CN104393172A - 一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 - Google Patents
一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104393172A CN104393172A CN201410704894.2A CN201410704894A CN104393172A CN 104393172 A CN104393172 A CN 104393172A CN 201410704894 A CN201410704894 A CN 201410704894A CN 104393172 A CN104393172 A CN 104393172A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- random access
- substrate
- resistive random
- srtio
- magnetron sputtering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 41
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 26
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007334 memory performance Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910010252 TiO3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 abstract 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 abstract 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910003193 Nb:SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于肖特基接触而实现较优存储性能结构简单的阻变存储器件的方法。本发明利用磁控溅射方法在Nb：SrTiO3单晶衬底上溅射金属金(Au)薄膜，而得到了Au/Nb:SrTiO3/Au平面结构的存储器件，并得到了稳定保持特性的阻变存储性能。本发明的优点：通过磁控溅射在单晶Nb：SrTiO3衬底上镀金电极制备的阻变存储器件工艺制作过程一步到位，器件制备工序更简单，无需其他复杂的步骤，阻变器件结构简单，适合于工业化生产。性能测试结果表明，相比前面的发明，本发明中的期间具有更好的保持特性，这是决定存储器性能好坏的关键因素之一。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于Au/NSTO/Au双肖特基结构实现稳定阻变存储的阻变存储单元器件的制备方法，具体是指以金属Au做为电极、以0.7wt％掺Nb的单晶SrTiO3做为阻变层材料的异质结构在稳定阻变存储性能上的实现。
技术背景
随着当今社会计算机技术、互联网以及新型便携式电子产品的快速发展，人们对信息存储器性能的要求越来越高，这迫切地要求存储器材料和技术必须要取得更大的进展。尽管Flash技术在市场上获得了巨大成功，但受到自身存储机理的限制，随着特征尺寸进一步缩小，该技术的发展面临着诸多难题。一方面它的编程电压不能按比例减小；另一方面随着器件尺寸不断缩小，隧穿氧化层厚度变得越来越薄，电荷泄漏将越来越严重，这使得器件的电荷保持性能下降。因此Flash存储技术无法满足信息技术迅速发展对超高存储密度的要求。
阻变存储(RRAM)的存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、信息保持稳定、具有不挥发性，而且，易于实现三维立体集成和多值存储，有利于提高集成密度等多方面的优越性能以其在存储密度和存储速度上的独特优势，被认为是颇具潜力的下一代非易失性存储技术。
在各种具有电致阻变现象的材料中，钙钛矿结构的Nb:SrTiO3单晶对于研究阻变存储器的阻变机制有着独特的优势。首先，单晶具有卓越的化学稳定性；其次，单晶与多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的边界效应引起的复杂现象，阻止氧化物阻变特性出现多样化的行为，为分析阻变机制提供了便利；最后，Nb:SrTiO3单晶作为典型的简并半导体，其载流子浓度可以直接用掺杂浓度表示，我们可以通过改变掺杂比或者缺陷能方便地控制载流子浓度和电导率的大小。我们经过长时间系统性的研究发现，基于两个异质结的Au/Nb:SrTiO3/Au平面结构的单元存储器件比一个异质结构的存储器件，如Au/Nb:SrTiO3/Ti、Ag/Nb:SrTiO3/Ti(其中Ti与Nb：SrTiO3的接触表现了欧姆特性)，工艺制作过程和存储结构都比较简单，在存储窗口值上也有不错的性能，以及在存储保持时间上也有比较好的稳定特性。
发明内容
本发明的目的是制备一种具有良好存储性能的阻变存储器件。
本发明制备Au/Nb:SrTiO3/Au阻变存储器件的方法，是采用商用的单晶Nb：SrTiO3作为衬底，并用射频磁控溅射的方法在衬底上溅射沉积金属薄膜。
一种基于界面肖特基接触实现稳定存储的阻变存储器件方法，其特征包括如下步骤：
(1)以10mm×5mm×0.5mm大小的的单晶Nb：SrTiO3为衬底，并超声清洗干净；
(2)制备含有实验要求图案的掩膜板，然后将上述清洗干净的Nb：SrTiO3衬底用掩膜板遮挡；
(3)然后利用射频磁控溅射方法在清洗干净的单晶衬底上溅射金薄膜作为电极，所使用射频磁控溅射方法时的真空度为9.7×10-4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射功率为60W，靶基距为5cm；
作为优选，上述方法中所述的步骤(1)中所用的Nb：SrTiO3单晶衬底的晶体取向为(001)方向，单晶衬底掺Nb的含量为0.7％；
作为优选，上述方法中所述的步骤(2)中磁控溅射薄膜金电极的直径为1mm，间距为0.5mm；
作为优选，上述方法中所述的步骤(3)中溅射薄膜金电极的时间为8min，厚度为150nm。
经上述方法所制得的样品，对其进行二值存储、保持性能测试。二值存储测试时写电压为+2V，擦电压为-2V，读电压为+0.2V；保持性能测试时，所施加的读电压为0.2V，写、擦电压分别为+2V和-2V时测试的高、低阻态随时间变化关系。
有益效果：本发明制备过程中，所用衬底NSTO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金(Au)薄膜，工艺可控性强，易操作，所得薄膜表面致密、厚度稳定均一、结构连续，此外无需其他制作步骤。相比较于本课题组CN102723435A和CN102593354A的发明，本发明的优越性在于通过磁控溅射在单晶Nb：SrTiO3衬底上镀金电极制备的阻变存储器件工艺制作过程一步到位，无需其他复杂的步骤，阻变器件结构简单，并且具有良好的保持特性的阻变存储性能。
附图说明
图1是用本发明制得的Au/Nb:SrTiO3/Au的阻变存储器件的测试结构示意图；
图2是用本发明制得的Au/Nb:SrTiO3/Au在0V→+2V→0V→-2V→0V扫描电压下的半对数坐标的I-V曲线图；
图3是用本发明制得的Au/Nb:SrTiO3/Au在常温下所测得的二值脉冲电压图；
图4是用本发明制得的Au/Nb:SrTiO3/Au在常温下所测得的二值脉冲存储性能图；
图5是用本发明制得的Au/Nb:SrTiO3/Au在长时间给定读电压下的高、低阻态的保持特性图。
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10mm×5mm×0.5mm规格大小的含Nb的单晶SrTiO3衬底，其中的单晶SrTiO3衬底中含有含量为0.7％的Nb，将其分别在去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水中依次超声清洗5min、15min、5min、15min、5min，自然晾干。将清洗干净的衬底用掩膜板遮挡，置于磁控溅射仪真空腔内，采用射频磁控溅射的方法在暴露的含Nb单晶SrTiO3衬底上溅射一层厚度为100nm，直径为1mm的金属金(Au)薄膜，该器件结构的示意图如图1。所使用的射频磁控溅射方法时的真空度为9.7×10-4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为9min，溅射功率为60W，靶基距为5cm。用金属铜线(Cu)将两个金属金(Au)电极串联起来。其中一端金属金(Au)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2所示为它们的I-V曲线图和半对数坐标的I-V曲线图，其中1、2、3、4是指Au/Nb:SrTiO3/Au在不同电压极性下的高、低电阻间的电流状态；再分别给以一定的读、写、擦电压进行两值存储性能测试。两值存储测试时，读、写、擦电压分别为+0.2V、+2V、-2V，如图3所示为在此读、写、擦的脉冲电压下，器件的高(HRS)、低(LRS)阻态周期性的变化；图4所示则为读电压为+0.2V，写、擦电压分别为+2V，-2V时高(HRS)、低(LRS)两阻态随时间变化的保持特性。从图4中可以看出，经过200s测试后，高、低阻态间的存储窗口具有良好的保持特性。以上的测试结果表明，基于Au/Nb:SrTiO3/Au结构的存储器件结构简单，具有良好的保持稳定性能，图5是用本发明制得的Au/Nb:SrTiO3/Au在长时间给定读电压下的高、低阻态的保持特性图，说明对于信息的存储是一个很好的选择。
实施例2
如实施例1相同的取一片10mm×5mm×0.5mm规格大小的含Nb单晶SrTiO3的衬底，其中的单晶SrTiO3衬底中含有质量含量为0.5％的Nb，将其分别在去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水中依次超声清洗5min、15min、5min、15min、5min，自然晾干。将清洗干净的衬底用掩膜板遮挡，置于磁控溅射仪真空腔内，采用射频磁控溅射的方法在暴露的含Nb单晶SrTiO3的衬底上溅射一层厚度为100nm，直径为1mm的金属金(Au)薄膜，该器件结构的示意图如图1。所使用的射频磁控溅射方法时的真空度为9.7×10-4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为9min，溅射功率为60W，靶基距为5cm。用金属铜线(Cu)将两个金属金(Au)电极串联起来。再对本发明中产品进行测试，得出与实施例1中相似的效果。
Claims (4)
1.一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法，其特征包括如下步骤：
(1)以10mm×5mm×0.5mm大小的的单晶Nb：SrTiO3为衬底，并超声清洗干净；
(2)制备掩膜板，然后将上述清洗干净的Nb：SrTiO3衬底用掩膜板遮挡，并露出用于制作电极的位置；
(3)然后利用射频磁控溅射方法在清洗干净的单晶衬底上溅射金薄膜作为电极，所使用射频磁控溅射方法时的真空度为9.7×10-4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射功率为60W，靶基距为5cm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(1)中所用的Nb：SrTiO3单晶衬底的晶体取向为(001)方向，单晶衬底掺Nb的含量为0.7％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(2)中磁控溅射薄膜金电极的直径为1mm，间距为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中溅射薄膜金电极的时间为8min，厚度为150nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410704894.2A CN104393172A (zh) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | 一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410704894.2A CN104393172A (zh) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | 一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104393172A true CN104393172A (zh) | 2015-03-04 |
Family
ID=52611042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410704894.2A Pending CN104393172A (zh) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | 一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104393172A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105720194A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-06-29 | 广东工业大学 | 用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及制备方法和应用 |
| CN106784308A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 北京有色金属研究总院 | 一种非易失性阻变存储器件及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101894908A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-11-24 | 中山大学 | 一种阻变存储器及其制备方法 |
| CN102593354A (zh) * | 2012-03-13 | 2012-07-18 | 浙江理工大学 | 一种多值存储的阻变存储器件的制备方法 |
| CN102723435A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-10-10 | 浙江理工大学 | 一种基于界面氧空位实现多值存储的阻变存储器件方法 |
| CN102800806A (zh) * | 2012-07-26 | 2012-11-28 | 河南大学 | 一种双极性多级平面阻变存储器及其导电衬底与制备方法 |
-
2014
- 2014-11-27 CN CN201410704894.2A patent/CN104393172A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101894908A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-11-24 | 中山大学 | 一种阻变存储器及其制备方法 |
| CN102593354A (zh) * | 2012-03-13 | 2012-07-18 | 浙江理工大学 | 一种多值存储的阻变存储器件的制备方法 |
| CN102723435A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-10-10 | 浙江理工大学 | 一种基于界面氧空位实现多值存储的阻变存储器件方法 |
| CN102800806A (zh) * | 2012-07-26 | 2012-11-28 | 河南大学 | 一种双极性多级平面阻变存储器及其导电衬底与制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YIMIN CUI ET AL: ""Investigation of metal contacts to Nb-1.0 wt.%-doped SrTiO3"", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING B》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105720194A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-06-29 | 广东工业大学 | 用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及制备方法和应用 |
| CN105720194B (zh) * | 2016-03-14 | 2018-05-15 | 广东工业大学 | 用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及制备方法和应用 |
| CN106784308A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-31 | 北京有色金属研究总院 | 一种非易失性阻变存储器件及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101106171B (zh) | 包括可变电阻材料的非易失存储器 | |
| CN108831992B (zh) | 一种铪掺杂氧化锌阻变层的阻变存储器及其制备方法 | |
| Liu et al. | Nonvolatile bipolar resistive switching in amorphous Sr-doped LaMnO3 thin films deposited by radio frequency magnetron sputtering | |
| CN104752609B (zh) | 一种阻变存储器及其制备方法 | |
| CN103035840A (zh) | 阻变存储器及其制备方法 | |
| RU2468471C1 (ru) | Способ получения энергонезависимого элемента памяти | |
| CN101692463B (zh) | 一种混合纳米晶存储器的电容结构及其制备方法 | |
| Hu et al. | Forming-free resistive switching characteristics in tantalum oxide and manganese oxide based crossbar array structure | |
| CN101894908A (zh) | 一种阻变存储器及其制备方法 | |
| Zhao et al. | High mechanical endurance RRAM based on amorphous gadolinium oxide for flexible nonvolatile memory application | |
| CN103474571A (zh) | 一种阻变存储元件及其制备方法 | |
| CN102326253A (zh) | 电阻记忆元件及其使用方法 | |
| CN102723435B (zh) | 一种基于界面氧空位实现多值存储的阻变存储器件方法 | |
| CN104393172A (zh) | 一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法 | |
| CN105185904A (zh) | 一种多阻态双层薄膜结构阻变储存器及其制备方法 | |
| CN105226182B (zh) | 一种单双极共存双层薄膜结构阻变储存器及其制备方法 | |
| CN107579153B (zh) | 一种基于电极铪(Hf)掺杂的低功耗阻变存储器及其制备方法 | |
| CN102820428A (zh) | 一种改进的氧化物薄膜阻变存储器及其改进方法 | |
| CN103236497A (zh) | 一种基于钛酸铋的阻变存储器及其制备方法 | |
| CN102800806A (zh) | 一种双极性多级平面阻变存储器及其导电衬底与制备方法 | |
| Zhou et al. | Study of the resistive switching characteristics and mechanisms of Pt/CeOx/TiN structure for RRAM applications | |
| CN106299111B (zh) | 一种免电激活互补阻变存储器及其制备方法 | |
| CN202523770U (zh) | 一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器 | |
| CN103035838A (zh) | 阻变存储器件及其制备方法 | |
| CN102593354A (zh) | 一种多值存储的阻变存储器件的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150304 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |