CN103258958A - 有机阻变存储器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种有机阻变存储器及其制备方法。所述存储器的衬底为绝缘材料，器件单元为横向的MIM电容结构；该MIM结构的两侧电极分别为ITO(氧化铟锡)和Al电极；中间功能层为两个聚对二甲苯层构成的双层结构；在两个聚对二甲苯层的界面处进行局部氧化修饰，从而形成有利于导电通道形成的薄弱区域，可以人为控制导电通路的位置与尺寸。本发明提出的有机阻变存储器能够提高器件的一致性，同时横向器件结构有利于器件阻变机制的观测和表征，所采用的聚对二甲苯制备成本低，且为透明介质。

Description

有机阻变存储器及其制备方法

技术领域

本发明属于有机电子学(organic electronics)和CMOS混合集成电路技术领域，具体涉及一种有机阻变存储器(organic resistive random access memory)的一致性优化结构及其制备方法。

背景技术

近年来，阻变存储器在集成电路领域得到了广泛的关注，其研究进展也非常迅速。阻变存储器属于非易失性存储器，非易失性存储器在当前市场上的份额主要被闪存(flash)所占据。随着集成电路的进一步发展，阻变存储器在尺寸缩小、操作电压等方面的优势使之成为了新一代存储器中的有力竞争者。阻变存储器的基本原理在于，存储器结构所体现出的电阻在外加电压或者电流的激励下可以在高阻态(“0”状态)和低阻态(“1”状态)之间实现可逆的转换，从而实现数据的存储。而在阻变存储器材料的选择中，有机材料体现了巨大的优势。有机材料种类丰富，合成、制备工艺简单，成本低。同时，有机材料可以用于实现如透明纸张(e-paper)，电子显示(OLED)等透明电子系统。

在有机阻变存储器的研究过程中，器件自身的一致性以及不同器件之间的一致性一直是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种基于聚对二甲苯的提高器件一致性的有机阻变存储器及其制备方法。

本发明提出了一种改进的阻变存储器结构来提升器件的一致性。器件的中间功能层采用具有优良阻变特性的聚对二甲苯(parylene)，其阻变过程的电流-电压(I-V)特性曲线如图1所示。图中1-器件在正向电压的激励下由高阻态向低阻态的跃变过程；2-低阻态保持过程；3-器件在负向电压的激励下由低阻态向高阻态的跃变过程；4-高阻态保持过程。使器件的下电极接地，则上电极的电压可以控制存储器的阻值，使其发生高阻和低阻之间的转换，即存储器“0”，“1”两个状态之间的转换。

本发明的技术方案如下：

一种有机阻变存储器，其衬底为绝缘材料(要求该绝缘材料相对聚对二甲苯有刻蚀的选择性，可以是二氧化硅，也可以是柔性衬底，如PDMS，PET层等)，其特征是，所述有机阻变存储器的器件单元为横向的MIM电容结构(见如图2)；该MIM结构的两侧电极分别为ITO(氧化铟锡)和Al电极；中间功能层为两个聚对二甲苯层构成的双层结构；在两个聚对二甲苯层的界面处进行局部氧化修饰，从而形成有利于导电通道形成的薄弱区域，可以人为控制导电通路的位置与尺寸。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述器件衬底为二氧化硅，通过热氧化形成，厚度在2-500μm。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述器件衬底为用旋涂法在硅基片上生长的PDMS层，厚度在2-500μm。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述作为功能层的聚对二甲苯层每层的厚度为50-200nm，两侧电极之间的聚对二甲苯层的长度为50-500nm。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述左侧电极为ITO，其通孔深度与功能层两层聚对二甲苯的厚度相等，高出聚对二甲苯的引出电极的厚度为200-500nm，其平面图形长宽在100nm×100nm到500nm×500nm之间。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述右侧电极为Al，其通孔深度与功能层两层聚对二甲苯的厚度相等，通孔平面为正方形，尺寸在100nm×100nm到500nm×500nm之间，高出聚对二甲苯的引出电极的厚度为200-500nm，平面图形为正方形，边长比通孔尺寸长100nm。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述进行局部氧化修饰的聚对二甲苯层区域的长度为两电极之间的间隔，宽度为10-100nm。

所述的有机阻变存储器，其特征是，所述聚对二甲苯的聚合物为聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型。

本发明同时提供一种有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：

1)在硅基片上生长二氧化硅衬底绝缘层；

2)利用Polymer CVD技术在二氧化硅层上淀积功能层下层聚对二甲苯，厚度在50nm到200nm之间；

3)通过光刻定义需要进行氧化修饰的下层聚对二甲苯表面图形，尺寸在10nm×50nm到100nm×500nm之间，其它部分被光刻胶覆盖，通过在氧等离子体气氛中进行表面修饰，再剥离光刻胶，形成局部氧化的聚对二甲苯表面；

4)利用Polymer CVD技术在下层聚对二甲苯上淀积功能层上层聚对二甲苯，厚度在50nm到200nm之间；

5)通过光刻，RIE刻蚀定义左右电极通孔；

6)通过PVD工艺在左侧通孔溅射ITO并引出ITO电极；

7)通过PVD工艺在右侧通孔溅射Al并引出Al电极。

所述的机阻变存储器的制备方法，其特征是，步骤1)可以用如下两种方法实现：

方法一、利用热氧化技术在硅基片上生长二氧化硅层，厚度在2μm到500μm之间；

方法二、利用旋涂法在硅基片上淀积PDMS有机物层，厚度在2μm到500μm之间。

本发明的有益效果：本发明提出的有机阻变存储器能够提高器件的一致性，同时横向器件结构有利于器件阻变机制的观测和表征，所采用的聚对二甲苯制备成本低，且为透明介质。

附图说明

图1本发明所述器件阻变过程的电流-电压(I-V)特性曲线示意图。

图2本发明所述阻变存储器结构示意图。

图3-图9为实施例对应步骤示意图。

图例说明：

301衬底

302二氧化硅层/PDMS层

303下层聚对二甲苯

304上层聚对二甲苯

401-ITO电极

402-Al电极

501需要进行氧化修饰的下层聚对二甲苯表面图形

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细描述。

实施例1

本发明制备的有机阻变存储器的工艺如图3-所示，

1)利用热氧化技术在硅基片301上生长二氧化硅层302，厚度为10μm，如图3；

2)利用Polymer CVD技术在二氧化硅层302上淀积功能层下层聚对二甲苯303，厚度在为50nm，如图4；

3)通过光刻定义需要进行氧化修饰的下层聚对二甲苯表面图形501，尺寸为10nm×50nm，其它部分被光刻胶覆盖，通过在氧等离子体气氛中进行表面修饰，再剥离光刻胶，形成局部氧化的聚对二甲苯表面，如图5；

4)利用Polymer CVD技术在下层聚对二甲苯303上淀积功能层上层聚对二甲苯304，厚度为50nm，如图6；

5)通过光刻，RIE刻蚀定义左右电极通孔，通孔尺寸为100nm×100nm，如图7；

6)通过PVD工艺在左侧通孔溅射ITO并引出ITO电极401，如图8；

7)通过PVD工艺在右侧通孔溅射AI并引出AI电极402，如图9。

实施例2

1)利用旋涂法在硅基片301上生长PDMS层302，厚度为100μm，如图3；

2)利用Polymer CVD技术在PDMS层302上淀积功能层下层聚对二甲苯303，厚度在为100nm，如图4；

3)通过光刻定义需要进行氧化修饰的下层聚对二甲苯表面图形501，尺寸为50nm×200nm，其它部分被光刻胶覆盖，通过在氧等离子体气氛中进行表面修饰，再剥离光刻胶，形成局部氧化的聚对二甲苯表面，如图5；

4)利用Polymer CVD技术在下层聚对二甲苯303上淀积功能层上层聚对二甲苯304，厚度为100nm，如图6；

5)通过光刻，RIE刻蚀定义左右电极通孔，通孔尺寸为200nm×200nm，如图7；

6)通过PVD工艺在左侧通孔溅射ITO并引出ITO电极401，如图8；

7)通过PVD工艺在右侧通孔溅射AI并引出AI电极402，如图9。

Claims (10)

1.一种有机阻变存储器，其衬底为绝缘材料，其特征是，所述有机阻变存储器的器件单元为横向的MIM电容结构；该MIM结构的两侧电极分别为ITO(氧化铟锡)和Al电极；中间功能层为两个聚对二甲苯层构成的双层结构；在两个聚对二甲苯层的界面处进行局部氧化修饰，从而形成有利于导电通道形成的薄弱区域，可以人为控制导电通路的位置与尺寸。

2.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述器件衬底为二氧化硅，通过热氧化形成，厚度在2-500μm。

3.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述器件衬底为用旋涂法在硅基片上生长的PDMS层，厚度在2-500μm。

4.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述作为功能层的聚对二甲苯层每层的厚度为50-200nm，两侧电极之间的聚对二甲苯层的长度为50-500nm。

5.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述左侧电极为ITO，其通孔深度与功能层两层聚对二甲苯的厚度相等，高出聚对二甲苯的引出电极的厚度为200-500nm，其平面图形长宽在100nm×100nm到500nm×500nm之间。

6.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述右侧电极为Al，其通孔深度与功能层两层聚对二甲苯的厚度相等，通孔平面为正方形，尺寸在100nm×100nm到500nm×500nm之间，高出聚对二甲苯的引出电极的厚度为200-500nm，平面图形为正方形，边长比通孔尺寸长100nm。

7.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述进行局部氧化修饰的聚对二甲苯层区域的长度为两电极之间的间隔，宽度为10-100nm。

8.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述聚对二甲苯的聚合物为聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型。

9.一种有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：

1)在硅基片上生长二氧化硅衬底绝缘层；

2)利用Polymer CVD技术在二氧化硅层上淀积功能层下层聚对二甲苯，厚度在50nm到200nm之间；

3)通过光刻定义需要进行氧化修饰的下层聚对二甲苯表面图形，尺寸在10nm×50nm到100nm×500nm之间，其它部分被光刻胶覆盖，通过在氧等离子体气氛中进行表面修饰，再剥离光刻胶，形成局部氧化的聚对二甲苯表面；

4)利用Polymer CVD技术在下层聚对二甲苯上淀积功能层上层聚对二甲苯，厚度在50nm到200nm之间；

5)通过光刻，RIE刻蚀定义左右电极通孔；

6)通过PVD工艺在左侧通孔溅射ITO并引出ITO电极；

7)通过PVD工艺在右侧通孔溅射Al并引出Al电极。

10.如权利要求9所述的机阻变存储器的制备方法，其特征是，步骤1)可以用如下两种方法实现：

方法一、利用热氧化技术在硅基片上生长二氧化硅层，厚度在2μm到500μm之间；

方法二、利用旋涂法在硅基片上淀积PDMS有机物层，厚度在2μm到500μm之间。

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