CN101867016A - 一种基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器，由N型重掺硅衬底、氧化锌薄膜和金属薄膜电极依次粘附组成，本发明通过采用金属/氧化锌/重掺硅结构作为电阻式随机存储器的存储单元，可以获得良好的电阻转变及记忆特性。同时，与普通电阻式随机存储器的存储单元相比，进一步简化了器件结构，并能提高器件的热稳定性。

Description

一种基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器

技术领域

本发明涉及到非挥发性随机存储器领域，尤其涉及一种以金属/氧化锌/N型重掺硅结构的电阻式随机存储器。

背景技术

为满足当前社会信息存储的需要，随机存储器将向着高速度、大容量和非挥发性方向发展。与传统的随机存储器相比，非挥发性随机存储器有很多优点，例如普通随机存储器的刷新频率为10纳秒数量级，停电后储存的信息将很快失去，而非挥发性随机存储器的信息可以保留多年，这样不但可以加速电脑等电子设备的开机速度，而且在发生供电故障时电子设备中的信息可以完整地得以保留。从节约能源的角度看，非挥发性随机存储器的能耗也将大大低于传统的随机存储器，因此非挥发性随机存储器越来越受到业界的重视。电阻式随机存储器(resistance random access memory)是一种新型的非挥发性随机存储器，具有存储速度快、功耗低、结构简单、可高密度集成等优点，有望成为下一代非挥发性存储器。

电阻式随机存储器的基本存储单元一般包括金属-绝缘体-金属结构。可见，这种结构与硅基集成电路的制作工艺是不兼容的。以前的电阻式随机存储器也有利用硅单晶作为衬底的，但是硅单晶实际上只是作为一种支撑物，在器件制作的过程中，硅衬底与金属-绝缘体-金属存储结构之间需要生长一层氧化硅绝缘层隔离电阻式随机存储器与硅衬底之间的连接，以及一层金属钛或氮化钛以提高氧化硅层与器件下金属电极之间的粘附性，保证电阻式随机存储器的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器。

本发明通过以下技术方案来实现的：一种基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器，由N型重掺硅衬底、氧化锌薄膜和金属薄膜电极依次粘附组成。

进一步地，所述N型重掺硅衬底的电阻率小于0.1Ω·cm；所述氧化锌薄膜的厚度范围为10-500nm；金属薄膜电极为在常温下呈固体的金属材料，如金、铂、铜、铝、钛、钽或钨等。

本发明的有益效果是：本发明通过采用金属/氧化锌/重掺硅结构作为电阻式随机存储器的存储单元，可以获得良好的电阻转变及记忆特性。同时，与普通电阻式随机存储器的存储单元相比，进一步简化了器件结构，并能提高器件的热稳定性。

附图说明

图1是本发明电阻式随机存储器的存储单元的结构示意图；

图2是本发明铜/氧化锌/重掺硅结构电阻式随机存储器的I-V特性图；

图3是本发明铂/氧化锌/重掺硅结构电阻式随机存储器的I-V特性图。

具体实施方式

本发明提出了重掺硅直接作为电阻式存储器的衬底及下电极，既可简化电阻式随机存储器的制作工艺，又可提高器件的抗氧化能力与热稳定性，并能很好地与硅集成电路工艺相兼容。

如图1所示，本发明基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器由重掺硅衬底1、氧化锌薄膜2、金属薄膜电极3依次粘附而成。其中，金属作为存储单元的上电极，可以为金、铂、铜、铝、钛、钽或钨等。氧化锌作为存储单元的工作层，起电阻转变作用。重掺硅作为存储单元的下电极及衬底。重掺硅衬底为N型重掺硅衬底，其电阻率小于0.1Ω·cm。氧化锌薄膜的厚度范围为10-500nm。

在一定的电压脉冲作用下，该器件的电阻可以在高、低两种状态之间转换。在不施加电压的情况下，该器件能够长时间保持高阻值状态或低阻值状态的特性。

下面根据具体实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

实施例1

利用磁控溅射法在洁净的重掺硅片上沉积氧化锌薄膜，薄膜的厚度为100nm。然后，将氧化锌薄膜在500℃下，大气气氛中退火3小时。再利用电子束蒸发法在氧化锌薄膜上制备铂电极，电极为直径200μm的圆形电极。存储单元的结构如图1所示。该存储单元的电流-电压特性测试结果见图3。当电压为1.04V(开启电压)时，存储单元从高阻态向低阻态转变，并在没有加电压的条件下，能够保持低阻态；当电压为-0.72V(恢复电压)时，存储单元从低组态向高阻态转变，并在没有加电压的条件下，能够保持高阻态。存储单元的开启电压和恢复电压都在-3～+3V之间，适用于计算机的低压电路中。该存储单元的高阻态与低阻态间的阻值比高于10倍。

实施例2

利用磁控溅射法在洁净的重掺硅片上沉积氧化锌薄膜，薄膜的厚度为100nm。然后，将氧化锌薄膜在500℃下，大气气氛中退火3小时。再利用热蒸发法在氧化锌薄膜上制备铜电极，电极为直径200μm的圆形电极。存储单元的结构如图1所示。该存储单元的电流-电压特性测试结果见图2。当电压为1.17V(开启电压)时，存储单元从高阻态向低阻态转变，并在没有加电压的条件下，能够保持低阻态；当电压为-0.62V(恢复电压)时，存储单元从低组态向高阻态转变，并在没有加电压的条件下，能够保持高阻态。存储单元的开启电压和恢复电压都在-3～+3V之间，适用于计算机的低压电路中。该存储单元的高阻态与低阻态间的阻值比高于10倍。

上述实施例只是本发明的举例，尽管为说明目的公开了本发明的最佳实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种基于金属、氧化锌和重掺硅结构的电阻式存储器，其特征在于：该电阻器由N型重掺硅衬底(1)、氧化锌薄膜(2)和金属薄膜电极(3)依次粘附组成。

2.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于：所述N型重掺硅衬底的电阻率小于0.1Ω·cm。

3.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于：所述氧化锌薄膜的厚度范围为10-500nm。

4.如权利要求1所述的电阻式存储器，其特征在于：金属薄膜电极为在常温下呈固体的金属材料，如金、铂、铜、铝、钛、钽或钨等。

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