CN107394040A - 一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器及其制备方法,包括底电极,电阻转变层,银的固体电解质材料缓冲层,顶电极,所述电阻转变层设在底电极上;所述的银的固体电解质材料缓冲层设在电阻转变层上;所述的顶电极设在银的固体电解质材料缓冲层上;本发明的制备方法简易,批量生产成本低;本发明制备的器件减小操作电压,而且抑制开启时通道过量生长,提高产出量,提升循环均一性,该器件可以应用于阻变式存储器领域和人工神经网络领域。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件领域,涉及阻变存储器,具体涉及一种抑制银导电通道过量生长的高性能阻变存储器及其制备方法。
背景技术
在当今信息爆炸的数字化时代中,人们的生产和生活已经离不开高密度、高速度的存储器。目前主流的商用非挥发性存储器主要包括磁存储器、光盘存储器和闪存(Flash)存储器。磁存储器具有容量大、价格低的优势,然而其工作过程需要磁盘旋转,机械结构比较复杂,读写速度也较慢。光盘存储器缺点与磁存储器类似,存在工作时盘片需要旋转、机械结构复杂的弊端。闪存具有存储容量较大、读写速度较快、无复杂机械结构的优点,但基于传统浮栅结构的闪存存储器已经接近其物理极限,随着工艺尺寸不断减小而出现的漏电流等一系列问题的制约,无法满足未来商业存储器的应用要求。阻变式存储器以其操作电压低、功耗小、擦写速度快、循环寿命长、保持时间长、结构简单、与传统CMOS(互补式金属氧化物半导体)工艺兼容性好等优点被寄希望成为下一代非易失性存储器。
阻变存储器的的工作原理为在阻变介质层两端加上不同电压,使得阻变介质的电阻值,在高组态和低阻态之间相互转变。目前,各种材料的阻变存储器已经应运而生,然而主流的阻变存储器在开启(set)过程中,由于寄生电容,导致导电细丝过生长,进一步导致器件随机性大;器件的电学均一性不好,难于大面积集成。优化存储器性能参数也是存储器科研工作者的主要工作内容之一。公开号为CN101068038A,发明名称为:在下电极上具有缓冲层的可变电阻存储器件的专利中提到的插入氧化物缓冲层对氧化物阻变存储器进行性能提升,但只是适用于氧化物材料,并不能为其他材料的阻变存储器所应用。
目前,基于银导电通道的阻变存储器广受大家关注,但这类阻变存储器仍然还面临开启(set)过程寄生电容的影响,导致器件随机性大、产出率低;器件的电学均一性不好;器件耐受性降低;也对外围控制设计增加很大难度,难于大面积集成。
发明内容
为了克服以上问题,本发明专利提供一种抑制银导电通道过量生长的高性能阻变存储器及其制备方法。在基于银迁移的阻变存储器中,我们选择银的固态电解质材料银铟锑碲(AgInSbTe)做缓冲层,利用其固态电解质具有单质Ag激活能低,Ag离子迁移率高,热导系数较低的性质,不仅降低了操作电压,特别是初始化(forming)电压,很大程度的提高了器件的产出率;而且使寄生电容导致的电流过冲、导电通道过生长转移到银的固体电解质材料缓冲层,消除了寄生电容基于银迁移的阻变器件电学性能的影响,此外,银的固体电解质材料缓冲层具有低的热传导系数,有助于集中关闭(reset)过程的焦耳热,提升了器件的循环中的均一性,得到可观的器件耐受性(>106)。
为了达到上述目的,本发明有如下技术方案:
本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器,包括底电极,电阻转变层,银的固体电解质材料缓冲层,顶电极,所述电阻转变层设在底电极上;所述的银的固体电解质材料缓冲层设在电阻转变层上;所述的顶电极设在银的固体电解质材料缓冲层上;所述底电极为惰性金属;在电场作用下不会氧化,不能在电阻转变层中迁移;所述顶电极为活性金属银,在电场作用下,易氧化,氧化成银离子极其容易在银的固体电解质材料缓冲层中发生迁移,能在电阻转变层中迁移;银的固态电解质材料缓冲层中银的激活能低,在电阻转变层完成开启过程中,能降低器件操作电压;当电阻转变层导电通道接通瞬间,寄生电容导致的产生过冲电流时,利用银的固态电解质材料缓冲层中高的银离子迁移率,故而有更多的银离子还原成银原子,实现导电通道继续在缓冲层中纵向生长,将寄生电容的影响限制在缓冲层内部,抑制在电阻转变层中导电通道横向过量生长。
其中,所述电阻转变层为基于银迁移的电阻可转变材料,包括非晶碳材料或钙钛矿材料碘化甲氨铅(CH3NH3PbI3),厚度为5-800nm,其中非晶碳是一种单质碳材料。
其中,所述银的固体电解质材料缓冲层为银铟锑碲,厚度为5-60nm,其固态电解质具有单质银激活能低,银离子迁移率高,热导系数较低的性质。
本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长非晶碳阻变层,获得生长基于银迁移的电阻转变层,厚度在5~800nm之间;
步骤三:在电阻转变层上,使用磁控溅射的方法,即在高真空环境通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度在5-60nm之间,生长压强为0.5~3Pa,室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属银,厚度40-200nm,即获得顶电极。
本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,旋涂碘化铅二甲基甲酰胺溶液,静置干燥后,泡在碘甲胺异丙醇溶液里,然后退火30分钟,得到碘化甲氨铅(CH3NH3PbI3)薄膜,厚度5—800nm;
步骤三:在碘化甲氨铅薄膜上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度为5—60nm,生长压强为0.5—0.8Pa,在室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属Ag,厚度40-60nm。
由于采取了以上技术方案,本发明的优点在于:
1、本发明在一种抑制银导电通道过量生长的高性能阻变存储器中,引入银的固体电解质材料缓冲层,其固态电解质具有单质Ag激活能低,Ag离子迁移率高,极大的降低操作电压,尤其是初始化(forming)的电压(<0.6V),很大程度的提高了器件的产出率。
2、本发明的一种抑制银导电通道过量生长的高性能阻变存储器,在器件开启(set)过程中,银的固体电解质材料缓冲层中存在适量的银离子(Ag+),抑制了寄生电容导致的电流过冲、导电细丝过生长的现象,有效控制导电细丝的形成;并且银的固体电解质材料缓冲层有较低的热导系数,能够促进导电细丝的熔断,极大程度提升了器件的循环中的均一性。
附图说明
图1:主流的银迁移阻变存储器器件结构图。
图2:本发明中的阻变存储器结构图。
图3(a):主流结构器件开启(set)过程,导电通道没有过生长的理想导电细丝示意图。
图3(b):主流结构器件完成开启(set)导电细丝示意图。
图3(c):本发明结构器件开启(set)后,抑制导电细丝过生长示意图。
图4(a):主流结构器件的多组I-V循环表征图,图中,加粗的线条为初始化。
图4(b):本发明结构器件的多组I-V循环表征图,图中,加粗的线条为初始化。
图5(a):主流结构器件在开启(set)过程中的寄生电容导致电流过冲检测图。
图5(b):本发明结构器件在开启(set)过程中的寄生电容导致电流过冲检测图。
图6:主流结构和本发明结构器件的高低组累积分布图。
图7:本发明结构器件的耐受性测试图。
图中,101、底电极;102、电阻转变层;103、Ag的固体电解质缓冲层;104、顶电极;105、金属银离子(Ag+);106、金属银原子(Ag)。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
参见图2、图3(c)、图4(b)、图5(b)、图6、图7;
本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器,包括底电极,电阻转变层,银的固体电解质材料缓冲层,顶电极,所述电阻转变层设在底电极上;所述的银的固体电解质材料缓冲层设在电阻转变层上;所述的顶电极设在银的固体电解质材料缓冲层上;所述底电极为惰性金属;在电场作用下不会氧化,不能在电阻转变层中迁移;所述顶电极为活性金属银,在电场作用下,易氧化,氧化成银离子极其容易在银的固体电解质材料缓冲层中发生迁移,能在电阻转变层中迁移;银的固态电解质材料缓冲层中银的激活能低,在电阻转变层完成开启过程中,能降低器件操作电压;当电阻转变层导电通道接通瞬间,寄生电容导致的产生过冲电流时,利用银的固态电解质材料缓冲层中高的银离子迁移率,故而有更多的银离子还原成银原子,实现导电通道继续在缓冲层中纵向生长,将寄生电容的影响限制在缓冲层内部,抑制在电阻转变层中导电通道横向过量生长。
所述电阻转变层为基于银迁移的电阻可转变材料,包括非晶碳材料或钙钛矿材料碘化甲氨铅(CH3NH3PbI3),厚度为5-800nm,其中非晶碳是一种单质碳材料。
所述银的固体电解质材料缓冲层为银铟锑碲,厚度为5-60nm,其固态电解质具有单质银激活能低,银离子迁移率高,热导系数较低的性质。
实施例1:本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声10分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声10分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声10分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长非晶碳阻变层,获得生长基于银迁移的电阻转变层,厚度在20nm,生长压强为1Pa,在室温环境生长;
步骤三:在电阻转变层上,使用磁控溅射的方法,即在高真空环境通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度在30nm,生长压强为0.8Pa,室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属银,厚度60nm,即获得顶电极。
实施例2:本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声15分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声15分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声15分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长非晶碳阻变层,获得生长基于银迁移的电阻转变层,厚度在10nm,生长压强为1Pa,在室温环境生长;
步骤三:在电阻转变层上,使用磁控溅射的方法,即在高真空环境通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度在5nm,生长压强为0.8Pa,室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属银,厚度60nm,即获得顶电极。
实施例3:本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声12分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声12分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声12分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长非晶碳阻变层,获得生长基于银迁移的电阻转变层,厚度在800nm,生长压强为1Pa,在室温环境生长;
步骤三:在电阻转变层上,使用磁控溅射的方法,即在高真空环境通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度在60nm,生长压强为3Pa,室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属银,厚度200nm,即获得顶电极。
实施例4:本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,旋涂碘化铅二甲基甲酰胺溶液,静置干燥后,泡在碘甲胺异丙醇溶液里,然后退火30分钟,得到碘化甲氨铅(CH3NH3PbI3)薄膜,厚度200nm;
步骤三:在碘化甲氨铅薄膜上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度为5nm,生长压强为0.5Pa,在室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属Ag,厚度40nm。
实施例5:本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声10分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声10分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声10分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,旋涂碘化铅二甲基甲酰胺溶液,静置干燥后,泡在碘甲胺异丙醇溶液里,然后退火30分钟,得到碘化甲氨铅(CH3NH3PbI3)薄膜,厚度400nm;
步骤三:在碘化甲氨铅薄膜上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度为30nm,生长压强为0.6Pa,在室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属Ag,厚度50nm。
实施例6:本发明的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声15分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声15分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声15分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,旋涂碘化铅二甲基甲酰胺溶液,静置干燥后,泡在碘甲胺异丙醇溶液里,然后退火30分钟,得到碘化甲氨铅(CH3NH3PbI3)薄膜,厚度800nm;
步骤三:在碘化甲氨铅薄膜上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度为60nm,生长压强为0.8Pa,在室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属Ag,厚度60nm。
本发明的工作原理如下:
1)本发明制备的器件中,引入银(Ag)的固态电解质AgInSbTe作为缓冲层。在顶电极活性金属Ag加正电压,底电极接惰性金属端接地时,其固态电解质单质Ag激活能低,器件在很小的初始化(forming)电压(0.4V)下,转变成低组态(LRS)。较传统器件(2.5V)明显减小;随后的循环过程,开启电压(Vset)也有明显减小,如图4(a)、图4(b)所示。
2)本发明引入银(Ag)的固态电解质材AgInSbTe作为缓冲层,在器件开启(set)过程中,AgInSbTe缓冲层中银离子(Ag+)迁移率高,缓冲层中更多的银离子(Ag+)还原成银原子(Ag),实现导电通道继续在缓冲层中纵向生长,将寄生电容的影响限制在缓冲层内部,抑制了寄生电容导致的电流过冲、导电通道再电阻转变层横向过量生长的现象,有效控制导电通道的形成;又由于缓冲层本身的电阻态较低,银(Ag)的量不会明显影响器件的组态分布,故缓冲层抑制了过冲电流的影响。如图3(b)、图3(c)所示。
3)本发明引入银(Ag)的固态电解质材AgInSbTe作为缓冲层,器件处于低组态情况下,在顶电极活性金属Ag加负电压,底电极接惰性金属端接地时,导电通道处产生大量焦耳热,银(Ag)的固体电解质材料缓冲层具有很低的热导系数,热量无法扩散,使阻变层里靠近缓冲层处的导电通道容易熔断。至此,实现阻变的转换,导电通道集中、稳定,电学均一性大大提升。
本发明实施例1-6与现有技术的实验对比:
本发明实施例制备的器件结构为具有固体电解质缓冲层的阻变存储器结构,如图2所示。
本发明实施例1制备的器件,通过引入银(Ag)的固态电解质材AgInSbTe作为缓冲层降低了操作电压,尤其是初始化电压,如图4(a)、图4(b)所示。
本发明实施例1制备的器件,很大程度的抑制了,开启过程中寄生电容导致的导电通道过量生长的现象,如图3(b)图3(c)所示。
本发明实施例1制备的器件,测试源表开启过程设置500μA限制电流时,没有过冲电流,较传统结构的6mA有明显改善,如图5(a)、图5(b)所示。
本发明实施例1制备的器件,低组态(LRS)的波动性σ/μ(注:μ为平均值,σ为标准方差。)为4.8%;高阻态(HRS)的波动性σ/μ(注:μ为平均值,σ为标准方差。)为16.8%,较目前现有技术的非晶碳阻变器件的波动性33.6%、94.9%减小,即均一性明显提高,如图6所示。
本发明实施例1制备的器件,循环耐受性>106,如图7所示。
通过以上实施例发现,本发明的制备方法简易,批量生产成本低;本发明制备的器件减小操作电压,而且抑制开启时通道过量生长,提高产出量,提升循环均一性,该器件可以应用于阻变式存储器领域和人工神经网络领域。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器,其特征在于:包括底电极,电阻转变层,银的固体电解质材料缓冲层,顶电极,所述电阻转变层设在底电极上;所述的银的固体电解质材料缓冲层设在电阻转变层上;所述的顶电极设在银的固体电解质材料缓冲层上;所述底电极为惰性金属;在电场作用下不会氧化,不能在电阻转变层中迁移;所述顶电极为活性金属银,在电场作用下,易氧化,氧化成银离子极其容易在银的固体电解质材料缓冲层中发生迁移,能在电阻转变层中迁移;银的固态电解质材料缓冲层中银的激活能低,在电阻转变层完成开启过程中,能降低器件操作电压;当电阻转变层导电通道接通瞬间,寄生电容导致的产生过冲电流时,利用银的固态电解质材料缓冲层中高的银离子迁移率,故而有更多的银离子还原成银原子,实现导电通道继续在缓冲层中纵向生长,将寄生电容的影响限制在缓冲层内部,抑制在电阻转变层中导电通道横向过量生长。
2.根据权利要求1所述的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器,其特征在于:所述电阻转变层为基于银迁移的电阻可转变材料,包括非晶碳材料或钙钛矿材料碘化甲氨铅,厚度为5-800nm。
3.根据权利要求1所述的一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器,其特征在于:所述银的固体电解质材料缓冲层为银铟锑碲,厚度为5-60nm,其固态电解质具有单质银激活能低,银离子迁移率高,热导系数较低的性质。
4.一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,其特征在于:有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长非晶碳阻变层,获得生长基于银迁移的电阻转变层,厚度在5~800nm之间;
步骤三:在电阻转变层上,使用磁控溅射的方法,即在高真空环境通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度在5-60nm之间,生长压强为0.5~3Pa,室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属银,厚度40-200nm,即获得顶电极。
5.一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器的制备方法,其特征在于:有以下步骤:
步骤一:清洗底电极,将底电极放入烧杯中,倒入丙酮,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;更换烧杯,将底电极放入烧杯中倒入乙醇,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;再更换烧杯,倒入二次去离子水,致液面超过底电极1cm以上,在超声清洗机里超声8-15分钟;
步骤二:在清洗后的底电极上,旋涂碘化铅二甲基甲酰胺溶液,静置干燥后,泡在碘甲胺异丙醇溶液里,然后退火30分钟,得到碘化甲氨铅薄膜,厚度5—800nm;
步骤三:在碘化甲氨铅薄膜上,使用磁控溅射的方法,即在高真空通入氩气,在柱状靶或平面靶的阴极和镀膜室壁形成的阳极之间施加几百千伏直流电压,在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电,使氩气发生电离并加速气体离子轰击阴极,溅射出原子落在阳极上,生长银的固体电解质材料缓冲层,厚度为5—60nm,生长压强为0.5—0.8Pa,在室温环境生长;
步骤四:在银的固体电解质材料缓冲层上,使用热蒸发蒸镀法,即利用升高薄膜材料的温度使之溶解然后气化或者直接升华,使气态薄膜材料的原子或分子,再沉积过程,实现蒸镀活性金属Ag,厚度40-60nm。
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