本发明属于微电子器件的，尤其涉及一种二维sns/snse垂直异质结忆阻器及其制备方法。
背景技术：
1、忆阻器(memristor)是一种无源电子器件，通过器件高低阻态的转变实现信息的存储和输出，且断电后保持原状态不变，呈非易失性。忆阻器具有结构简单、集成密度高、读写速度快和功耗低等优势，且工作模式与生物体中的神经元突触类似，能实现超高密度集成，在大规模并行神经形态计算领域也有着重要的应用前景。忆阻器发展至今，各国研究者发现了许多具有忆阻特性的材料。基于传统阻变材料的忆阻器已被广泛研究，器件性能稳定，制备工艺成熟，但由于材料本身的限制，使得忆阻器尺寸很难继续缩小。随着材料结构从三维向二维发展，二维材料展现出优异的电子、光学和力学性能，有助于忆阻器向更小尺寸发展。因此，基于二维材料的新型忆阻器成为新的研究热点
2、二维忆阻材料是忆阻器的关键功能层，研究功能层的性能，制备新的优异的二维忆阻材料对于忆阻器的各项性能有着重要意义。二维层状材料具有如下优点：(1)二维材料既小且薄的特征与微纳器件加工技术吻合，能实现光电器件的高度集成，摩尔定律得以延续；(2)二维材料独特的量子限域效应、非线性光学特征、介电限制效应，有助于解决光电探测器单项性能指数高但综合性能不强的问题；(3)二维材料具备较好的机械柔性，在智能穿戴设备领域有很大的应用潜能。
3、例如，lu等(lu x f，zhang y，wang n，et al.exploring low power and ultrafast memristor on p-type van der waals sns[j].nano letters，2021，21(20):8800-8807.doi:10.1021/acs.nanolett.1c03169.)制作了基于p型sns的垂直型忆阻器，具有最高的指标，如开关电压约为0.2v，开关速度快于1.5ns，高持久开关周期和108的超大开关比。该器件的功耗低至每个开关约100fj。wang等(hong wang，tianqi yu，jianhui zhao，等.基于层状硒化锡/石墨烯材料的低功耗忆阻器件[j].science china materials，2021，64(8):1989-1996.doi:10.1007/s40843-020-1586-x.)制备了一种au/snse/石墨烯/sio2/si忆阻器，其中包含具有高导热性的二维石墨烯。该装置不仅具有优异的电学特性(稳定性高、均匀性好、roff/ron比高)，而且可以实现对脉冲易化、短期可塑性和长期可塑性等生物突触功能。其设定和复位功率值可低至16.7nw和2.3nw。这两种二维材料搭建的忆阻器导通机制均依赖导电细丝模型。导电细丝模型是最常见的忆阻器导通机制，此类型忆阻器导通原理为在两极通电压时，功能层内部在电压作用下形成导电细丝，使得器件的电阻降低，在撤销电压后具有一定的保持性，在一定时间或者通反向电压后回到原组态。
4、为了进一步提高忆阻器性能，li等人(li，y.，chen，s.，yu，z.，，in-memorycomputing using memristorarrays with ultrathin 2d pdseox/pdse2heterostructure.adv.mater.2022，34，2201488.)搭建了阵列ti/pdseox/pdse2/au(ti为顶部活性电极)忆阻器，并研究了该忆阻器的粒子传导机制：ti离子通过异质结构的不同层进行扩散，这种扩散受缺陷和扩散通道的影响。无定形pdseox层为ti离子提供了丰富的传输路径，而底层有缺陷的晶体pdse2层限制了扩散路径。离子传输路径的这种限制导致忆阻器器件中的开关均匀性和高开关比增强。zhang等人(zhang w，gao h，deng c，et al.anultrathin memristor based on atwo-dimensional ws2/mos2 heterojunction[j].nanoscale，2021，13.doi:10.1039/d1nr01683k.)制备的ws2/mos2异质结忆阻器具有较高的开关比和稳定性。实验结果显示，ws2/mos2异质结的开关比可达到104，稳定循环次数可超过120次。与纯mos2层作为开关介质的忆阻器相比，基于ws2/mos2异质结的忆阻器在整体设备性能上表现出明显的优势。该忆阻器采用了异质结的带调制机制，避免了对忆阻器层的直接损伤，从而实现了更稳定的性能。
5、yan等人(xiaobingyan，cuiya qin，chao lu，et al robustag/zro2/ws2/ptmemristor forneuromorphic computingacs applied materials&interfaces 201911(51)，48029-48038)搭建的ag/zro2/ws2/pt忆阻器，由二维(2d)ws2纳米片和zro2层的双层结构组成。与单层器件相比，2domd表现出卓越的性能，包括更低的阈值电压、更集中的电压分布、更快的开关速度、更长的保留时间和更高的耐用性。研究人员认为，这种双层忆阻器通过降低由ag离子形成的导电丝(cf)的随机性来提高单层器件的可靠性。2d材料层和氧化层中不同的离子传输速率限制了cf在双层界面区域的破裂/再生，从而产生了更稳定的忆阻开关行为。
6、使用异质结构组成的二维材料搭建的忆阻器往往有着更优异的性能，这是由于使用异质结做忆阻器往往有着独特的性质性。但是，不同材料层所构成的异质结其性能上具有较大差异，为进一步提高忆阻器循环稳定性和降低开关，需要构建新型忆阻器的技术方案。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提出一种二维sns/snse垂直异质结忆阻器及其制备方法。
2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种二维sns/snse垂直异质结忆阻器，自下而上包括衬底、底电极层、二维材料异质结层及顶电极层，其特征在于，所述二维材料异质结层为二维sns层和snse层组成的sns/snse异质结，二维sns层位于靠近底电极层的一侧。
4、所述衬底为硅片表面具有氧化层的sio2/si衬底，或者为蓝宝石衬底。
5、所述底电极层和顶电极层所采用的材料均为金属、导电氧化物、导电氮化物和导电碳材料的任意一种。
6、所述底电极层和顶电极层所采用的材料均为铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌、氧化钌、银、氮化钽、氮化钛、钨或氮化钨中的一种制成。
7、所述二维sns层和snse层均采用化学气象沉积法制备。
8、一种二维sns/snse垂直异质结忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
9、(1)采用化学气象沉积法制备sns/snse异质结；
10、(2)在衬底上制备底电极层，并将sns/snse异质结转移到底电极层上；
11、(3)将顶电极转移到sns/snse异质结，制得垂直忆阻器。
12、所述化学气象沉积法制备sns/snse异质结的步骤为：采用化学气象沉积法制备sns层，再以sns层为基底，直接在sns层上采用化学气象沉积法制备snse层。
13、sns层的制备：使用sns粉末(纯度99.9％)做前驱体，以硅片(表面为抛光sio2)为基底，沉积二维sns纳米片。具体如下：
14、取适量sns(0.01g-0.1g)置于双温区管式炉上游，取洗净的硅片置于下游，设定上游温度为650℃-700℃，下游温度为550℃-650℃，以ar气作为载气，气流量设定30sccm-100sccm，硅片与sns前驱体距离设定10cm-15cm，保持时间1min-10min。整个实验过程在低压下进行。具体的最优参数需要在实验过程中进行确定。
15、snse层的制备：使用snse粉末(纯度99.9％)做前驱体，以硅片(表面为抛光sio2)为基底，沉积二维snse纳米片。具体如下：
16、取适量snse(0.01g-0.1g)置于双温区管式炉上游，取洗净的硅片置于下游，设定上游温度为650℃-700℃，下游温度为400℃-500℃，以ar气作为载气，气流量设定30sccm-100sccm，硅片与snse前驱体距离设定10cm-15cm，保持时间1min-10min。整个实验过程在低压下进行，制备生长sns/snse异质结。
17、搭建垂直忆阻器：
18、使用三轴转移台将制备的材料转移至底电极上，再将事先蒸镀的电极用相同的方法转移到材料上，组成垂直忆阻器。具体转移方法如下：
19、载玻片一段固定一层pdms，取一小片pva薄膜，粘附在pdms上，在操作台上通过显微镜找到目标材料，然后落下使得pva与材料接触，在底板加热片作用下pva融化与材料粘接，然后抬起载玻片，使材料与硅片基底分离，然后转移至含有电极的衬底上，落下载玻片，加热底板使得pva与pdms分离，之后将转移后的衬底放入热水中溶解pva，得到所需结构。重复以上步骤转移顶电极，组成垂直型忆阻器。
20、本发明的有益效果：sns/snse忆阻器采用机械转移的方法，搭建难度较低，采用两步化学气相沉积方法，避免了层间污染。sns/snse垂直忆阻器拥有异质结构，忆阻器功能层由两不同材料构成，在性能上有着更低的开关电压(2v)较大的开关比，较好的循环稳定性，在循环一百次后仍能保持稳定的忆阻性能，本异质结忆阻器相对于单一材料的忆阻器，导通时更加稳定，循环性能更好。相较于其他异质结忆阻器，本忆阻器的功能层采用了两种过渡金属硫族化合物，忆阻器的开关电压较小，同时保持了较大的开关比。
1.一种二维sns/snse垂直异质结忆阻器，自下而上包括衬底、底电极层、二维材料异质结层及顶电极层，其特征在于，所述二维材料异质结层为二维sns层和snse层组成的sns/snse异质结，二维sns层位于靠近底电极层的一侧。
2.根据权利要求1所述的二维sns/snse垂直异质结忆阻器，其特征在于，所述衬底为硅片表面具有氧化层的sio2/si衬底，或者为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求2所述的二维sns/snse垂直异质结忆阻器，其特征在于，所述底电极层和顶电极层所采用的材料均为金属、导电氧化物、导电氮化物和导电碳材料的任意一种。
4.根据权利要求3所述的二维sns/snse垂直异质结忆阻器，其特征在于，所述底电极层和顶电极层所采用的材料均为铝、钼、铌、铜、金、钯、铂、钽、钌、氧化钌、银、氮化钽、氮化钛、钨或氮化钨中的一种制成。
5.根据权利要求4所述的二维sns/snse垂直异质结忆阻器，其特征在于，所述sns层采用化学气象沉积法制备。
6.根据权利要求5所述的二维sns/snse垂直异质结忆阻器，其特征在于，所述snse层采用化学气象沉积法制备。
7.权利要求1-6任一项所述二维sns/snse垂直异质结忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述二维sns/snse垂直异质结忆阻器的制备方法，其特征在于，所述化学气象沉积法制备sns/snse异质结的步骤为：采用化学气象沉积法制备sns层，再以sns层为基底，直接在sns层上采用化学气象沉积法制备snse层。
9.根据权利要求8所述二维sns/snse垂直异质结忆阻器的制备方法，其特征在于，所述sns层的制备条件为：sns粉末做前驱体，上游温度为650℃-700℃，下游温度为550℃-650℃，以ar气作为载气，气流量设定30sccm-100sccm，衬底基板与sns前驱体距离为10cm-15cm，保持时间1min-10min。
10.根据权利要求9所述二维sns/snse垂直异质结忆阻器的制备方法，其特征在于，所述snse层的制备条件为：snse粉末做前驱体，上游温度为650℃-700℃，下游温度为400℃-500℃，以ar气作为载气，气流量设定30sccm-100sccm，衬底基板与snse前驱体距离为10cm-15cm，保持时间1min-10min。
