CN102593354A - 一种多值存储的阻变存储器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于界面氧空位而实现多值存储性能的阻变存储器件，具体是指以金属Ag和Ti为上下电极、以Nb:SrTiO3为阻变层的存储结构在多值存储性能上的实现。本发明是利用磁控溅射的方法在Nb:SrTiO3的衬底上溅射金属钛(Ti)薄膜，并涂覆金属银(Ag胶)，而得到了Ag/Nb:SrTiO3/Ti结构的存储器件并实现了多值存储的性能。本发明的优越性：在不同大小的正负偏压下通过氧空位调控势垒的高度来实现多值存储的优异性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于界面氧空位而实现多值存储性能的阻变存储器件的制备方法，具体是指以金属Ag和Ti为上下电极、以Nb:SrTiO3为阻变层的存储结构在多值存储性能上的实现。
技术背景
高密度、低成本是存储器发展的一个重要目标。而提高存储器密度的方式主要有三个途径：1)减小存储器单元的面积；2)3D集成技术；3)多值存储技术。其中对于通过减小尺寸来提高单位芯片面积上存储单元密度这一技术，由于目前市场上主流的Flash存储器的工艺尺寸已经可以做到65nm以下，所以很难再继续大规模提高存储芯片的存储密度。而对于3D集成技术，一方面当前3D集成工艺还不够成熟，另一方面3D集成的成本也较高，因此这一技术也受到一定的限制和挑战。相比与前两种高密度存储器实现方案而言，多值存储技术可以通过单个存储单元进行多个数据的存储来提高存储芯片的存储密度，并且在不增加成本的前提下就能够使得存储密度成倍的增长。因此多值存储至今一直都是一个引人入胜的梦想。
目前国际上已经对RRAM的多值存储技术开展了初步的研究。研究内容包括：多值存储的操作模式、多值存储机理和多值存储材料体系等。但是，国际上对于多值存储机理以及哪一种材料体系具有最优的多值存储特性还存在一定的争议。
我们的研究发现在众多具有阻变存储特性的钙钛矿氧化物、二元过渡金属氧化物等材料体系中，经过退火处理的Nb:SrTiO3则表现出了多值存储的特性。Nb:SrTiO3是具有稳定立方结构且与CMOS工艺相兼容的n型半导体，当与功函数为4.26ev的Ag接触时产生肖特基势垒，其接触界面间的氧空位，在不同极性的偏压下可以捕获或释放电子从而调控肖特基势垒高度的转变，在宏观上则表现为正负偏压下高、低两种阻态间的可逆转换。而对其施加不同大小的正负偏压时，氧空位可捕获电子的浓度不同，产生了不同大小的肖特基势垒高度，进而实现了多值存储的优越性能。以下发明则是基于金属Ag与Nb:SrTiO3界面的氧空位调控肖特基势垒高度而实现多值存储性能的。
发明内容
本发明的目的是制备一种具有多值存储性能且机理明确的阻变存储器件。
本发明的制备Ag/Nb:SrTiO3/Ti器件的方法，是采用真空退火处理后的Nb:SrTiO3作为衬底，采用磁控溅射的方法向衬底上溅射金属薄膜。
操作步骤如下：
(1)以Nb:SrTiO3为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；本发明中的超声清洗手段为本行业常用的方法，对于其中的超声频率亦为行业内人员所知晓；作为优选，以10mm×5mm×0.5mm的Nb:SrTiO3为衬底，分别用去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水超声清洗干净，再自然晾干；
(2)将清洗干净的Nb:SrTiO3衬底置于一定真空度的磁控溅射真空腔内并在一定的温度下退火一定的时间后自然降温；所述的真空度为8×10-4pa，退火温度为700℃，退火时间为30min；
(3)用掩模板遮掩Nb:SrTiO3衬底中间部位三分之一大小的面积的Nb:SrTiO3，用磁控溅射的方法在暴露的Nb:SrTiO3上溅射厚度为150-200nm的金属钛薄膜；上述磁控溅射法溅射的参数分别为溅射功率250W，溅射气压1.2pa，溅射时间1.5h；
(4)将步骤(3)中制备所得产品去除掩模板，然后在原来被掩盖的部分涂覆金属银胶Nb:SrTiO3；
(5)将步骤(4)中得到的产品用金属铜线将金属银与钛连接起来；即可制得阻变存储器件。
最终可以将步骤(5)的样品进行电学性能、多值存储性能测试。
作为优选，上述步骤(1)的Nb:SrTiO3为掺杂0.7％Nb的SrTiO3单晶衬底。
作为优选，上述步骤(2)的真空度为8×10-4pa，退火温度为700℃，退火时间为30min。
有益效果：本发明制备过程中，所用器材为商业产品，无需繁琐制备；本发明在制备过程中，采用磁控溅射法制备金属钛(Ti)薄膜，工艺可控性强，易操作，所得薄膜稳定均一、结构连续，且与Nb:SrTiO3附着力强，不易损坏。
附图说明
图1是用本发明方法制得的金属钛(Ti)薄膜的X射线衍射(XRD)谱图；
图2是用本发明方法制得的金属钛(Ti)薄膜的扫描电镜(SEM)图谱，标尺为300nm；
图3是用本发明方法制得的Ti/Nb:SrTiO3及Ag/Nb:SrTiO3/Ti在常温下所测得的I-V曲线；
图4是用本发明方法制得的阻变存储器件的两值与不同电压下的多值存储的保持特性图。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明。
实施例1
取一片以10mm×5mm×0.5mm规格大小的Nb:SrTiO3为衬底，将其分别在去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水中超声清洗干净，自然晾干。将该衬底于真空度为8×10-4pa，温度为700℃的条件下进行退火30min后再自然降温至室温。然后再将该衬底的中部用掩膜板遮挡，用射频磁控溅射的方法在暴露的Nb:SrTiO3溅射一层180nm厚度的金属钛(Ti)薄膜，其X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)如图1、图2。而后将掩膜板脱离，在Nb:SrTiO3上涂覆金属银(Ag胶)。将金属钛(Ti)与钛(Ti)用金属铜线(Cu)串联起来以及用金属铜线(Cu)将金属钛(Ti)和金属银(Ag)串联起来，金属银(Ag)做为正极，给0V→+2V→0V→-2V→0V的扫描电压分别测试它们的I-V特性，如图3所示为它们在对数坐标下的I-V曲线，其中1、2、3、4是指Ag/Nb:SrTiO3/Ti的高、低电阻间的电流状态，右下标为该器件的结构及电路连接方；尔后再给以一定的偏压分别进行两值和多值测试。其中两值测试时，写、擦、读电压分别为+2V、-2V、+0.2V；进行多值测试时，写电压为+2V，擦电压分别为-2V、-3V、-4V，读电压为+0.2V。如图(4)所示。这些结果表明，基于Ag/Nb:SrTiO3/Ti结构的存储器件可以实现良好的多值存储性能。
实施例2
取一片以10mm×5mm×0.5mm规格大小的Nb:SrTiO3为衬底，其中Nb:SrTiO3为掺杂0.7％Nb的SrTiO3单晶衬底，将其分别在去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水中超声清洗干净，超声清洗的时间分别为5min、10min、5min、10min、5min；再自然晾干。将该衬底于真空度为8×10-4pa，温度为700℃的条件下进行退火30min后再自然降温至室温。然后再将该衬底的中部用掩膜板遮挡三分之一，用射频磁控溅射的方法在暴露的Nb:SrTiO3溅射一层160nm厚度的金属钛(Ti)薄膜，所使用的溅射功率250W，溅射气压1.2pa，溅射时间1.5h；而后将掩膜板脱离，在Nb:SrTiO3上涂覆金属银(Ag胶)。将金属钛(Ti)与钛(Ti)用金属铜线(Cu)串联起来以及用金属铜线(Cu)将金属钛(Ti)和金属银(Ag)串联起来，金属银(Ag)做为正极，再对本发明中产品进行测试，得出与实施例相似的效果。
Claims (4)
1.一种多值存储的阻变存储器件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)以Nb:SrTiO3为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；
(2)将清洗干净的Nb:SrTiO3衬底置于一定真空度的磁控溅射真空腔内并在一定的温度下退火一定的时间后自然降温；所述的真空度为8×10-4pa，退火温度为700℃，退火时间为30min；
(3)用掩模板遮掩Nb:SrTiO3衬底中间部位三分之一大小的面积的Nb:SrTiO3，用磁控溅射的方法在暴露的Nb:SrTiO3上溅射厚度为150-200nm的金属钛薄膜；上述磁控溅射法溅射的参数分别为溅射功率250W，溅射气压1.2pa，溅射时间1.5h；
(4)将步骤(3)中制备所得产品去除掩模板，然后在原来被掩盖的部分涂覆金属银胶Nb:SrTiO3；
(5)将步骤(4)中得到的产品用金属铜线将金属银与钛连接起来；即可制得阻变存储器件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(1)中将Nb:SrTiO3为衬底进行清洗过程为：依次用去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水进行超声清洗，超声清洗的时间分别为5min、10min、5min、10min、5min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(1)中Nb:SrTiO3为掺杂0.7％Nb的SrTiO3单晶衬底。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)磁控溅射金属钛Ti薄膜的厚度约为180nm。
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| CN104393172A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-04 | 浙江理工大学 | 一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 |
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