一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器及其制备方法

本发明涉及微纳加工与光电忆阻器，特别是涉及一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器及其制备方法。

背景技术：

1、光电忆阻器可以集成多维信息时域处理的功能，为其在多模态感知系统中的应用提供了良好的平台。已经有多种材料被证实可以用于开发光电忆阻器，包括氧化物、钙钛矿和二维材料。其中，二维材料因其载流子迁移率高、光谱响应宽等优点得到了广泛的研究。二维碲(2d te)在光电探测器和场效应晶体管中具有优异的光学和电学响应特性，这些有价值的研究成功推动了基于2d te的光电忆阻器的发展。一些研究者已经开发了基于te单元器件的电阻开关，但是基于2d te的光电忆阻器还没有相关的研究。

2、通常，电荷捕获和去捕获作为一种重要的现有电阻开关机制已被广泛报道在各种二维光电忆阻器中，它们是通过浮栅或等离子体诱导缺陷水平的电荷隧穿引入的。具体来说，根据以往的处理材料方式(比如过氧化氢处理、退火、气体等离子体等)可以引入电荷捕获机制。已报道的碲基探测器件或者碲基晶体管虽然具有优异的光(电)学响应和感算能力，但是不具备存储能力。如果能找到一种新的处理材料的方案，解决te基器件的记忆行为问题，可以为实现高效的类脑神经形态计算提供一种可行的方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对目前报道的碲基器件无法实现忆阻行为这一问题，提供一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器及其制备方法。本发明解决了在固有的材料中增加缺陷的难点，增加了器件的忆阻行为。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明的技术方案之一：一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器，其特征在于，所述碲基光电忆阻器以经溶液等离子体处理后的2d te材料作为半导体光电功能层。

4、进一步地，所述碲基光电忆阻器包括基板、对电极和半导体光电功能层；所述对电极设至在所述基板上；所述半导体光电功能层平行于对电极落在对电极中间区域上方(碲基光电忆阻器的器件示意图如图3所示)。

5、进一步地，所述基板为sio2/si基板；所述对电极为金对电极。

6、进一步地，所述对电极的厚度为30-40nm；所述半导体光电功能层的厚度为25-30nm。

7、进一步地，所述sio2/si基板的sio2层厚度为300-400nm。

8、进一步地，所述对电极之间的沟道宽度为2微米。

9、进一步地，所述2d te材料为纳米片结构，即所述2d te材料具体为2dte纳米片。

10、本发明的技术方案之二：上述基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

11、在基板上光刻对电极；将经溶液等离子体处理后的2d te材料分散在水中(得到经溶液等离子体处理后的2d te材料的分散液)，然后从水中提取到衬底表面(衬底表面包含很多分散的2d te材料)；从提取到衬底表面的2d te材料中选择一个合适厚度的定点转移到对电极中心区域上方，形成半导体光电功能层，得到所述基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器；

12、所述溶液等离子体处理的步骤包括：将2d te材料分散到水中，得到2dte材料分散液；将所述2d te材料分散液置于等离子体处理设备中，施加等离子体，进行溶液等离子体处理。

13、进一步地，所述溶液等离子体处理的参数包括：电压为±20kv，放电脉冲宽度为2.0μs，放电频率为20khz。

14、进一步地，所述溶液等离子体处理的时间为2.5小时，处理时的溶液温度为10℃。

15、溶液等离子体处理不仅能增加2d te材料的缺陷，而且处理条件温和，不会破坏材料的结构。

16、进一步地，所述提取的具体步骤为：用胶头滴管吸取经溶液等离子体处理后的2dte材料的分散液，滴到衬底表面，风干。

17、进一步地，所述合适厚度具体指25-30nm。

18、进一步地，所述转移通过热释放胶带进行，所述转移的条件包括：温度为100℃。

19、进一步地，所述转移的时间为10min。

20、进一步地，所述2d te材料的制备方法包括：将亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、水合肼和水混合，加热进行反应，反应结束后离心洗涤、冷冻干燥，得到所述2d te材料。

21、进一步地，所述亚碲酸钠(na2teo3)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、氨水(nh3·h2o)、水合肼(n2h4·h2o)和水的用量比为0.05-0.08g:0.25-0.5g:4ml:1ml:15ml。

22、进一步地，所述氨水的浓度为25-28wt％。

23、进一步地，所述反应的温度为240℃，时间为36小时。

24、进一步地，所述离心洗涤具体为利用异丙醇或蒸馏水进行洗涤，离心转速为10000rpm。

25、进一步地，在基板上光刻对电极前，还包括对基板的清洗操作，步骤包括：①浸入三氯乙烯中，超声清洗，取出氮气吹干；②浸入丙酮中，超声清洗，取出氮气吹干；③浸入乙醇中，超声清洗，取出氮气吹干；④浸入二次去离子水中，超声清洗，取出氮气吹干。

26、进一步地，所述在基板上光刻对电极的步骤包括：①对基板进行烘烤；②在烘干的基板上旋涂光刻胶，随后前烘处理光刻胶使其干燥；③使用紫外无掩膜直写光刻机进行图案化预处理，图案为对电极沟道；④浸泡显影液，显影得到光刻胶图案化沟道；然后使用真空镀膜机热蒸发沉积电极；⑤使用丙酮浸泡辅以超声处理去除光刻胶，随后经过氮气吹干，得到对电极。

27、本发明公开了以下技术效果：

28、本发明公开了一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器，所述碲基光电忆阻器以经溶液等离子体处理后的2d te材料作为半导体光电功能层。本发明通过对2d te材料进行溶液等离子体处理，在原有的材料基础上引入了更多的缺陷，将其作为光电忆阻器的半导体光电功能层，实现了忆阻行为；本发明制备的忆阻器件的光学或者电学行为可用来模拟突触的短时可塑性，进一步用在神经形态计算领域。

技术特征：

1.一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器，其特征在于，所述碲基光电忆阻器以经溶液等离子体处理后的2d te材料作为半导体光电功能层。

2.如权利要求1所述的基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器，其特征在于，所述碲基光电忆阻器包括基板、对电极和半导体光电功能层；所述对电极设至在所述基板上；所述半导体光电功能层平行于对电极落在对电极中间区域上方。

3.如权利要求2所述的基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器，其特征在于，所述基板为sio2/si基板；所述对电极为金对电极。

4.如权利要求2所述的基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器，其特征在于，所述对电极的厚度为30-40nm；所述半导体光电功能层的厚度为25-30nm。

5.如权利要求1-4任一项所述基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶液等离子体处理的参数包括：电压为±20kv，放电脉冲宽度为2.0μs，放电频率为20khz。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述转移通过热释放胶带进行，所述转移的条件包括：温度为100℃。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述2d te材料的制备方法包括：将亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、氨水、水合肼和水混合，加热进行反应，反应结束后离心洗涤、冷冻干燥，得到所述2d te材料。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为240℃，时间为36小时。

技术总结本发明公开了一种基于溶液等离子体处理的碲基光电忆阻器及其制备方法，属于微纳加工与光电忆阻器技术领域。所述碲基光电忆阻器以经溶液等离子体处理后的二维(2D)Te材料作为半导体光电功能层。本发明通过对2D Te材料进行溶液等离子体处理，在原有的材料基础上引入了更多的缺陷，将其作为光电忆阻器的半导体光电功能层，实现了忆阻行为；本发明制备的忆阻器件的光学或者电学行为可用来模拟突触的短时可塑性，进一步用在神经形态计算领域。技术研发人员：王中强,陶冶,卞景垚,徐海阳,刘益春受保护的技术使用者：东北师范大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2