CN106571424B - 一种抗电磁干扰的阻变存储器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于微电子技术领域的一种抗电磁干扰的阻变存储器及其制备方法。所述阻变存储器为三明治结构，由三层薄膜构成，包括底电极层、阻变功能层和顶电极层，所述底电极和顶电极层是电磁屏蔽材料Ti3C2ene薄膜，所述阻变功能层为氧化物材料。本发明还公开了抗电磁干扰的阻变存储器的制备方法。本发明选择导电、高效屏蔽电磁、廉价易得的Ti3C2ene薄膜作为电极材料，制备的阻变存储器具有轻量化、高强度、工艺简单多个优点，满足对于便携式、可穿戴电子器件的需求。

Description

一种抗电磁干扰的阻变存储器及其制备方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种抗电磁干扰的阻变存储器及其制备方法。
背景技术
手机、电脑等电子设备越来越倾向于轻便化、智能化，电子元器件运行速度也越来越快。这些电子设备在发射信号和利用电能的过程中，电磁波会对电子元件产生电磁干扰，影响设备使用性能和使用寿命，加速废弃电子器件的产生，污染周围环境、不利于人体健康。一个行之有效的解决方案就是使用有效的电磁屏蔽材料，一方面减少无效的电磁发射，另一方面保护器件免遭外部信号干扰。
阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)具有低廉的价格、简单的结构、超高的密度、低功耗、高速和与CMOS工艺兼容的优点，受到广泛的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗电磁干扰的阻变存储器及其制备方法，其特征在于：
抗电磁干扰的阻变存储器为三明治结构，由三层薄膜构成，包括底电极层、阻变功能层和顶电极层，所述底电极和顶电极层是电磁屏蔽材料Ti3C2ene薄膜，所述阻变功能层为氧化物材料。
一种抗电磁干扰阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在基底材料上转移Ti3C2ene薄膜材料；
(2)使用磁控溅射技术在Ti3C2ene薄膜材料上生长阻变功能层材料；
(3)转移Ti3C2ene薄膜材料到阻变功能层材料上；
(4)在顶层Ti3C2ene薄膜材料上悬涂光刻胶，使用光学曝光获得顶电极图形，使用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀得到顶电极，形成抗电磁干扰的阻变存储器件单元。
所述Ti3C2ene薄膜的制备方法包括：(a)将3g Ti3AlC2粉体加入到35ml质量分数为40％的HF溶液中；(b)将1.98g LiF和3g Ti3AlC2粉体加入到6mol/L的HCl溶液中；(c)将(a)或(b)得到的溶液，在40℃的条件下反应42h，反应结束后自然冷却至室温，用去离子水反复清洗多次以去除剩余的反应试剂，得到黑色液体；(d)将(c)得到的黑色液体使用滴管滴到基底上烘干，得到Ti3C2ene薄膜。
所述阻变功能层材料为氧化铪、氧化铜、氧化钛、氧化铝、氧化钒、氧化钽、氧化钇、氧化钪、氧化钆、氧化镝、氧化镥中的一种。
本发明的优点在于：
所用的电极材料Ti3C2ene薄膜廉价易得，具有高效屏蔽电磁性、优异的导电性、亲水性、力学性能和柔性特性，本发明制备的抗电磁干扰阻变存储器具有轻量化、高强度、廉价易得、工艺简单多个优点，满足对于便携式、可穿戴电子器件的需求。
附图说明
图1为抗电磁干扰阻变存储器结构示意图。
图2为Ti3C2ene薄膜材料XRD图。
图3为Ti3C2ene薄膜材料微观形貌图(a)Ti3AlC2粉末；(b)经HF腐蚀后Ti3C2ene形貌；(c)经LiF/HCl腐蚀Ti3C2ene形貌。
图4为Ti3C2ene薄膜材透射电镜图(a)超声后，沉积在碳膜上的Ti3C2ene TEM图；(b)高倍电镜下Ti3C2ene材料原子排布图。
图5为抗电磁干扰阻变存储器阻变存储性能图。
图6为抗电磁干扰阻变存储器在不同频率外场下的存储性能图。
具体实施方式
本发明提供了一种抗电磁干扰的阻变存储器及其制备方法，以下结合附图和实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不限于此。
图中各层薄膜厚度和区域大小形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
图1为抗电磁干扰阻变存储器的结构示意图，最下端是基底101，基底101上面是Ti3C2ene薄膜底电极层102，Ti3C2ene薄膜底电极层102上沉积有阻变存储功能层103，阻变存储功能层103上沉积有Ti3C2ene薄膜顶电极层104。
实施例1
电磁屏蔽电极材料Ti3C2ene薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将3g粒径为45μm的Ti3AlC2粉体置于盛有35ml质量分数为40％HF的四氟乙烯烧杯中；
步骤2：在40℃条件下加热42小时，然后自然冷却至室温；
步骤3：制备获得的黑色液体，采用去离子水反复清洗多次以去除剩余的反应试剂。
步骤4：将黑色液体使用滴管滴到基底上烘干，获得Ti3C2ene薄膜材料。
实施例2
电磁屏蔽电极材料Ti3C2ene薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：取6mol/L的HCL溶液；
步骤2：向其中加入1.98g的LiF；
步骤3：用10分钟时间将3g Ti3AlC2加入到溶液中；
步骤4：在40℃条件下加热42小时，然后自然冷却至室温。
步骤5：制备获得的黑色液体，采用去离子水反复清洗多次以去除剩余的反应试剂。
步骤6：将黑色液体使用滴管滴到基底上烘干，获得Ti3C2ene薄膜材料。
实施例3
一种抗电磁干扰阻变存储器的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)在基底材料上转移Ti3C2ene薄膜材料，Ti3C2ene薄膜材料的制备方法使用实施例1或者实施例2中方法之一。
(2)利用磁控溅射技术在Ti3C2ene薄膜材料上沉积存储功能层薄膜材料HfO2，具体工艺如下：本底真空度为5×10-5Pa，工作气压2Pa，Ar气流量20sccm，射频电源功率60W，沉积时间40min，HfO2薄膜厚度30nm。
(3)在HfO2薄膜表面转移Ti3C2ene薄膜材料，Ti3C2ene薄膜材料的制备方法使用实施例1或者实施例2中方法之一。
(4)在最上层Ti3C2ene薄膜材料表面悬涂一层光刻胶，并曝光处理；
(5)使用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀图形外的Ti3C2ene，具体工艺如下：SF6流量为18sccm，O2流量5sccm，RF功率为200W，ICP功率800W，刻蚀气压5MmTorr，刻蚀时间30秒；
(6)去胶，得到器件单元。
图2、图3和图4为实施例1与实施例2所制备的Ti3C2ene薄膜材料的XRD、SEM和TEM表征图。从SEM形貌扫描和XRD图谱可以做出结论，经不同时间的化学腐蚀，纯度高的二维层状Ti3C2ene成功制备。其中LiF/HCl组合对Ti3AlC2的腐蚀较HF温和，所以材料表面粘附碎小的片Ti3C2ene，见图3(c)。超声后取悬浊液，采用点滴法将Ti3C2ene材料滴在多孔碳膜上，图4(a)中透明的层状结构和图4(b)中规律的原子排部，证明纳米厚度的Ti3C2ene的薄膜制备成功。
图5为实施例3所制备的Ti3C2ene/HfO2/Ti3C2ene/PET(衬底)抗电磁干扰阻变存储器的阻变存储性能图，从图中数据可以看出所制备的器件具有大的开关比，低的转变电压。
图6为实施例3所制备的Ti3C2ene/HfO2/Ti3C2ene/PET(衬底)抗电磁干扰阻变存储器在不同频率外场下的存储性能图。从图中可以看出，在不同频率的外场下，实施例3中制备的存储器性能并无明显变化，显示了其良好的抗电磁干扰能力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (2)

1.一种抗电磁干扰阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在基底材料上转移Ti3C2ene薄膜材料；
(2)使用磁控溅射技术在Ti3C2ene薄膜材料上生长阻变功能层材料；
(3)转移Ti3C2ene薄膜材料到阻变功能层材料上；
(4)在顶层Ti3C2ene薄膜材料上悬涂光刻胶，使用光学曝光获得顶电极图形，使用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀得到顶电极，形成抗电磁干扰的阻变存储器件单元；
所述抗电磁干扰阻变存储器为三明治结构，由三层薄膜构成，包括底电极层、阻变功能层和顶电极层；所述底电极和顶电极层是电磁屏蔽材料Ti3C2ene薄膜，阻变功能层为氧化物材料；
所述阻变功能层材料为氧化铪、氧化铜、氧化钛、氧化铝、氧化钒、氧化钽、氧化钇、氧化钪、氧化钆、氧化镝、氧化镥中的一种。
2.如权利要求1所述的一种抗电磁干扰的阻变存储器的制备方法，其特征在于，所述Ti3C2ene薄膜的制备包括：(a)将3g Ti3AlC2粉体加入到35ml质量分数为40％的HF溶液中；(b)将1.98g LiF和3g Ti3AlC2粉体加入到6mol/L的HCl溶液中；(c)将(a)或(b)得到的溶液，在40℃的条件下反应42h，反应结束后自然冷却至室温，用去离子水反复清洗多次以去除剩余的反应试剂，得到黑色液体；(d)将(c)得到的黑色液体使用滴管滴到基底上烘干，得到Ti3C2ene薄膜。
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