一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器及其制备方法

本发明涉及电子器件，尤其涉及一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器及其制备方法。

背景技术：

1、后摩尔时代对电子器件小型化和低功耗的要求促进了分子电子学的发展。不同于传统硅基微电子器件，当前分子电子器件以分子作为电荷传输通路，具有尺寸更小，功耗更低的优点，具有广阔的发展前景。在现有技术中，各种功能的分子电子器件已经被制备和应用，例如分子导线、分子开关、分子整流器、分子忆阻器等。一种新的电子器件集成策略，交叉阵列结构的提出促进了忆阻器在人工智能领域的应用。它交叉的结构大大简化了进行大量数据处理时所需的电路，加快数据处理速度的同时还能降低电路的功耗。

2、分子电子器件的集成是分子电子学走向应用的必经之路。但目前关于分子电子器件集成的研究尚少，由于分子电子器件的良品率不高，推进分子电子器件在集成领域的发展仍具有挑战性。

3、因此，如何提供一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器以及其制备方法，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提供一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器；本发明的第二个目的在于提供一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器的制备方法。

2、为了实现第一个目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，包括：

4、单分子膜忆阻模块，所述单分子膜忆阻模块包括单分子膜、金属源端电极和石墨烯漏端电极，所述单分子膜在竖直的方向上延伸，所述单分子膜的底端连接所述金属源端电极，所述单分子膜顶端连接所述石墨烯漏端电极；

5、还包括金属漏端电极，所述金属漏端电极设置于所述石墨烯漏端电极顶部的相对两端；

6、所述单分子膜忆阻模块设置数个，数个所述单分子膜忆阻模块以m×n阵列形式设置，其中，m为每横所述单分子膜忆阻模块的设置数量，n为每列所述单分子膜忆阻模块的设置数量。

7、进一步地，所述金属源端电极设置于底部导电条上，所述底部导电条在水平方向上纵向延伸，所述金属源端电极设置于所述底部导电条顶部，每列底部导电条上设置n个所述金属源端电极，n个所述金属源端电极等距间隔设置；

8、所述底部导电条设置m个，m个所述底部导电条等距间隔设置；

9、所述石墨烯漏端电极在水平方向上横向延伸，所述石墨烯漏端电极设置n个，n个所述石墨烯漏端电极等距间隔设置。

10、进一步地，所述金属源端电极设置于所述底部导电条顶部的圆孔内。

11、进一步地，所述底部导电条的顶部覆盖绝缘支撑层，相邻所述底部导电条之间设置绝缘层。

12、进一步地，所述单分子膜由轮烷类、索烃类和紫精类化合物中任一种化合物自组装而成。

13、进一步地，所述单分子膜由紫精类化合物自组装而成。

14、进一步地，所述金属源端电极中的导电金属为au、ag和pt中的任一种。

15、为了实现第二个目的，本发明所采取的技术方案为：

16、一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器的制备方法，用于制备上述基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，包括以下步骤：

17、s100、利用soi硅片制备底部导电条；

18、s200、制备底部导电条之间的绝缘层；

19、s300、制备底部导电条顶部的绝缘支撑层；

20、s400、制备底部导电条上的金属源端电极；

21、s500、制备自组装单分子膜，并使单分子膜与底部导电条上的金属源端电极连接；

22、s600、在单分子膜顶部覆盖单层石墨烯，制备半成品器件；

23、s700、刻蚀单层石墨烯，制备石墨烯漏端电极；

24、s800、在石墨烯漏端电极上制备金属漏端电极。

25、进一步地，s100中所述底部导电条通过刻蚀的方法制备。

26、进一步地，通过电子束蒸镀的方法制备s200中的绝缘层。

27、进一步地，利用热氧化生长法制备s300中的绝缘支撑层。

28、进一步地，s700中的石墨烯漏端电极通过化学气相沉积-湿法转移法制备。

29、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

30、本发明的优点在于：本发明提供的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器通过将单分子膜忆阻模块设置为交叉阵列结构形式，实现了单分子膜忆阻模块的集成，使单分子膜忆阻器具备了向量矩阵乘法的数据计算能力，在交叉阵列中的单分子膜忆阻模块的良品率可达75%以上，具有较高的良品率和稳定性，进而使基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器具有制造下一代人工神经网络的分子电路的潜力。

31、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，其特征在于，所述金属源端电极设置于底部导电条上，所述底部导电条在水平方向上纵向延伸，所述金属源端电极设置于所述底部导电条顶部，每列底部导电条上设置n个所述金属源端电极，n个所述金属源端电极等距间隔设置；

3.如权利要求2所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，其特征在于，所述金属源端电极设置于所述底部导电条顶部的圆孔内。

4.如权利要求2所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，其特征在于，所述底部导电条的顶部覆盖绝缘支撑层，相邻所述底部导电条之间设置绝缘层。

5.如权利要求1所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，其特征在于，所述单分子膜由轮烷类、索烃类或紫精类化合物中任一种化合物自组装而成。

6.如权利要求1所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，其特征在于，所述金属源端电极中的导电金属为au、ag和pt中的任一种。

7.一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至6任一项所述的基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器的制备方法，其特征在于，通过电子束蒸镀的方法制备s200中的绝缘层。

9.如权利要求7所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器的制备方法，其特征在于，利用热氧化生长法制备s300中的绝缘支撑层。

10.如权利要求7所述的一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器的制备方法，其特征在于，s700中的石墨烯漏端电极通过化学气相沉积-湿法转移法制备。

技术总结本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器及其制备方法。所述单分子膜忆阻器包括单分子膜忆阻模块，该模块包括单分子膜、金属源端电极和石墨烯漏端电极；金属漏端电极，其设置于石墨烯漏端电极顶部的相对两端；单分子膜忆阻模块以M×N阵列形式设置；所述单分子膜忆阻器制备方法包括：底部导电条、绝缘层、绝缘支撑层、金属源端电极、自组装单分子膜、石墨烯漏端电极以及金属漏端电极的制备。通过此制备方法制备的基于交叉阵列结构设计的单分子膜忆阻器具有较高的良品率和稳定性，具有制造下一代人工神经网络的分子电路的潜力。技术研发人员：贾传成,李萌萌,句宏宇,郭雪峰受保护的技术使用者：南开大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23