CN115332441A - 一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法 - Google Patents

一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法 Download PDF

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朱媛媛
王红军
郭子聪
周静
刘雍
熊锐
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Shaanxi University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法，属于非易失性存储器技术领域。本发明公开的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，选择衬底并在其上沉积导电薄膜作为忆阻器的导电底部电极；在导电底部电极上进行无铅全无机卤化物钙钛矿成膜，作为忆阻器的存储层；然后在Cs3Cu2Br5薄膜上沉积金属导电薄膜作为导电顶部电极。本发明方法制备的基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜的忆阻器，具有构建工艺和结构简单，同时拥有环境友好型和较高稳定性的优点；此外合成Cs3Cu2Br5薄膜的材料来源广泛且成本低，有利用器件的规模化，具有良好的应用前景。

Description

一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器及其制备 方法
技术领域
本发明属于非易失性存储器技术领域，具体涉及一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法。
背景技术
卤化物钙钛矿半导体由于其可调的带隙、优越的电荷转移能力和高的载流子迁移率受到极大的关注，目前在太阳能电池、发光器件和其他电子器件等应用领域产生了重大影响。然而，由于杂化钙钛矿结构中的有机阳离子对水分敏感性和热不稳定性、以及钙钛矿中铅的毒性造成的潜在环境污染，限制了其大规模商业前景。因此，探索性能稳定且无毒卤化物钙钛矿势在必行。
阻性存储器由于其高集成度及快速开关速度，打破了传统的冯·诺依曼(VonNeumann)瓶颈。幸运的是，卤化物钙钛矿具有良好的缺陷辅助载流子传输特性，被认为是阻变存储器的理想存储层。卤化物钙钛矿是典型的离子导体，符合离子迁移机制，卤化物钙钛矿由于离子或缺陷的迁移而表现出稳定的电流-电压滞回现象，可以应用于阻变器件。
众所周知，无机卤化物钙钛矿通常比有机卤化物钙钛矿表现出更好的稳定性。此外，为了解决铅的毒性，可以用等价/异价金属阳离子或两种异价金属阳离子的组合来取代钙钛矿中的二价铅。卤化物钙钛矿基阻变器件的主流机理被归结为卤素离子的聚集和迁移。因此，卤化物钙钛矿中离子的电子性质对开关行为起着重要的作用。目前卤化物钙钛矿具有优异的物理特性，是构建忆阻器的理想材料之一，但是由于有机基团的存在导致的不稳定性，外加铅对环境的污染，限制了其应用前景。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器及其制备方法，用以解决卤化物钙钛矿的有机基团的存在导致的不稳定性，外加铅对环境具有很大污染等技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先在衬底上沉积导电薄膜作为导电底部电极，再将CuBr粉末和CsBr粉末混合后溶解于溶剂中，经过超声处理后得到Cs3Cu2Br5先驱溶液，将Cs3Cu2Br5先驱溶液涂覆至导电底部电极上，成膜后进行退火处理，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积导电薄膜作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
进一步地，所述溶剂为二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺；所述二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为(1～8)：1。
进一步地，所述CuBr粉末和CsBr粉末的摩尔比为3：2。
进一步地，所述超声处理为水浴超声处理；所述水浴超声处理的时间为10min～60min，所述水浴超声处理的温度为40℃～90℃。
进一步地，所述衬底的材料为导电玻璃或SiO2/Si；所述导电薄膜的材料为ITO、FTO、Au、Pt、Al或Ag。
进一步地，在衬底上沉积导电薄膜和在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积导电薄膜的方式均采用物理沉积工艺；采用旋涂工艺将Cs3Cu2Br5先驱溶液涂覆至导电底部电极上。
进一步地，所述旋涂工艺的操作步骤为：先以500rpm～2000rpm的转速将先驱溶液旋涂于底电极上，旋涂时间为5s～20s，随后再以2000rpm～8000rpm继续成膜10s～50s；在旋涂的最后5s～15s加入醋酸甲酯。
进一步地，所述退火处理是在氩气环境下进行；所述退火处理的温度为100℃～300℃，时间为10min～90min。
本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，所述无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器包括衬底，所述衬底的上表面设有导电底部电极；所述导电底电极的上表面设有Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层，所述Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层的上表面设有导电顶部电极。
进一步地，所述导电底部电极和导电顶部电极的厚度均为50nm～200nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，采用无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5薄膜作为忆阻器的存储层，来构建忆阻器，获得具有优异阻变特性的器件，由于用无机基团替代，避免了有机基团的存在导致的不稳定性的现象发生；没有外加铅的存在，降低了对环境的污染，制备方法操作简单、环境友好，有利于大规模生产。
进一步地，制备Cs3Cu2Br5先驱溶液时，采用水浴超声处理，控制超声的时间和温度，可以使得原材料粉末充分混合，当超声达到一定的时间可以实现均匀性好的前驱溶液。
进一步地，采用旋涂的工艺进行Cs3Cu2Br5先驱溶液的涂覆，以形成薄膜，在涂覆过程中通过调节两步高低旋涂转速，可以获得均匀性好的薄膜。过快的转速，获得薄膜厚度不符合器件的要求，过慢的转速，薄膜的表面粗糙度过高，影响器件的性能；另外，在在旋涂的最后5s～15s加入醋酸甲酯，通过添加反溶剂，可以实现快速的成膜，与强溶剂混合液进行中和，获得阻变薄膜层。
进一步地，通过控制薄膜退火的气氛、温度和时间。保护气氛有助于获得高质量的晶体；同时退火温度过低会降低薄膜的结晶度，温度过高会导致无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜分解。
本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，具有结构简单，容易规模化生产制备的优点，因此具有良好的市场应用前景。此外，合成Cs3Cu2Br5的原材料来源广泛，具有成本低，制备工艺简单的优点。
进一步地，所述导电底部电极和导电顶部电极的厚度均为50nm～200nm，根据阻变特性的需求，沉积一定厚度顶电极和底电极，如果电极的厚度过小的话，器件容易被击穿；过厚则导致器件的开关电压过大、稳定性降低。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的结构示意图；
图2为本发明实施例1制备得到的Cs3Cu2Br5存储层的扫描电镜图像；
图3为本发明实施例1制备得到的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的电压-电流曲线图；
图4为本发明实施例1制备得到的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器在不同限制电流下的电压电流曲线图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
如图1所示，本发明的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，自下而上依次为导电底部电极、Cs3Cu2Br5存储层和导电顶部电极；导电底部电极与导电顶部电极通过、Cs3Cu2Br5存储层固定连接，导电底部电极与导电顶部电极的厚度为50～200nm。
本发明的一种基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：衬底选择为导电玻璃或者SiO2或Si，采用物理沉积工艺在衬底上沉积50～200nm厚度的导电薄膜作为忆阻器的导电底部电极；
优选地，物理沉积工艺选择直流磁控溅射。
优选地，导电底部电极选择金属铂，厚度为100nm。
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为(1～8)：1配置溶剂，将CuBr粉末和CsBr粉末混合后溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为10～60min，温度为40℃～90℃，获得Cs3Cu2Br5先驱溶液；以500～2000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为5～20s，紧接着以2000～8000rpm高转速继续成膜10～50s，在旋涂最后5～15s加入醋酸甲酯作为反溶剂；随后在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为100～300℃，时间为10～90min，经自然冷却后得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层。
优选地，二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺摩尔比为4：1配置溶剂，CuBr粉末和CsBr粉末的摩尔比保持为3：2。
优选地，水浴超声处理的时间为30min，水浴的温度为60℃。
优选地，以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以4000rpm高转速继续成膜20秒。
优选地，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂。
优选地，在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min。
S3；采用物理气相沉积工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为50～200min的导电薄膜作为导电顶部电极，制备得到无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
优选地，导电顶部电极为采用溅射工艺制备的厚度为100nm的铝。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
实施例1
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为4：1配置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以4000rpm高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铝薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
实施例2
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为8：1置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rmp的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以8000rmp高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铝薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
相对于实施例1的突变的过程，实施例2制备的忆阻器的阻变层的表面粗糙度过大，影响构建的器件稳定性。
实施例3
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为1：1置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rmp的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以8000rmp高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铝薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
相对于实施例1的突变的过程，实施例3和实施例2相同，制备的忆阻器的阻变层的表面粗糙度也是过大，影响构建的器件稳定性。
实施例4
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电SiO2/Si为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为4：1配置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为5s，紧接着以4000rpm高转速继续成膜50s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铝薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
相对于实施例1的突变的过程，实施例4制备的忆阻器采用与CMOS工艺兼容的工艺，但是器件的开关比需要进一步提高。
实施例5
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为1：1置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rmp的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以8000rmp高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为300℃，时间为10min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铝薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
相对于实施例1的，实施例6中由于退火的时间过短，阻变层的结晶度过少，影响了器件的稳定性。
实施例6
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为1：1置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rmp的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以8000rmp高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为300℃，时间为90min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的Ag薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
相对于实施例1的，实施例6中由于退火的时间过长，导致阻变层的缺陷过少，影响了器件的稳定性。
实施例7
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为4：1配置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为5s，紧接着以8000rpm高转速继续成膜10s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为100℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铝薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
实施例7制备的忆阻器的阻变层在高纯氩气环境中100℃退火，由于退火温度相对低，制备的薄膜的晶体缺陷较多，制备器件的稳定性需要提高。
实施例8
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为4：1配置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为1：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以4000rpm高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的ITO薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
实施例8将CuBr粉末和CsBr粉末按照摩尔比为1：2混合，溶解于配置的溶剂中来配置前驱溶液，制备的器件虽然也具有较好的特性，但是稳定性还需要提高。
实施例9
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为4：1配置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以4000rpm高转速继续成膜20s，在旋涂最后10s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的金属铂薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
实施例9选择金属铂为顶电极，忆阻器具有较大的set电压和reset电压，这是由于导电通道的密度过于稀疏。
实施例10
一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
S1：选择导电玻璃为衬底，采用直流溅射工艺在衬底上沉积厚度100纳米导电薄膜作为器件的导电底部电极；
S2：选取二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺，并按照摩尔比为4：1配置溶剂，将CuBr和CsBr粉末按照摩尔比为3：2混合，溶解于配置的溶剂中，然后水浴超声处理，超声时间为30min，温度为60℃，得到Cs3Cu2Br5先驱溶液；以1000rpm的低转速将Cs3Cu2Br5先驱溶液旋涂于导电底部电极上，旋涂时间为10s，紧接着以2000rpm高转速继续成膜20s，在旋涂最后5s加入醋酸甲酯作为反溶剂；在高纯氩气环境下进行退火处理，退火处理的温度为200℃，时间为60min，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；
S3：采用直流溅射工艺，在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积厚度为100nm的FTO薄膜，作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
实施例10选择在2000rpm高转速下继续成膜，并在旋涂最后5秒加入醋酸甲酯作为反溶剂，制备的忆阻器的稳定性无法实现应用，这是由于薄膜的厚度不够导致的。
图2所示为实施例1制备的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜的扫描电镜图片，从图中可以看出薄膜具有较好的平整度。图3所示为实施例1制备的基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的电压-电流曲线图，从图中可以看出阻变器件呈现出稳定的双极性特征。图4所示为实施例1制备的基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的在不同限制电流下的电压电流曲线图，从图中可以看出通过控制不同的限制电流，可以实现多比特存储特性。
综上所述，本发明公开的基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，具有以下特点：
1)本发明提出的一种基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，结构简单。本发明选取同时兼具环境友好和稳定性高的全无机Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜作为存储层，使得本发明制备的阻变器件具有稳定性。
2)通过控制制备全无机Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜的工艺以及选取合适的上下电极的选择，获得基于无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器具有较优异的阻变特性。
3)本发明提出的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜的制备方法，其材料来源广泛，具有成本低，制备工艺简单的优点，有利用规模化应用，具有良好的市场应用前景。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先在衬底上沉积导电薄膜作为导电底部电极，再将CuBr粉末和CsBr粉末混合后溶解于溶剂中，经过超声处理后得到Cs3Cu2Br5先驱溶液，将Cs3Cu2Br5先驱溶液涂覆至导电底部电极上，成膜后进行退火处理，得到Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层；在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积导电薄膜作为导电顶部电极，得到一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器。
2.根据权利要求1所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺；所述二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比为(1～8)：1。
3.根据权利要求1所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，所述CuBr粉末和CsBr粉末的摩尔比为3：2。
4.根据权利要求1所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，所述超声处理为水浴超声处理；所述水浴超声处理的时间为10min～60min，所述水浴超声处理的温度为40℃～90℃。
5.根据权利要求1所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料为导电玻璃或SiO2/Si；所述导电薄膜的材料为ITO、FTO、Au、Pt、Al或Ag。
6.根据权利要求1所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，在衬底上沉积导电薄膜和在Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层上沉积导电薄膜的方式均采用物理沉积工艺；采用旋涂工艺将Cs3Cu2Br5先驱溶液涂覆至导电底部电极上。
7.根据权利要求6所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，所述旋涂工艺的操作步骤为：先以500rpm～2000rpm的转速将先驱溶液旋涂于底电极上，旋涂时间为5s～20s，随后再以2000rpm～8000rpm继续成膜10s～50s；在旋涂的最后5s～15s加入醋酸甲酯。
8.根据权利要求1所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法，其特征在于，所述退火处理是在氩气环境下进行；所述退火处理的温度为100℃～300℃，时间为10min～90min。
9.采用权利要求1～8中任意一项所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器的制备方法制备得到的无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，其特征在于，所述无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器包括衬底，所述衬底的上表面设有导电底部电极；所述导电底电极的上表面设有Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层，所述Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜存储层的上表面设有导电顶部电极。
10.根据权利要求9所述的一种无铅全无机卤化物Cs3Cu2Br5钙钛矿薄膜忆阻器，其特征在于，所述导电底部电极和导电顶部电极的厚度均为50nm～200nm。
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CN115548213A (zh) * 2022-11-29 2022-12-30 苏州浪潮智能科技有限公司 一种忆阻器及其制作方法、电器件

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