一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器及其制备方法与应用与流程

本申请涉及忆阻器，特别涉及一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着纳米电子技术迈入后摩尔时代，类脑神经芯片的探索已成为科学研究的热点。忆阻器，凭借其在存储介质及模拟神经元和神经突触行为方面的独特能力，促成了感知与计算的无缝整合，特别在高密度信息存储与神经形态计算领域展现出广阔的发展前景。二维材料忆阻器，得益于其原子级薄度和卓越的电子性能，被广泛认为是跨越传统硅基存储技术的关键技术。

2、然而，二维材料忆阻器在电流-电压(i-v)特性的稳定性与持久性，尤其是在重复电学循环测试中的表现稳定性方面，仍显示出一定的局限性。当前，这些忆阻器面临的主要挑战在于如何在实现高密度集成的同时保持其电学性能的稳定性。此外，针对长期电导稳定性的需求，传统二维材料尚未完全达到实际应用的标准，这在一定程度上限制了其在先进存储技术和神经形态计算应用中的潜力。

技术实现思路

1、本申请提供一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器及其制备方法与应用，解决现有的忆阻器存在的制备过程复杂、性能不稳定且性能衰减快的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器，包括：衬底以及依次叠设在衬底上的底电极、阻变功能层和顶电极；其中，阻变功能层的材料为磷酸化小石墨烯。

3、在一些示例性实施例中，阻变功能层的厚度为50nm～200nm。

4、在一些示例性实施例中，阻变功能层的厚度为60nm～150nm。

5、在一些示例性实施例中，底电极的材料为ito、au或c60中的一种；顶电极的材料为au、a1、pd、cu或ag中的一种。

6、在一些示例性实施例中，底电极的厚度为50nm～250nm；顶电极的厚度为50nm～150nm。

7、第二方面，本申请实施例还提供了一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器的制备方法，包括以下步骤：首先，提供衬底；然后，在衬底上形成底电极；接下来，制备阻变功能层材料的前驱体溶液；然后，将阻变功能层材料的前驱体溶液旋涂在底电极远离衬底的一侧，在底电极上形成阻变功能层；最后，在阻变功能层上方设置掩模版，通过在阻变功能层上蒸发沉积顶电极材料，形成顶电极，制得功能化石墨烯神经仿生忆阻器。

8、在一些示例性实施例中，制备阻变功能层材料的前驱体溶液，包括以下步骤：首先，将磷酸化小石墨烯粉末分散于水溶液中，得到磷酸化小石墨烯溶液；然后，向磷酸化小石墨烯溶液中加入有机溶剂，制得阻变功能层材料的前驱体溶液；其中，有机溶剂为异丙醇、乙醇、甲醇或n,n-二甲基甲酰胺中的一种。

9、在一些示例性实施例中，阻变功能层材料的前驱体溶液为磷酸化小石墨烯、水与有机溶剂混合形成的共溶剂，其中，水与有机溶剂的体积比为0.4～2.5；阻变功能层材料的前驱体溶液的浓度为2mg/ml～10mg/ml。

10、在一些示例性实施例中，将阻变功能层材料的前驱体溶液旋涂在所述底电极上的旋涂速度为150rpm～400rpm；旋涂次数为1次～3次。

11、另外，本申请实施例还提供了一种上述实施例所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器在类脑神经芯片的应用。

12、本申请提供的技术方案至少具有以下优点：

13、本申请提供一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器及其制备方法与应用，该忆阻器包括：衬底以及依次叠设在衬底上的底电极、阻变功能层和顶电极；其中，阻变功能层的材料为磷酸化小石墨烯。一方面，本申请提供的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，具有稳定的长达1000圈的阻变性能，相较于目前的忆阻器技术而言，具有极强的稳定性，且具有缓变的模拟特性电流-电压曲线，可应用于类脑神经芯片领域。另一方面，本申请实施例还提供了一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器的制备方法，该方法制备过程简单、共溶剂法成膜质量高，可靠且稳定性强，相比于其他功能化石墨烯以及其他二维材料，本申请采用的磷酸化小石墨烯材料作为一种新型的功能化石墨烯材料，其二维片层质量高，制备过程绿色环保，水散性好，有助于大批量制备。此外，本申请提供的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，具有阻变性能极其稳定，模拟神经突触性能好等优点，可协同gpu的ai训练，能够应用于类脑神经芯片和深度学习领域，为类脑神经芯片领域提供了一种技术可行性。

技术特征：

1.一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，其特征在于，所述阻变功能层的厚度为50nm～200nm。

3.根据权利要求2所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，其特征在于，所述阻变功能层的厚度为60nm～150nm。

4.根据权利要求1所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，其特征在于，所述底电极的材料为ito、au或c60中的一种；所述顶电极的材料为au、a1、pd、cu或ag中的一种。

5.根据权利要求1所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，其特征在于，所述底电极的厚度为50nm～250nm；所述顶电极的厚度为50nm～150nm。

6.一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器的制备方法，其特征在于，所述制备阻变功能层材料的前驱体溶液，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器的制备方法，其特征在于，所述阻变功能层材料的前驱体溶液为磷酸化小石墨烯、水与有机溶剂混合形成的共溶剂，其中，水与有机溶剂的体积比为0.4～2.5；所述阻变功能层材料的前驱体溶液的浓度为2mg/ml～10mg/ml。

9.根据权利要求6所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器的制备方法，其特征在于，将所述阻变功能层材料的前驱体溶液旋涂在所述底电极上的旋涂速度为150rpm～400rpm；旋涂次数为1次～3次。

10.一种如权利要求1至5任一项所述的功能化石墨烯神经仿生忆阻器在类脑神经芯片的应用。

技术总结本申请涉及忆阻器技术领域，特别涉及一种功能化石墨烯神经仿生忆阻器及其制备方法与应用，该忆阻器包括：衬底以及依次叠设在衬底上的底电极、阻变功能层和顶电极；其中，阻变功能层的材料为磷酸化小石墨烯。本申请提供的功能化石墨烯神经仿生忆阻器，具有稳定的长达1000圈的阻变性能，相较于目前的忆阻器技术而言，具有极强的稳定性，且具有缓变的模拟特性电流‑电压曲线，可应用于类脑神经芯片领域。技术研发人员：王佳宏,张振宇,黄浩,李阳,喻学锋受保护的技术使用者：深圳先进技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/15