本發明涉及微電子器件，尤其涉及基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件及其制備方法。
背景技術：
1、隨著人工智能與大數據技術的快速演進，電子設備對計算效率、存儲密度及多功能集成的需求呈指數級增長。傳統馮·諾伊曼架構因存算分離引發高延遲、高能耗問題，成為技術發展核心瓶頸。憶阻（resistor）器作為第四類電路基本元件，憑借存算一體化優勢可突破架構局限，若集成整流功能（diode），更能解決信號干擾與反向電流損耗問題，在高端應用場景中具備不可替代的潛力。
2、單分子憶阻器（核心尺寸1-3nm）兼具超高集成密度與低功耗特性，理論上適配多功能集成需求，但現有技術面臨兩大關鍵障礙：一是單分子在電極界面精準定位難度大，缺乏有效固定技術；二是分子-電極接觸界面穩定性差，難以構建長效穩定的電荷傳輸通道，不僅制約規模化量產，更阻礙整流功能的高效集成與性能優化。
3、憶阻-整流器件通過將阻變與自整流特性集成，有效解決了傳統憶阻器陣列中潛流過大、需外接選擇器的問題，在高密度存儲與存算一體領域具有重要應用價值。目前基于氧化物、鈣鈦礦與二維材料的自整流憶阻器已實現高整流比、良好耐久與高速開關等性能，并與互補金屬氧化物半導體（complementary?metal-oxide-semiconductor，cmos）工藝具備兼容性。但該類器件仍面臨整流與阻變性能難以兼顧、器件均勻性差、導電細絲隨機、環境與熱穩定性不足、初始化/激活過程不可控等關鍵瓶頸；在陣列層面存在大規模潛流抑制不徹底、寄生效應顯著等問題；在工藝與產業化層面則缺乏統一標準、良率偏低、產業鏈不成熟，同時適配器件特性的電路與算法生態仍不完善。
4、單分子憶阻-整流（1d1r）器件已實現原理驗證與單結性能突破，是原子級電子學的重要里程碑，有望突破現有技術瓶頸。
技術實現思路
1、本發明旨在至少解決相關技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的第一個目的在于提供基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件；本發明的第二個目的在于提供基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件的制備方法。
2、為了實現第一個目的，本發明所采取的技術方案為：
3、基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件，包括第一石墨烯電極、超分子功能分子和第二石墨烯電極，所述第一石墨烯電極和所述第二石墨烯電極形成石墨烯電極對，所述超分子功能分子連接于所述石墨烯電極對之間；
4、所述超分子功能分子結構式選自如下任一種：
5、、
6、；
7、其中，和的化學結構式為，n為6～10中的整數之一；
8、所述石墨烯電極對之間的間隙為納米間隙。
9、進一步地，所述超分子功能分子與所述石墨烯電極對通過酰胺鍵連接。
10、進一步地，所述石墨烯電極對之間的間隙為1nm～10nm。
11、進一步地，所述石墨烯電極對為點電極對。
12、為了實現第二個目的，本發明所采取的技術方案為：
13、基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件的制備方法，用于制備上述任一項所述的基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件，包括如下步驟：
14、s100、在襯底上制備石墨烯電極對，得到石墨烯電極器件ⅰ；
15、s200、將所述石墨烯電極器件ⅰ浸置于含有客體分子b的溶液ⅰ中，利用縮合反應使所述客體分子b與所述石墨烯電極對的末端連接，得到石墨烯電極器件ⅱ；
16、其中，所述客體分子b的結構式如下所示：
17、；
18、s300、將所述石墨烯電極器件ⅱ浸置于含有主體分子a和客體分子c的溶液ⅱ中，利用分子之間的范德華力、π-π相互作用以及疏水作用，在所述石墨烯電極對之間形成所述超分子功能分子，得到基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件；
19、其中，所述主體分子a的結構式如下所示：
20、，n為6～10中的整數之一；
21、所述客體分子c選自如下任一種：
22、、。
23、超分子技術基于主客體特異性相互作用，兼具精準識別、高效連接與可逆可調的優勢，既能解決單分子定位與界面穩定問題，又可通過非對稱組裝構建非對稱電荷傳輸通道，為單分子整流-憶阻（1d1r）雙功能集成提供天然解決方案。
24、所述超分子功能分子中的所述主體分子a呈錐筒狀結構，其內部疏水、外部親水，可通過氫鍵、疏水作用、范德華力等非共價相互作用形成有序單分子層或超分子結構，通過主客體包合作用穩定地結合客體分子a和客體分子c，所述主體分子a包合客體分子c具有以下幾個特點：
25、其一、式ⅰ的共軛噻吩骨架和式ⅱ的烷基鏈、苯環等疏水部分，可進入環糊精疏水空腔，而親水/帶電端基（吡啶陽離子、氨基）則暴露在腔外，與環糊精羥基形成氫鍵或靜電作用；
26、其二、式ⅰ、ⅱ的吡啶陽離子可與環糊精腔口羥基形成靜電作用和氫鍵；
27、其三、共軛程度高的式ⅰ還可與環糊精發生π-π堆積，進一步增強包合穩定性；
28、其四、式ⅱ的柔性烷基鏈可調整構象，更易適配環糊精空腔。
29、另外，所述主體分子a具有環狀骨架剛性強，化學性質穩定，耐高溫、耐酸堿環境，有利于構筑具有良好穩定性的功能器件。
30、將所述超分子功能分子應用于1d1r器件時，所述客體分子b的氨基末端可與石墨烯電極對的末端形成共價鍵連接，從而實現超分子功能分子與電極之間穩定、緊密的界面結合。客體分子c具有本征氧化還原活性，其分子結構本身即可發生可逆的電子得失過程，進而實現分子內電荷分布的可控、可逆調節。在電場作用下，所述超分子功能分子可通過客體分子c的可逆氧化還原反應，引發分子內電荷分布與電子傳輸特性的顯著變化，最終實現器件高低阻態的可靠切換。
31、進一步地，步驟s200中，所述溶液ⅰ的溶劑選自吡啶。
32、進一步地，步驟s300中，所述溶液ⅱ的溶劑選自水。
33、進一步地，步驟s300中，所述客體分子c為客體分子c1時，合成包括如下步驟：
34、s310、以為原料，合成中間體ⅰ，結構式如下所示：
35、；
36、s320、利用所述中間體ⅰ與反應，合成中間體ⅱ，結構式如下所示：
37、；
38、s330、利用所述中間體ⅱ與反應，合成客體分子c1。
39、進一步地，步驟s300中，所述客體分子c為客體分子c2時，合成包括如下步驟：
40、s301、利用與反應，合成中間體ⅲ，結構式如下所示：
41、；
42、s302、利用所述中間體ⅲ與反應，合成客體分子c2。
43、進一步地，步驟s300中，所述溶液ⅱ中主體分子a與客體分子c的摩爾比為1：1。
44、本發明實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果之一：
45、本發明提供的基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件的制備方法，利用縮合反應使客體分子b的氨基末端與石墨烯電極對的末端形成共價鍵連接，隨后將連接了客體分子b的石墨烯電極對浸置于含有主體分子a和客體分子c的溶液中，利用分子之間的范德華力、π-π相互作用以及疏水作用，在石墨烯電極對之間進一步形成超分子功能分子。
46、本發明提供的基于超分子組裝的單分子憶阻-整流器件，其超分子功能分子中的客體分子b的氨基末端與石墨烯電極對末端之間的共價鍵連接，能夠保證超分子功能分子與電極之間穩定、緊密的界面結合。客體分子c具有本征氧化還原活性，其分子結構本身即可發生可逆的電子得失過程，進而實現分子內電荷分布的可控、可逆調節。在電場作用下，該超分子功能分子可通過客體分子c的可逆氧化還原反應，引發分子內電荷分布與電子傳輸特性的顯著變化，最終實現器件高低阻態的可靠切換。
47、本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。