CN105322091A - 一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用 - Google Patents
一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105322091A CN105322091A CN201510900921.8A CN201510900921A CN105322091A CN 105322091 A CN105322091 A CN 105322091A CN 201510900921 A CN201510900921 A CN 201510900921A CN 105322091 A CN105322091 A CN 105322091A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- top electrode
- variable
- memory unit
- medium layer
- electrode
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 31
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- -1 Ag as electrode Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
- H10N70/257—Multistable switching devices, e.g. memristors having switching assisted by radiation or particle beam, e.g. optically controlled devices
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
本发明提供了一种光写入阻变存储单元，其包括：玻璃衬底；位于所述玻璃衬底上的底电极；位于所述底电极上的阻变存储介质层；位于所述阻变存储介质层上的顶电极；其中，所述底电极和顶电极中至少有一个为透明氧化物电极，所述阻变存储介质层的材料为对光响应的非晶二元金属氧化物或对光响应的常温下未达到热平衡的多元金属氧化物，所述顶电极上还设置有Au层，并且其中，所述顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积，或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积。还提供了该光写入阻变存储单元的制备方法、操作方法及其应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻变存储单元，具体地涉及一种光写入阻变存储单元，以及该光写入阻变存储单元的制备方法、操作方法及其应用。
背景技术
阻变存储器(RRAM)利用某些薄膜材料在激励的作用下会出现不同的电阻状态(高、低阻态)的转变现象进行数据存储。RRAM的优势在于结构简单、功耗低、速度快、存储密度高、制造工艺简单，是下一代通用存储器的强有力候选者。
阻变存储器大体上分为两种。导电细丝型阻变存储器与界面限制型阻变存储器。阻变存储器的类型取决于薄膜材料以及电极材料的性质。对于单晶与多晶的薄膜，其缺陷态少，并且分布不均匀，容易形成导电细丝型阻变存储器。对于用Ag等活泼金属作为电极的阻变存储器，Ag离子会进入中间层而形成导电通道。对于非晶薄膜，其缺陷态分布均匀，采用惰性电极的阻变存储器时，在一定条件下可以形成界面限制型阻变存储器，但存在操作偏压高的问题。
二元金属氧化物中的离子在电场作用下是可以迁移的，通常用带正电荷的氧空位的迁移来描述。二元金属氧化物的导电性由离子导电与电子导电共同决定，通常离子导电不占主导。二元金属氧化物中的电中性氧空位能级较深，在室温下不能完全电离，在电场作用下或者满足阈值条件的光的照射下会进一步电离。同时，离化了的氧空位可以在电场作用下移动，移动方向与电场极性相关。
发明内容
本发明的目的在于对现有的阻变存储单元加以进一步改进，以提供一种制备简便、以无损的光照方式进行写入和赋值的光写入阻变存储单元，以及该光写入阻变存储单元制备方法、操作方法和应用。
本发明提供了一种光写入阻变存储单元，该阻变存储单元包括：
玻璃衬底；
位于所述玻璃衬底上的底电极；
位于所述底电极上的阻变存储介质层；
位于所述阻变存储介质层上的顶电极；
其中，所述底电极和顶电极中至少有一个为透明氧化物电极，所述阻变存储介质层的材料为对光响应的非晶二元金属氧化物，所述顶电极上还设置有Au层。
并且其中，所述顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积，或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积。Au层的横截面积可以与顶电极的横截面积相等。
该阻变存储单元可以是以普通玻璃为衬底，由底电极(例如ITO)、中间层(即阻变存储介质层，例如TiO2)、顶电极(例如ITO)依次叠加而成的MIM三明治结构。其中，中间层与底电极可以是公用的，玻璃衬底上的底电极可以接地。
根据本发明的光写入阻变存储单元，其中，所述非晶二元金属氧化物选自TiO2、ZnO、WO3中的一种或多种。优选地，所述透明氧化物电极的材料选自ITO、ATO、FTO中的一种或多种，优选为ITO。
根据本发明的光写入阻变存储单元，其中，所述底电极的厚度为50-500nm，优选为400-500nm，更优选为500nm；所述阻变存储介质层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为100nm；所述顶电极的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为70nm；所述Au层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为100nm。
本发明还提供了上述光写入阻变存储单元的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在玻璃衬底上依次制备底电极、阻变存储介质层、顶电极和Au层，从而在玻璃衬底上形成复合薄膜；优选地，所述玻璃衬底先用丙酮和酒精分别加热超声10分钟。
(2)紫外光刻所述复合薄膜以形成分立的复合薄膜结构；优选地，所述复合薄膜结构的横截面积为100×100μm2。
(3)采用离子束刻蚀所述复合薄膜结构，以使得所述复合薄膜结构中的顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积，从而得到所述光写入阻变存储单元。
根据本发明的制备方法，其中，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备底电极。优选地，磁控溅射的功率为150W，生长速率为10nm/min。更优选地，底电极的厚度为50-500nm，优选为400-500nm，更优选为500nm。
根据本发明的制备方法，其中，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备阻变存储介质层。优选地，磁控溅射的功率为150W，生长速率为1nm/min。更优选地，阻变存储介质层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为100nm。
根据本发明的制备方法，其中，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备顶电极。优选地，磁控溅射的功率为150W，生长速率为10nm/min。更优选地，顶电极的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为70nm。
根据本发明的制备方法，其中，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备Au层。优选地，磁控溅射的功率为15W，生长速率为4nm/min。更优选地，Au层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为100nm。
本发明还提供了本发明的光写入阻变存储单元或按照本发明的方法而制备的光写入阻变存储单元的操作方法，所述操作方法包括激活操作方法、工作操作方法、光写入操作方法和多值存储赋值操作方法中的至少一种。
所述激活操作方法包括：
底电极接地，对顶电极加对称正负向IV扫描进行电致掺杂，以降低阻变存储介质层的电阻，然后对顶电极加负向IV扫描，以使阻变存储介质层与顶电极和底电极的接触变得不对称，其中，所述负向IV扫描的偏压比对称正负向IV扫描的偏压更高；优选地，所述对称正负向IV扫描的偏压为±3V，所述负向IV扫描的偏压为-4.5V。
在较低偏压下对例如为二元金属氧化物的阻变存储介质层进行IV扫描，二元金属氧化物内会产生大量氧空位，可供电离的氧空位增加，二元氧化物的导电性增强。对称的正负向IV扫描可以使二元氧化物阻变存储介质层的导电性变好，从而使MIM结构的阻变存储单元的导电性类型从体限制型转变为界面限制型。负向较大偏压的扫描可以使二元氧化物与顶电极与底电极的接触变得不对称。光照强度对于顶电极与阻变存储介质层和底电极与阻变存储介质层接触来说几乎是一致的，因此使顶电极与阻变存储介质层、底电极与阻变存储介质层接触的内建电场不一致，才有显著的光响应。
所述工作操作方法包括：
底电极接地，对顶电极加正向IV扫描，使阻变存储单元置为负向低阻态，对顶电极加负向IV扫描，使阻变存储单元置为负向高阻态；优选地，该工作操作方法中的正向IV扫描的偏压为+3V，负向IV扫描的偏压为-3V。
施加正向偏压使得氧空位向下移动，底电极与阻变存储介质层形成的肖特基势垒的内建电场宽度增加，存储单元进入负向低阻态；施加负向偏压使得氧空位向上移动，底电极与阻变存储介质层形成的肖特基势垒的内建电场宽度增加，存储单元进入负向高阻态。
所述光写入操作方法包括：
用光从玻璃衬底一侧或顶电极一侧照射高阻态的阻变存储单元，所得光斑面积等于或大于顶电极的面积，从而将阻变存储单元置为低阻态；优选地，该光写入操作方法的光波长为390nm到500nm，优选400nm，照射时间为100-500s，优选160s。
所述多值存储赋值操作方法包括：
用光从玻璃衬底一侧或顶电极一侧分阶段地照射高阻态或低阻态的阻变存储单元若干个时间周期，所得光斑面积等于或大于顶电极的面积，以得到具有所需阻值的阻变存储单元；优选地，该多值存储赋值操作方法的光波长为390nm-500nm，优选400nm，时间周期为10s-50s，优选20s。
光照作为一种无损的方式，可以有效地调控激活后阻变存储单元界面处电离了的氧空位浓度，调控激活前阻变存储单元的体氧空位浓度，从而实现对阻变存储器件的光写入与多值存储的赋值。因此，用光调制阻变存储器的方法可以表述为以下方面：
(1)用电场将二元金属氧化物阻变存储单元置到高阻态后，利用满足一定阈值条件的光照，高阻态“0”可转变为低阻态“1”。实现光写入。满足一定阈值条件的光可以通过顶电极或者底电极透射到阻变存储介质层。
(2)用电场将二元金属氧化物阻变存储单元置到高阻态后，利用满足一定阈值条件的光照，高阻态的值可以连续变化。光关闭后，降低了的阻态可以维持，即实现多值存储的赋值。此外，低阻态的阻变存储单元的阻值在光照下同样会不断减小，但低阻态电阻减小的幅度明显小于高阻态电阻减小的幅度。
本发明还提供了本发明的光写入阻变存储单元或按照本发明的方法而制备的光写入阻变存储单元在信息存储装置中的应用。
本发明的光写入阻变存储单元可基于非晶二元金属氧化物，成分简单，室温下就可以生长；其通过存储单元的电流受均匀导电的界面限制，而不是受导电细丝限制，因此不存在导电通道随机通断的问题。该光写入阻变存储单元可以利用无损的光照方式进行写入，还可以一次性大规模地对多个电极进行写入，还可以通过调控光照的时间实现多值存储的赋值。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1分别示出了本发明实施例1(见(a)和(c))和实施例2(见(b)和(d))的光写入阻变存储单元的结构及光照方式示意图。满足一定阈值条件的光可以从顶电极入射，也可以从底电极入射。阻变存储单元的阻变存储介质层在阻变区域之外的部分可以刻蚀掉(如(a)和(c))或保留(如(b)和(d))。
图2示出了实施例1的光写入阻变存储单元的I-V(a)与R-V(b)特性曲线，呈典型的双极翻转特性，在正偏压下“set”到低阻态，在负偏压下“reset”到高阻态。
图3示出了使用光照对实施例1的光写入阻变存储单元的从高阻态“0”到低阻态“1”的写入。
图4示出了使用光照对实施例1的光写入阻变存储单元的电阻进行调控。光照后，高阻态的阻变存储单元(a)和低阻态的阻变存储单元(b)的电阻值都会变化，光关后不会完全恢复。逐次光照可以对电阻进行逐次调控，实现多值存储的赋值。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
实施例1
本实施例用于说明本发明的光写入阻变存储单元及其制备方法。
如图1的(a)和(c)所示，光写入阻变存储单元包括玻璃衬底；位于所述玻璃衬底上的底电极；位于所述底电极上的阻变存储介质层；位于所述阻变存储介质层上的顶电极，顶电极上还设置有Au层。
其中，底电极和顶电极的材料均为透明氧化物电极ITO，阻变存储介质层的材料为非晶二元金属氧化物TiO2。顶电极(及其上的Au层)的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积。
底电极的厚度为500nm，阻变存储介质层的厚度为100nm，顶电极的厚度为70nm，Au层的厚度为100nm。
该阻变存储单元的制备方法如下：
(1)玻璃衬底先用丙酮和酒精分别加热超声10分钟，然后在玻璃衬底上依次逐层制备底电极、阻变存储介质层、顶电极和Au层，从而在玻璃衬底上形成复合薄膜。
其中，采用磁控溅射法(均使用PVD75磁控溅射仪，购自科特-莱斯特公司。)制备底电极，功率为150W，生长速率为10nm/min，底电极的厚度为500nm；采用磁控溅射法制备阻变存储介质层，功率为150W，生长速率为1nm/min，阻变存储介质层的厚度为100nm；采用磁控溅射法制备顶电极，功率为150W，生长速率为10nm/min，顶电极的厚度为70nm；采用磁控溅射法制备Au层，磁控溅射的功率为15W，生长速率为4nm/min，Au层的厚度为100nm。
(2)紫外光刻(使用MA6紫外光刻机，购自KarlSüss公司。下同。)所述复合薄膜以形成分立的复合薄膜结构，其横截面积为100×100μm2。
(3)采用离子束刻蚀(使用Plasmalab80Plus离子束刻蚀系统，购自牛津仪器公司)所述复合薄膜结构，以使得所述复合薄膜结构中的顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积，从而得到所述光写入阻变存储单元。
实施例2
本实施例用于说明本发明的光写入阻变存储单元及其制备方法。
如图1的(b)和(d)所示，光写入阻变存储单元包括玻璃衬底；位于所述玻璃衬底上的底电极；位于所述底电极上的阻变存储介质层；位于所述阻变存储介质层上的顶电极，顶电极上还设置有Au层。
其中，底电极和顶电极的材料均为透明氧化物电极FTO，阻变存储介质层的材料为非晶二元金属氧化物ZnO。顶电极(及其上的Au层)和阻变存储介质的横截面积相等且均小于底电极的横截面积。
底电极的厚度为50nm，阻变存储介质层的厚度为50nm，顶电极的厚度为50nm，Au层的厚度为50nm。
该阻变存储单元的制备方法如下：
(1)玻璃衬底先用丙酮和酒精分别加热超声10分钟，然后在玻璃衬底上依次逐层制备底电极、阻变存储介质层、顶电极和Au层，从而在玻璃衬底上形成复合薄膜。
其中，采用磁控溅射法(均使用PVD75磁控溅射仪，购自科特-莱斯特公司)制备底电极，功率为150W，生长速率为10nm/min，底电极的厚度为50nm；采用磁控溅射法制备阻变存储介质层，功率为150W，生长速率为1nm/min，阻变存储介质层的厚度为50nm；采用磁控溅射法制备顶电极，功率为150W，生长速率为10nm/min，顶电极的厚度为50nm；采用磁控溅射法制备Au层，磁控溅射的功率为15W，生长速率为4nm/min，Au层的厚度为50nm。
(2)紫外光刻(使用MA6紫外光刻机，购自KarlSüss公司)所述复合薄膜以形成分立的复合薄膜结构，其横截面积为100×100μm2。
(3)采用离子束刻蚀(使用Plasmalab80Plus离子束刻蚀系统，购自牛津仪器公司)所述复合薄膜结构，以使得所述复合薄膜结构中的顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积，从而得到所述光写入阻变存储单元。
实施例3
本实施例用于说明本发明的光写入阻变存储单元及其制备方法。
如图1的(b)和(d)所示，光写入阻变存储单元包括玻璃衬底；位于所述玻璃衬底上的底电极；位于所述底电极上的阻变存储介质层；位于所述阻变存储介质层上的顶电极，顶电极上还设置有Au层。
其中，底电极和顶电极的材料均为透明氧化物电极ATO，阻变存储介质层的材料为非晶二元金属氧化物WO3。顶电极(及其上的Au层)和阻变存储介质的横截面积相等且均小于底电极的横截面积。
底电极的厚度为400nm，阻变存储介质层的厚度为150nm，顶电极的厚度为150nm，Au层的厚度为150nm。
该阻变存储单元的制备方法如下：
(1)玻璃衬底先用丙酮和酒精分别加热超声10分钟，然后在玻璃衬底上依次逐层制备底电极、阻变存储介质层、顶电极和Au层，从而在玻璃衬底上形成复合薄膜。
其中，采用磁控溅射法(均使用PVD75磁控溅射仪，购自科特-莱斯特公司)制备底电极，功率为150W，生长速率为10nm/min，底电极的厚度为400nm；采用磁控溅射法制备阻变存储介质层，功率为150W，生长速率为1nm/min，阻变存储介质层的厚度为150nm；采用磁控溅射法制备顶电极，功率为150W，生长速率为10nm/min，顶电极的厚度为150nm；采用磁控溅射法制备Au层，磁控溅射的功率为15W，生长速率为4nm/min，Au层的厚度为150nm。
(2)紫外光刻(使用MA6紫外光刻机，购自KarlSüss公司)所述复合薄膜以形成分立的复合薄膜结构，其横截面积为100×100μm2。
(3)采用离子束刻蚀(使用Plasmalab80Plus离子束刻蚀系统，购自牛津仪器公司)所述复合薄膜结构，以使得所述复合薄膜结构中的顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积，从而得到所述光写入阻变存储单元。
实施例4
本实施例用于说明本发明的光写入阻变存储单元的操作方法。
以实施例1制备的光写入阻变存储单元为例，对其分别进行激活操作、工作操作、光写入操作和多值存储赋值操作。
激活操作方法包括：
底电极接地，对顶电极加对称的±3V偏压的IV扫描进行电致掺杂，以降低阻变存储介质层的电阻，然后对顶电极加负向的-4.5V偏压的IV扫描，以使阻变存储介质层与顶电极和底电极的接触变得不对称。
工作操作方法包括：
底电极接地，对顶电极加正向的+3V偏压的IV扫描，使阻变存储单元置为负向低阻态，对顶电极加负向的-3V偏压的IV扫描，使阻变存储单元置为负向高阻态。如图2所示，其I-V(a)与R-V(b)特性曲线呈典型的双极翻转特性，在正偏压下“set”到低阻态，在负偏压下“reset”到高阻态。
光写入操作方法包括：
用光从玻璃衬底一侧或顶电极一侧照射高阻态的阻变存储单元，所得光斑面积等于或大于顶电极的面积，其中光波长为400nm，照射时间为160s，从而将阻变存储单元置为低阻态。如图3所示，光照对实施例1的阻变存储单元实现了高阻态“0”到低阻态“1”的写入。
多值存储赋值操作方法包括：
用光从玻璃衬底一侧或顶电极一侧分阶段地照射高阻态或低阻态的阻变存储单元若干个时间周期，所得光斑面积等于或大于顶电极的面积，其中光波长为400nm，时间周期为20s，以得到具有所需阻值的阻变存储单元。如图4所示，光照对实施例1的光写入阻变存储单元的电阻实现了调控。光照后，高阻态的阻变存储单元(a)和低阻态的阻变存储单元(b)的电阻值都会变化，光关后不会完全恢复。逐次光照可以对电阻进行逐次调控，实现多值存储的赋值。
基于相同的机理，采用上述操作方法对实施例2和3中制备的光写入阻变存储单元进行操作，也可分别获得相同或相近的效果。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (10)
1.一种光写入阻变存储单元，其特征在于，该阻变存储单元包括：
玻璃衬底；
位于所述玻璃衬底上的底电极；
位于所述底电极上的阻变存储介质层；
位于所述阻变存储介质层上的顶电极；
其中，所述底电极和顶电极中至少有一个为透明氧化物电极，所述阻变存储介质层的材料为对光响应的非晶二元金属氧化物3，所述顶电极上还设置有Au层，
并且其中，所述顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积，或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积。
2.根据权利要求1所述的光写入阻变存储单元，其特征在于，所述非晶二元金属氧化物选自TiO2、ZnO、WO3中的一种或多种；优选地，所述透明氧化物电极的材料选自ITO、ATO、FTO中的一种或多种，优选为ITO。
3.根据权利要求1或2所述的光写入阻变存储单元，其特征在于，所述底电极的厚度为50-500nm，优选为400-500nm，更优选为500nm；所述阻变存储介质层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为100nm；所述顶电极的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为70nm；所述Au层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm，更优选为100nm。
4.权利要求1至3中任一项所述光写入阻变存储单元的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在玻璃衬底上依次制备底电极、阻变存储介质层、顶电极和Au层，从而在玻璃衬底上形成复合薄膜；优选地，所述玻璃衬底先用丙酮和酒精分别加热超声10分钟；
(2)紫外光刻所述复合薄膜以形成分立的复合薄膜结构；优选地，所述复合薄膜结构的横截面积为100×100μm2；
(3)采用离子束刻蚀所述复合薄膜结构，以使得所述复合薄膜结构中的顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积，从而得到所述光写入阻变存储单元。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备底电极；优选地，磁控溅射的功率为150W，生长速率为10nm/min；更优选地，底电极的厚度为50-500nm，优选为400-500nm。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备阻变存储介质层；优选地，磁控溅射的功率为150W，生长速率为1nm/min；更优选地，阻变存储介质层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备顶电极；优选地，磁控溅射的功率为150W，生长速率为10nm/min；更优选地，顶电极的厚度为50-500nm，优选为50-150nm。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用磁控溅射法制备Au层，优选地，磁控溅射的功率为15W，生长速率为4nm/min；更优选地，Au层的厚度为50-500nm，优选为50-150nm。
9.权利要求1至3中任一项所述光写入阻变存储单元或按照权利要求4至8中任一项所述的方法而制备的光写入阻变存储单元的操作方法，其特征在于，所述操作方法包括激活操作方法、工作操作方法、光写入操作方法和多值存储赋值操作方法中的至少一种，
所述激活操作方法包括：
底电极接地，对顶电极加对称正负向IV扫描进行电致掺杂，以降低阻变存储介质层的电阻，然后对顶电极加负向IV扫描，以使阻变存储介质层与顶电极和底电极的接触变得不对称，其中，所述负向IV扫描的偏压比对称正负向IV扫描的偏压更高；优选地，所述对称正负向IV扫描的偏压为±3V，所述负向IV扫描的偏压为-4.5V；
所述工作操作方法包括：
底电极接地，对顶电极加正向IV扫描，使阻变存储单元置为负向低阻态，对顶电极加负向IV扫描，使阻变存储单元置为负向高阻态；优选地，该工作操作方法中的正向IV扫描的偏压为+3V，负向IV扫描的偏压为-3V；
所述光写入操作方法包括：
用光从玻璃衬底一侧或顶电极一侧照射高阻态的阻变存储单元，所得光斑面积等于或大于顶电极的面积，从而将阻变存储单元置为低阻态；优选地，该光写入操作方法的光波长为390-500nm，优选400nm，照射时间为100-500s，优选160s；
所述多值存储赋值操作方法包括：
用光从玻璃衬底一侧或顶电极一侧分阶段地照射高阻态或低阻态的阻变存储单元若干个时间周期，所得光斑面积等于或大于顶电极的面积，以得到具有所需阻值的阻变存储单元；优选地，该多值存储赋值操作方法的光波长为390-500nm，优选400nm，时间周期为10-50s，优选20s。
10.权利要求1至3中任一项所述光写入阻变存储单元或按照权利要求4至8中任一项所述的方法而制备的光写入阻变存储单元在信息存储装置中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510900921.8A CN105322091B (zh) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | 一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510900921.8A CN105322091B (zh) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | 一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105322091A true CN105322091A (zh) | 2016-02-10 |
| CN105322091B CN105322091B (zh) | 2018-09-25 |
Family
ID=55249078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510900921.8A Active CN105322091B (zh) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | 一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105322091B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109273597A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-25 | 西北工业大学 | 一种基于SrO阻变存储器及其制备方法 |
| CN111525027A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-08-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种利用光信号可逆调控忆阻器电导的方法 |
| CN112951987A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种利用光信号在忆阻器中实现正负光电导的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3921191A (en) * | 1971-03-09 | 1975-11-18 | Innotech Corp | Photoresponsive junction device having an active layer of altered conductivity glass |
| CN101170121A (zh) * | 2006-10-24 | 2008-04-30 | 旺宏电子股份有限公司 | 双稳态可编程电阻式随机存取存储器 |
| CN102694121A (zh) * | 2012-05-17 | 2012-09-26 | 中国科学院物理研究所 | 一种制备电阻存储器件的方法及其产品与应用 |
| CN103500797A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-01-08 | 北京科技大学 | 阻变存储器单元及其制造方法 |
| CN103730573A (zh) * | 2014-01-15 | 2014-04-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种光电多功能结构单元、其制备方法与应用 |
| CN104701391A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种光电信息转换元件及其应用 |
-
2015
- 2015-12-09 CN CN201510900921.8A patent/CN105322091B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3921191A (en) * | 1971-03-09 | 1975-11-18 | Innotech Corp | Photoresponsive junction device having an active layer of altered conductivity glass |
| CN101170121A (zh) * | 2006-10-24 | 2008-04-30 | 旺宏电子股份有限公司 | 双稳态可编程电阻式随机存取存储器 |
| CN102694121A (zh) * | 2012-05-17 | 2012-09-26 | 中国科学院物理研究所 | 一种制备电阻存储器件的方法及其产品与应用 |
| CN103500797A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-01-08 | 北京科技大学 | 阻变存储器单元及其制造方法 |
| CN103730573A (zh) * | 2014-01-15 | 2014-04-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种光电多功能结构单元、其制备方法与应用 |
| CN104701391A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种光电信息转换元件及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONGWEI TAN等: ""An Optoelectronic Resistive Switching Memory with Integrated Demodulating and Arithmetic Functions"", 《ADV. FUNCT. MATER.》 * |
| MING-PEI LU等: ""Multibit Programmable Optoelectronic Nanowire Memory with Sub-femtojoule Optical Writing Energy"", 《ADV. FUNCT. MATER. 》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109273597A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-25 | 西北工业大学 | 一种基于SrO阻变存储器及其制备方法 |
| CN111525027A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-08-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种利用光信号可逆调控忆阻器电导的方法 |
| CN111525027B (zh) * | 2020-03-02 | 2022-10-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种利用光信号可逆调控忆阻器电导的方法 |
| CN112951987A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种利用光信号在忆阻器中实现正负光电导的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105322091B (zh) | 2018-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Terai et al. | Memory-State Dependence of Random Telegraph Noise of $\hbox {Ta} _ {2}\hbox {O} _ {5}/\hbox {TiO} _ {2} $ Stack ReRAM | |
| CN109659433B (zh) | 一种易失和非易失电阻转变行为可调控的忆阻器及其制备方法 | |
| Huang et al. | Compact Ga-doped ZnO nanorod thin film for making high-performance transparent resistive switching memory | |
| CN105322091A (zh) | 一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用 | |
| Sahoo et al. | Nano-ionic solid state resistive memories (re-RAM): A review | |
| CN104409630A (zh) | 一种基于氧化镓薄膜的单极型阻变存储器及其制备方法 | |
| CN109494301A (zh) | 一种提高阻变存储器稳定性的方法及其阻变存储器 | |
| CN111755600B (zh) | 一种基于复合纳米线网络结构的忆阻器 | |
| CN111525027B (zh) | 一种利用光信号可逆调控忆阻器电导的方法 | |
| CN101872836A (zh) | 一种电阻式非易失存储器件及其制作方法 | |
| CN109411600A (zh) | 一种降低阻变存储器操作电压的方法及其阻变存储器 | |
| GB2564844B (en) | A light-activated switching resistor, an optical sensor incorporating a light-activated switching resistor, and methods of using such devices | |
| CN112382721A (zh) | 一种导电细丝型忆阻器及制备方法与存储模式的调控方法 | |
| CN106992192B (zh) | 一种光电处理器 | |
| US10879460B2 (en) | Method of forming a metallic conductive filament and a random access memory device for carrying out the method | |
| CN104240757A (zh) | 一种阻变存储器存储单元的多值操作方法 | |
| CN110600609B (zh) | 一种忆阻存储器及其制备方法 | |
| CN102800806B (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 | |
| CN107706205B (zh) | 一种高稳定的单极性阻变存储器 | |
| CN111129294A (zh) | 一种自供电读取多级电阻态的阻变存储器及其制备方法 | |
| KR100888726B1 (ko) | 유기 쌍안정성 기억 소자 및 그 제조 방법 | |
| WO2022116257A1 (zh) | 阻变存储器及其制备方法 | |
| US11532799B2 (en) | Neuron behavior-imitating electronic synapse device and method of fabricating the same | |
| CN103915565A (zh) | 一种多级阻变存储器单元及其制备方法 | |
| CN110504357B (zh) | 一种基于氧化锌量子点的多值阻变存储器及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |