CN110491991B

CN110491991B - 一种制备水热法MoS2多级阻变存储器的方法

Info

Publication number: CN110491991B
Application number: CN201910767947.8A
Authority: CN
Inventors: 坚佳莹; 冯浩; 董芃凡; 常洪龙; 坚增运
Original assignee: Xian Technological University
Current assignee: Xian Technological University
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: CN110491991A

Abstract

本发明公开了一种制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法。该阻变存储器由玻璃基底、Cu底电极、MoS₂阻变层和Ag顶电极依次叠加的三明治结构组成。其中阻变层MoS₂首先是采用钼酸铵、硫脲、盐酸羟胺为原料，通过水热法制备的MoS₂花状纳米球；接着采用NN‑二甲基甲酰胺为分散剂对MoS₂纳米球进行超声分散；最后用抽滤的方法制备MoS₂阻变层薄膜。通过对存储器在不同的限流下进行阻变特性测试，器件表现出不同的低阻态，在一个存储单元中实现了多级存储。

Description

一种制备水热法MoS2多级阻变存储器的方法

技术领域

本发明属于MoS₂在存储技术中的应用领域，具体涉及一种制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法。

背景技术

随着科学技术的发展，数据信息量快速上升，传统的存储技术已无法满足当前的需求，因此人们迫切需求寻找存储量大、性能更好的信息存储器。

目前，提高存储量的途径主要有两种途径：一种是提高单元存储密度，另一种是构建多级存储单元。提高存储单元密度对器件的尺寸要求高，实现难度大。而通过构建多级存储单元比较容易实现，且相对于当前的二级存储模式有着相当明显的优势；在存储性能方面，传统的非易失性存储器的代表闪存(Flash)遇到了发展瓶颈，非易失性存储器中的阻变式存储器因为其操作可靠性高、速度快、耗能低等特点，受到了人们的青睐。

阻变式存储器中阻变层对器件的性能有着重要影响。而MoS₂是具有类石墨烯结构的层状化合物。由于其特殊的物理性质广泛用于新型纳米电子器件和光电功能器件。因此，MoS₂作为阻变存储器阻变层成为了研究热点。

目前水热法制备MoS₂纳米球阻变存储器的研究主要停留在二级存储，限制了存储器的存储量。因此，有必要发展新的技术。

发明内容

本发明提供一种制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，解决了现有技术中的水热法制备MoS₂阻变式存储器存储单元少的问题。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

一种制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，所述存储器包括玻璃基底、底电极、MoS₂阻变层和顶电极，其制备步骤如下：步骤一、分别取钼酸铵、硫脲加入100 ml去离子水在磁力搅拌器上搅拌直至溶解，形成透明溶液；

步骤二、在连续搅拌的条件下加入盐酸羟胺，通过加入2 mol/L的HCL或氨水调节溶液的PH值；

步骤三、将制备好的混合溶液转移到聚四氟乙烯中，然后放入高压反应釜中，再密封高压釜，将其在数字温控箱中维持反应温度160~240℃进行水热反应16~28h；

步骤四、加热时间结束后，将获得的反应溶液用去离子水和无水乙醇分别冲洗三次,除去多余的反应物和杂质；将获得的黑色固体样品放入60~80℃的干燥箱中干燥6~12h，干燥后收集产物,然后对其进行表征；

步骤五、采用真空蒸发镀膜法在清洗后的玻璃片上蒸镀厚度为50~500nm的金属底电极薄膜；

步骤六、将采用水热法制备出的MoS₂在NN-二甲基甲酰胺中超声处理1~4h制备MoS₂悬浮液；

步骤七、将MoS₂悬浮液高速离心20~60 min后取出上清液，采用真空抽滤法在底电极上制备MoS₂薄膜；

步骤八、在MoS₂薄膜上蒸镀直径250μm、厚度50~500 nm的顶电极；

步骤九、将制备好的阻变存储器采用吉时利(keithely)4200-SCS半导体特性分析仪在不同限流下进行阻变特性测试。

进一步的，步骤一中，钼酸铵、硫脲、盐酸羟胺的摩尔比为1:6:3~1:10:5。

进一步的，步骤二中，PH值的范围为2~5。

进一步的，步骤五中，真空蒸镀的条件为：蒸镀速率为1~2 Å/S、本底真空小于5×10^-4Pa、蒸镀功率为160~190w。

进一步的，步骤六中，制备MoS₂悬浮液所需的MoS₂的质量为2~5g、NN二甲基甲酰胺的体积为10~50 ml。

进一步的，步骤七中，高速离心的转速为5000~10000 rpm、上清液的体积为3~7ml。

进一步的，步骤八中，真空蒸镀条件为：蒸镀速率为1~2 Å/S、本底真空小于5×10^-4Pa、蒸镀功率为130~160W。

进一步的，步骤七中，真空抽滤的具体步骤如下：

1）、用无水乙醇清洗抽滤装置；

2）、将滤芯装置装在三角瓶上后，取一片孔径0.05μm、尺寸50mm、尼龙材质的滤膜贴在滤芯上；

3）、通过软管将滤芯装置的玻璃口和真空泵相连接；

4）、将滤杯放在滤芯装置上，并将边缘对齐后用铁夹固定好二者；

5）、将MoS₂上清液缓慢加入滤杯中，打开真空泵，待抽滤结束后关闭真空泵；

6）、取下铁夹和滤杯，将沉积有金属底电极的玻璃片放在滤膜上并均匀按压；

7）、取下玻璃片便在其表面制备好一层MoS₂薄膜，放入培养皿中待其自然晾干。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明方法采用水热法制备出了形貌规整、粒径均匀的纳米花状MoS₂微球，将MoS₂在NN-二甲基甲酰胺中超声分散，解决了水热法制备MoS₂团聚现象严重的问题；本发明采用水热法制备出了形貌规整粒、粒径均匀的MoS₂花状纳米球，操作简单、无污染、产量大、成本低。

附图说明

图1为MoS₂的XRD图谱；

图2为MoS₂的扫描电镜图；

图3 (a) 为 MoS₂的透射电镜图；图3 (b) 为MoS₂纳米花瓣片层的透射电镜图；

图4(a)为MoS₂超声分散前的扫描电镜图；图4 (b)为超声分散后的扫描电镜图；

图5 (a) 为最佳实施例器件的I-V曲线图；图5 (b) 为不同限流下高低阻值的统计图；

图6为制得的存储器外观示意图。

图7 (a) 为实施例2的I-V曲线图；图7 (b) 为不同限流下高低阻值的统计图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。

实施例1：

一种制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，参见图6，该存储器包括玻璃基底、底电极、MoS₂阻变层和顶电极，其制备方法包括以下步骤：

分别称取1.146 g钼酸铵、0.608 g硫脲、0.277 g盐酸羟胺，加入100 ml去离子水在磁力搅拌器上搅拌直至溶解，形成透明溶液。

在连续搅拌的条件下加入盐酸羟胺，通过加入2 mol/L的HCL（或氨水）调节溶液的PH值到3。

将制备好的混合溶液转移到聚四氟乙烯中，然后放入高压反应釜中，再密封高压釜，将其在数字温控箱中维持200 ℃进行水热反应24 h。

加热时间结束后，将获得的反应溶液用去离子水和无水乙醇分别冲洗三次,除去多余的反应物和杂质。将获得的黑色固体样品放入80℃的干燥箱中干燥12h，干燥后收集产物。

分别采用X射线衍射仪、扫描电镜、高分辨透射电镜对产物进行表征，如图1为XRD图谱，图2为MoS₂的扫描电镜图，图3 (a) MoS₂的透射电镜图，(b) MoS₂纳米花瓣片层的透射电镜图。

采用真空蒸发镀膜法在玻璃片上蒸镀厚度为500nm的Cu底电极薄膜，真空蒸镀的条件为：蒸镀速率为1 Å/S、本底真空小于5×10-4Pa、蒸镀功率为180w。

称取采用水热法制备出的MoS₂ 2 g，加入20 ml NN-二甲基甲酰胺中超声处理3h制备MoS₂悬浮液；图4(a)和(b)分别为MoS₂超声前的扫描电镜图和超声后的扫描电镜图。

将MoS₂悬浮液在8000 rpm下高速离心30 min后取出上清液，量取5 ml上清液采用真空抽滤法在金属衬底上制备MoS₂薄膜。

用无水乙醇清洗抽滤装置。

将滤芯装置装在三角瓶上后，取一片孔径0.05 μm、尺寸50mm、尼龙材质的滤膜贴在滤芯上。

通过软管将滤芯装置的玻璃口和真空泵相连接。

将滤杯放在滤芯装置上，并将边缘对齐后用铁夹固定好二者。

将上清液缓慢加入滤杯中，打开真空泵，待抽滤结束后关闭真空泵。

取下铁夹和滤杯，将镀有金属衬底的玻璃片放在滤膜上并均匀按压。

取下玻璃片便在其表面制备好一层MoS₂薄膜，放入培养皿中待其自然晾干。

采用真空蒸发镀膜法在MoS₂薄膜上蒸镀厚度500nm、直径250μm的银顶电极。真空蒸镀条件为：蒸镀速率为1Å/S、本底真空小于5×10-4Pa、蒸镀功率为140w。

将制备好的阻变存储器采用吉时利(keithely)4200-SCS半导体特性分析仪在0.05A、0.075A、0.1A的限流下进行测试。测试结果如图5 (a)电流为对数坐标显示的I-V曲线，开关比约为10³；(b)不同限流下高低阻值的分布，从图中可以看出三个不同的低阻态有着明显的区别，通过限流可实现多级存储。

以上实施例为最佳实施例。

实施例2：

采用真空蒸发镀膜法在玻璃片上蒸镀厚度为500nm的Cu衬底薄膜，真空蒸镀的条件为：蒸镀速率为1 Å/S、本底真空小于5×10-4Pa、蒸镀功率为180w。

称取采用水热法制备出的MoS₂2 g，加入20 ml NN-二甲基甲酰胺中超声处理3h制备MoS₂悬浮液。

将MoS₂悬浮液在8000 rpm下高速离心30 min后取出上清液，量取3 ml上清液采用真空抽滤法在金属衬底上制备MoS₂薄膜。

用无水乙醇清洗抽滤装置。

将滤芯装置装在三角瓶上后，取一片孔径0.05μm、尺寸50mm、尼龙材质的滤膜贴在滤芯上。

通过软管将滤芯装置的玻璃口和真空泵相连接。

取下铁夹和滤杯，将沉积有金属底电极的玻璃片放在滤膜上并均匀按压。

将制备好的阻变存储器采用吉时利(keithely)4200-SCS半导体特性分析仪在0.05A、0.075A、0.1A的限流下进行测试。测试结果如图7(a)电流为对数坐标显示的I-V曲线，开关比约为10³；(b)不同限流下高低阻值的分布，从图中可以看出三个不同的低阻态有着明显的区别，通过限流可实现多级存储。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所属原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于,所述存储器包括玻璃基底、底电极、MoS₂阻变层和顶电极，其制备步骤如下：步骤一、分别取钼酸铵、硫脲加入100ml去离子水在磁力搅拌器上搅拌直至溶解，形成透明溶液；

步骤二、在连续搅拌的条件下加入盐酸羟胺，通过加入2mol/L的HCL或氨水调节溶液的PH值；

步骤三、将制备好的混合溶液转移到聚四氟乙烯中，然后放入高压反应釜中，再密封高压釜，将其在数字温控箱中维持反应温度160～240℃进行水热反应16～28h；

步骤四、加热时间结束后，将获得的反应溶液用去离子水和无水乙醇分别冲洗三次,除去多余的反应物和杂质；将获得的黑色固体样品放入60～80℃的干燥箱中干燥6～12h，干燥后收集产物,然后对其进行表征；

步骤五、采用真空蒸发镀膜法在清洗后的玻璃片上蒸镀厚度为50～500nm的金属底电极薄膜；

步骤六、将采用水热法制备出的MoS₂在NN-二甲基甲酰胺中超声处理1～4h制备MoS₂悬浮液；

步骤七、将MoS₂悬浮液高速离心20～60min后取出上清液，采用真空抽滤法在底电极上制备MoS₂薄膜；

步骤八、在MoS₂薄膜上蒸镀直径250μm、厚度50～500nm的顶电极；

2.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤一中，钼酸铵、硫脲、盐酸羟胺的摩尔比为1:6:3～1:10:5。

3.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤二中，PH值的范围为2～5。

4.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤五中，真空蒸镀的条件为：蒸镀速率为

本底真空小于5×10^-4Pa、蒸镀功率为160～190w。

5.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤六中，制备MoS₂悬浮液所需的MoS₂的质量为2～5g、NN二甲基甲酰胺的体积为10～50ml。

6.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤七中，高速离心的转速为5000～10000rpm、上清液的体积为3～7ml。

7.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤八中，真空蒸镀条件为：蒸镀速率为

本底真空小于5×10^-4Pa、蒸镀功率为130～160W。

8.根据权利要求1所述的制备水热法MoS₂多级阻变存储器的方法，其特征在于，步骤七中，真空抽滤的具体步骤如下：

1)、用无水乙醇清洗抽滤装置；

2)、将滤芯装置装在三角瓶上后，取一片孔径0.05μm、尺寸50mm、尼龙材质的滤膜贴在滤芯上；

3)、通过软管将滤芯装置的玻璃口和真空泵相连接；

4)、将滤杯放在滤芯装置上，并将边缘对齐后用铁夹固定好二者；

5)、将MoS₂上清液缓慢加入滤杯中，打开真空泵，待抽滤结束后关闭真空泵；

6)、取下铁夹和滤杯，将沉积有金属底电极的玻璃片放在滤膜上并均匀按压；

7)、取下玻璃片便在其表面制备好一层MoS₂薄膜，放入培养皿中待其自然晾干。