
21.图4为忆阻器分别在高电阻状态和低电阻状态的保持性能图，该忆阻器在超过2
×
104s时间内可以稳定的保持在高阻态或低阻态，具有出色的保持性能。
22.图5为所制备的忆阻器的写入/擦除循环性能图，对忆阻器连续施加直流电压脉冲可以使其稳定循环超过200次。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
24.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
25.一种全无机无铅钙钛矿忆阻器，该器件结构顺序为顶电极、功能层、底电极。顶电极为金属铝，功能层为cscu2br3钙钛矿，底电极为fto导电玻璃。
26.该制备方法如下：
27.s1：按1：2摩尔比例称取csbr和cubr溶于二甲基亚砜制备前驱体并在60℃搅拌12小时；
28.s2：清洗fto衬底，使用氮气吹干，并进行臭氧-紫外处理；
29.s3：在手套箱中，使用移液枪吸取适量的前驱体，将适量前驱体旋涂在fto衬底上。随后，将样品在100℃退火30分钟；
30.s4：采用金属掩模版真空热蒸发技术将铝电极沉积在薄膜上，真空度控制在10-4pa，蒸镀速率为
31.实施实例：
32.一种低维无铅钙钛矿忆阻器的制备
33.具体制备步骤如下：
34.(1)cscu2br3前驱体的制备：将csbr和cubr按照1：2的摩尔比加入二甲基亚砜中，并放在加热搅拌台上以60℃搅拌12小时，得到前驱体溶液；
35.(2)衬底预处理：将fto导电玻璃清洗干净，并连续使用去离子水、乙醇、丙酮和异丙醇分别对fto导电玻璃进行超声处理15分钟，使用氮气将fto导电玻璃表面的残留液体吹干，吹干后进行紫外臭氧处理30分钟；
36.(3)钙钛矿薄膜的制备：将前驱体以及处理后的fto导电玻璃放入充满氮气的手套箱内，手套箱内的水含量小于0.1ppm，氧含量小于0.1ppm。将fto导电玻璃放置于匀胶机上，使用移液枪吸取适量前驱体滴在fto导电玻璃上并旋涂，待旋涂结束后将导电玻璃转移至100℃热台上退火30分钟，得到cscu2br3薄膜；
37.(4)沉积顶电极：将cscu2br3薄膜上放好掩模版，放入真空热蒸发设备中蒸镀al电极，真空度控制在约10-4pa，蒸镀速率保持在左右，使用石英晶振控制电极厚度在100nm左。
38.本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器可在低电压下实现负电压写入，正电压擦除的双极电阻开关行为。本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器在低电压下实现了对电阻开关行为的操控，并实现了较长时间的数据保持时间。本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器在低电压下实现了稳定的写入/擦除循环。本发明提供了一种基于cscu2br3全无机无铅钙钛矿忆阻器，该忆阻器薄膜的制备过程简单，成本低，且相对于铅基钙钛矿具有环保、无毒的优点。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
40.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种全无机无铅钙钛矿忆阻器，其特征在于，该器件结构顺序为顶电极、功能层、底电极；顶电极为金属铝，功能层为cscu2br3钙钛矿，底电极为fto导电玻璃。2.根据权利要求1所述的一种全无机无铅钙钛矿忆阻器的制备方法，其特征在于，该制备方法如下：s1：按1：2摩尔比例称取csbr和cubr溶于二甲基亚砜制备前驱体并在60℃搅拌12小时；s2：清洗fto衬底，使用氮气吹干，并进行臭氧-紫外处理；s3：在手套箱中，使用移液枪吸取适量的前驱体，将适量前驱体旋涂在fto衬底上。随后，将样品在100℃退火30分钟；s4：采用金属掩模版真空热蒸发技术将铝电极沉积在薄膜上，真空度控制在10-4pa，蒸镀速率为

技术总结
本发明公开了一种全无机无铅钙钛矿忆阻器及其制备方法，一种全无机无铅钙钛矿忆阻器，该器件结构顺序为顶电极、功能层、底电极；顶电极为金属铝，功能层为CsCu2Br3钙钛矿，底电极为FTO导电玻璃。该制备方法：S1：按1：2摩尔比例称取CsBr和CuBr溶于二甲基亚砜制备前驱体并在60℃搅拌12小时；S2：清洗FTO衬底，使用氮气吹干，并进行臭氧-紫外处理；S3：在手套箱中，使用移液枪吸取适量的前驱体，将适量前驱体旋涂在FTO衬底上。随后，将样品在100℃退火30分钟。该忆阻器可在低电压下实现负电压写入，正电压擦除的双极电阻开关行为。在低电压下实现了对电阻开关行为的操控，并实现了较长时间的数据保持时间。时间的数据保持时间。时间的数据保持时间。


技术研发人员：张佳旗 胡景陽 高龙 李文彤 郑伟涛
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/24