CN101452994A - 一种非挥发性存储元件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非挥发性存储元件，由MgxZn1－xO薄膜及其上下表面的Pt电极构成三明治结构的MgxZn1－xO薄膜非挥发性存储元件，其中x＝0.6或0.8或1。本发明还公开了上述非挥发性存储元件的制备方法，包括以下步骤：制备MgxZn1－xO前驱液；在Pt底电极上制备MgxZn1－xO薄膜；上述MgxZn1－xO薄膜在650℃下退火，然后冷却到室温；将上述经热处理后的MgxZn1－xO薄膜上表面镀Pt电极，构成三明治结构的MgxZn1－xO非挥发性存储器件。本发明提供的MgxZn1－xO非挥发性存储器件，其高阻、低阻比值更大，达到107至109，有利于提高器件的信噪比，改善器件性能，并简化存储态读出过程，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种非挥发性存储元件及其制备方法，具体地说是一种基于MgZnO薄膜电阻开关特性的非挥发性存储元件及其制备方法，属于新型微纳电子功能器件领域。
背景技术
目前，氧化物材料如NiO、TiO2、PrxCa1-xMnO3、SrZrO3等的电阻开关特性，即两个不同电阻态之间的转换特性备受关注，而利用该特性制作的存储器件具有工作电流低、驱动电压小、稳定性高、存储速度快、存储容量大等技术优点，有望成为新一代非挥发性存储器，但是现有氧化物材料如NiO、TiO2、PrxCa1-xMnO3、SrZrO3等的电阻开关特性中，两个不同电阻态之间存在电阻比值不够高的缺点。
ZnO是很重要的一种半导体材料，通过不同含量的Mg掺杂可以实现禁带宽度在3.37～7.8eV之间连续可调，而半导体的光电性能同其禁带宽度密切相关，现有技术中还未见Mg掺杂ZnO体系(MgxZn1-xO)的电阻开关特性有所报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有材料中的电阻开关特性，亦即两个不同电阻态之间电阻比值不够高的缺点，目的在于提供一种基于MgxZn1-xO薄膜电阻开关特性、具有高电阻比值的MgxZn1-xO薄膜存储元件。
本发明的另一目的是提供上述MgxZn1-xO存储元件的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。
一种非挥发性存储元件，是由MgxZn1-xO薄膜及其上下表面的Pt电极构成三明治结构的MgxZn1-xO薄膜非挥发性存储元件，其中x＝0.6或0.8或1。
本发明提供的上述薄膜的制备方法包括以下步骤：
(1)制备MgxZn1-xO前驱液；
(2)在Pt底电极上制备MgxZn1-xO薄膜；
(3)上述MgxZn1-xO薄膜在650℃下退火，然后冷却到室温；
(4)将上述经热处理后的MgxZn1-xO薄膜上表面镀Pt电极，构成三明治结构的MgxZn1-xO存储器件。
上述步骤(1)是将二乙醇胺同溶剂充分混合，加入醋酸锌，待溶解后加入醋酸镁混匀，滴入少量的冰醋酸，室温下搅拌2h后超声处理10min，得到MgxZn1-xO溶液，调节浓度，得到制备薄膜用前驱液；
上述步骤(2)是利用MgxZn1-xO前驱液在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备薄膜，调整甩膜参数和甩膜时间，甩膜后的湿膜在热板上预处理，经过多次甩膜-预处理-甩膜过程，得到MgxZn1-xO薄膜。
所述Pt/TiO2/SiO2/Si衬底，是镀Pt的Si衬底，更具体地说，即在单晶硅片上先热氧化生成一层SiO2膜，再在其上生长一层TiO2膜，然后镀一层Pt膜(用作下电极)，即为“镀Pt的Si衬底”。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)上述Mg0.2Zn0.8O存储器件，具有稳定且可重复的电阻开关特性，初始化电流小，高阻、低阻两状态之间转换所对应电压值低于1V，能够满足实际应用的要求；
(2)上述MgxZn1-xO存储器件，除具有Mg0.2Zn0.8O器件的各种特性外，其高阻、低阻比值更大，达到107至109，有利于提高器件的信噪比，改善器件性能，并简化存储态读出过程。
(3)上述MgxZn1-xO存储器件，其初始化电流较小，且随Mg成分的增加而降低。
(4)本发明所述的薄膜制备方法不仅具有操作简单、成本低、化学组成易控等特点，而且制备得到的薄膜无裂纹、致密性好、晶粒分布均匀。
附图说明
图1为基于MgxZn1-xO薄膜电阻存储器件的三明治结构示意图。
图2和图3均为Pt/MgxZn1-xO/Pt电阻存储器件的存储特性检测结果图：图2中x＝0.2，初始化电流为30mA，器件制备及检测过程见实施例1；图3中x＝0.6，初始化电流为5mA，器件制备及检测过程见实施例2。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。各实施例的Mg含量与所用醋酸锌、醋酸镁量的对应关系见表1：
表1 Mg含量所用醋酸锌、醋酸镁量对应关系表
| Mg含量(x) | 二水醋酸锌用量(g) | 四水醋酸镁用量(g) |
| 0.2 | 1.7648 | 0.4311 |
| 0.6 | 0.8824 | 1.2932 |
| 0.8 | 0.4412 | 1.7244 |
| 1.0 | 0 | 2.1555 |
实施例1制备Mg0.2Zn0.8O存储器件
(1)制备Mg0.2Zn0.8O前驱液：将0.8419g二乙醇胺同乙二醇甲醚充分混合，再加入所需二水醋酸锌和四水醋酸镁，加热至120℃保持10min，冷却至80℃，恒温2h，冷却到室温得到Mg0.2Zn0.8O溶液，调节浓度至0.5mol/L，最后溶液体积为20ml，得到前驱液。
(2)制备Mg0.2Zn0.8O薄膜：将Mg0.2Zn0.8O前驱液在洁净的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上用旋涂法制备薄膜，层数为六。甩膜参数为2500转/分钟，时间为20秒，每层预处理温度为350℃，时间为5分钟。重复甩膜-预处理-再甩膜过程，得到Mg0.2Zn0.8O薄膜。
(3)将上述Mg0.2Zn0.8O薄膜进行热处理，温度为650℃，升温速率为5℃/分钟，恒温1小时。第一、二、三层和第四、五、六层薄膜在同样的条件下分别进行热处理。这样能够获得结晶完善，致密的禁带宽度梯度化Mg0.2Zn0.8O薄膜。
(4)将上述经热处理后的Mg0.2Zn0.8O薄膜上表面镀上Pt电极(电极直径为0.3mm)，构成三明治结构的Mg0.2Zn0.8O存储器件，结构见图1所示。
(5)器件存储特性见图2，在循环I-V曲线测试前用30mA电流脉冲进行初始化，时间为50ms。器件能在高、低电阻态之间重复转换，而高、低阻态电阻值比约为25。
实施例2
(1)制备Mg0.6Zn0.4O溶液：将二乙醇胺同溶剂充分混合，室温下再加入醋酸锌，待溶解后加入醋酸镁混匀，滴入1ml的冰醋酸，室温下搅拌2h后超声10min，调节浓度，得到制备薄膜用Mg0.6Zn0.4O前驱液；
Mg0.6Zn0.4O薄膜和器件的制备同实施例1的(2)、(3)、(4)。
器件存储特性见图3，在循环I-V曲线测试前用5mA电流脉冲进行初始化，时间为50ms。器件能在高、低电阻态之间重复转换，而高、低阻态电阻值比大于107。
实施例3
(1)Mg0.8Zn0.2O溶液配置：将二乙醇胺同溶剂充分混合，室温下再加入醋酸锌，待溶解后加入醋酸镁混匀(见表1)，滴入1ml的冰醋酸，室温下搅拌2h后超声处理10min，调节浓度，得到制备薄膜用Mg0.8Zn0.2O前驱液；
Mg0.8Zn0.2O薄膜和器件的制备同实施例1的(2)、(3)、(4)。
器件存储特性类似于实施例1的(5)。
实施例4
(1)MgO溶液配置：将二乙醇胺同溶剂充分混合，室温下再加入醋酸锌，待溶解后加入醋酸镁混匀(见表1)，滴入1ml的冰醋酸，室温下搅拌2h后超声处理10min，调节浓度，得到制备薄膜用MgO前驱液；
MgO薄膜和器件的制备同实施例1的(2)、(3)、(4)。
器件存储特性类似于实施例1的(5)。
Claims (6)
1.一种非挥发性存储元件，其特征在于由MgxZn1-xO薄膜及其上下表面的Pt电极构成三明治结构的MgxZn1-xO薄膜非挥发性存储元件，其中x＝0.6或0.8或1。
2.权利要求1所述非挥发性存储元件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)制备MgxZn1-xO前驱液；
(2)在Pt底电极上制备MgxZn1-xO薄膜；
(3)上述MgxZn1-xO薄膜在650℃下退火，然后冷却到室温；
(4)将上述经热处理后的MgxZn1-xO薄膜上表面镀Pt电极，构成三明治结构的MgxZn1-xO非挥发性存储器件。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤(1)是将二乙醇胺同溶剂充分混合，加入醋酸锌，待溶解后加入醋酸镁混匀，滴入冰醋酸，室温下搅拌后超声处理，得到MgxZn1-xO溶液，调节浓度为0.5mol/L，得到制备薄膜用前驱液。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂是乙二醇甲醚。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤(2)是利用MgxZn1-xO前驱液在衬底上制备薄膜，调整甩膜参数和甩膜时间，甩膜后的湿膜在热平板上预处理，经过多次甩膜-预处理-甩膜过程，以及热处理，得到MgxZn1-xO薄膜。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述衬底是镀Pt的Si衬底。
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| CNA2008101991241A CN101452994A (zh) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 一种非挥发性存储元件及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101958400A (zh) * | 2010-07-19 | 2011-01-26 | 中国科学院物理研究所 | 一种柔性阻变存储器及其制备方法 |
| CN107170883A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-09-15 | 陕西科技大学 | 一种柔性TiO2阻变存储器阵列的制备方法 |
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2008
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