CN107681049B - 一种避免误读的阻变存储器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避免误读的阻变存储器，其结构从下到上依次包括衬底、在所底上形成的阻变介质层以及在阻变介质层上形成的Ag电极层；阻变介质层从下到上依次包括第一锆铪氧膜层、石墨烯氧化物量子点中间层以及第二锆铪氧膜层；还公开了该阻变存储器的制备方法。本发明制备了特定结构的阻变存储器，尤其是将石墨烯氧化物量子点中间层嵌入到阻变材料层的第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层之间，这可精确控制导电细丝的生长和破裂来提高器件的均一性，使得最终制备的阻变存储器具有更稳定的阻值变化、更低的功耗、更好的稳定性和均一性，而且制备方法简单，操作性好，易于大规模生产制造，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种存储器及其制备方法，具体地说是一种避免误读的阻变存储器及制备方法。
背景技术
近年来，纳米级阻变存储器（Resistive switching Radom Access Memory，RRAM）以其结构简单、存取速度快、低功耗和易于集成等优势，成为下一代高密度存储器中有潜力的候选者之一，并已被广泛地展开了研究。
阻变存储器是典型的基于顶点极-介质层-底电极的三明治结构。其主要利用中间介质层在不同电激励的作用下出现高、低阻态之间的可逆转变现象来进行数据的存储。然而，将阻变存储器投入大规模的实际应用还需要克服很多问题，其中一个关键的问题是阻变存储器每次的打开和关闭电压（即set和reset电压）过于分散，而且由于导电细丝的形成和破裂受到成核混乱和细丝生长随机失控的影响，导致均一性差，使得每次的读写或擦除产生错误。基于这种现象，行业内的很多研究者都致力于研究如何精确控制导电细丝的生长和破裂来提高器件的均一性，以克服出现误读的缺陷。目前，行业内的一些研究工作者通过在阻变器件的底电极和阻变材料层之间嵌入金属纳米晶从而精确控制导电细丝的生长和破裂；其原理主要是由于金属纳米晶可以提高其附近的局域电场，从而使导电细丝更易在金属纳米晶处形成。而且已有的部分研究成果表明，可以通过在阻变器件中嵌入Ag、Au、Mo、Ru、Co或Cu等金属纳米晶的方法来提升器件的均一性和稳定性，但是由于金属纳米晶存在成本太高、在高温下不稳定的弊端，使得这种方法难以大规模推广及应用。因此，行业内的研究人员还在不断努力寻找其他途径来改善阻变存储器的开和关闭电压过于分散、均一性差和阻值变化稳定性差的问题，以提高阻变存储器的综合应用性能。
发明内容
本发明的目的就是提供一种避免误读的阻变存储器及制备方法，以解决现有阻变存储器存在开关电压过于分散、均一性和稳定性差、功耗高的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种避免误读的阻变存储器，其结构从下到上依次包括衬底、在所述衬底上形成的阻变介质层以及在所述阻变介质层上形成的Ag电极层；所述阻变介质层从下到上依次包括第一锆铪氧膜层、石墨烯氧化物量子点中间层以及第二锆铪氧膜层。
所述衬底为Pt/Ti/SiO2/Si衬底，所述阻变介质层形成于所述衬底的Pt膜层上。
所述阻变介质层的厚度为10~20nm，所述石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8~1.2nm；所述第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层的厚度相同。
所述Ag电极层的厚度为50~200nm。
本发明还提供了一种避免误读的阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：
（a）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底依次分别在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，然后取出用 N2吹干；
（b）将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4~4×10-4Pa；向腔体内通入流量比为50~70sccm : 20~30sccm的Ar和O2，调整接口阀使腔体内的压强维持在1~6Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70~90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8~15min；正式溅射30~40min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上形成第一锆铪氧膜层；
（c）将形成有第一锆铪氧膜层的Pt/Ti/SiO2/Si衬底样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将石墨烯氧化物量子点溶液滴加在第一锆铪氧膜层上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5~15min，旋涂均匀后，晾干，在第一锆铪氧膜层上形成了石墨烯氧化物量子点中间层；
（d）待石墨烯氧化物量子点中间层晾干后，再将样品固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4~4×10-4Pa，重复步骤（b）形成第一锆铪氧膜层的磁控溅射工艺，在石墨烯氧化物量子点中间层上形成了第二锆铪氧膜层；
（e）在第二锆铪氧膜层上放置掩膜版，将磁控溅射设备腔体抽真空至1×10-4~4×10-4Pa，将Ag靶材通过磁控溅射法在第二锆铪氧膜层上形成了Ag电极层。
步骤（c）所述石墨烯氧化物量子点溶液的制备方法为：将浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度为30 wt%的过氧化氢溶液按体积比为40:1混合，得混合液，在汞灯照射下，匀速搅拌30~40min，用3500 Da的透析袋对所述混合液透析2.5~3.5天，即得。
步骤（c）形成的石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8~1.2nm。
步骤（b）和步骤（d）分别形成的第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层厚度相同。
步骤（e）所述磁控溅射工艺是指：向腔体内通入流量为20sccm~30sccm的Ar，调整接口阀使腔体内的压强维持在1~6Pa，打开控制银靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8~11W，使银靶材起辉，预溅射4~6min；之后正式溅射10~20min，在第二锆铪氧膜层上形成了Ag电极层。
步骤（e）所述的Ag电极层的厚度为50~200nm。
步骤（e）所述的掩膜版上均布有直径为50~150µm的圆形孔。
本发明通过设置衬底、特定阻变介质层以及Ag电极得到了阻变存储器，尤其是将石墨烯氧化物量子点中间层嵌入到阻变材料层的第一锆铪氧膜层和第二锆铪氧膜层之间，这可精确控制导电细丝的生长和破裂来提高器件的均一性，使得最终制备的阻变存储器较现有阻变存储器具有更稳定的阻值变化、更低的功耗、更好的稳定性和均一性，而且高、低阻态阻值分布非常集中，极大的提升的阻变器件的综合应用性能，取得了令人满意的效果；此外，本发明提供的阻变存储器的制备方法简单，操作性好，易于大规模生产制造，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的避免误读的阻变存储器的结构示意图。
图2是本发明用于制备阻变存储器的磁控溅射设备的结构示意图。
图3是实施例2制备的阻变存储器的SET和RESET的分布示意图。
图4是对比例1制备的阻变存储器的SET和RESET的分布示意图。
图5是实施例2制备的阻变存储器的HRS和LRS的保持特性示意图。
图6是对比例1制备的阻变存储器的HRS和LRS的保持特性示意图。
图7是实施例2制备的阻变存储器的打开关闭时间示意图。
图8是对比例1制备的阻变存储器的打开关闭时间示意图。
具体实施方式
下面实施例用于进一步详细说明本发明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1
如图1所述，本发明提供的避免误读的阻变存储器，其结构从下到上依次包括Pt/Ti/SiO2/Si衬底1、在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成的阻变介质层2以及在阻变介质层2上形成的Ag电极层3。其中阻变介质层2从下到上依次包括第一锆铪氧膜层21、石墨烯氧化物量子点中间层22以及第二锆铪氧膜层23。
其阻变介质层2的厚度为10~20nm，其中石墨烯氧化物量子点中间层22的厚度为0.8~1.2nm，优选1nm；其第一锆铪氧膜层21和第二锆铪氧膜层23的厚度优选相同。
其Ag电极层的厚度为50~200nm。
上述避免误读的阻变存储器可以通过以下制备方法在范围内调整工艺参数制备而成，具体包括以下步骤：
（1）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在盛有丙酮的烧杯中，用超声波清洗10min，然后放入盛有酒精的烧杯中用超声波清洗10min，再用夹子取出放入盛有去离子水的烧杯中用超声波清洗5min，之后取出，用氮气（N2）吹干。
（2）如图2所示，打开磁控溅射设备的腔体4，拿出压片台7，先用砂纸打磨干净至发亮，用丙酮清洗压片台表面附着的有机物，用酒精最后擦拭干净；将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在压片台7上压片，压片时保证Pt/Ti/SiO2/Si衬底1稳固压在压片台7上并且压平，以保证溅射时候生长薄膜均匀，压片完毕后将其放入腔体4内的衬底台8上，固定好后关闭腔体4，对腔体4及气路抽真空至1×10-4~4×10-4Pa；在腔体4内压片台7的下方设置有两个靶台6，靶台6上分别放置有不同的靶材11，分别为锆铪氧（Zr0.5Hf0.5O2，简写为ZHO）靶材和银靶材。其中锆铪氧靶材由磁控溅射设备的腔体4外的射频源来控制其起辉，银靶材由磁控溅射设备的腔体4外的直流源来控制其起辉。在银靶材的上方设置有可对银靶材进行遮挡的第一挡板，在压片台7底面的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1下方设置有可对Pt/Ti/SiO2/Si衬底1进行遮挡的第二挡板。第一挡板和第二挡板均可由磁控溅射设备的腔体4外的相应按钮来控制其旋转。
首先由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住；之后通过充气阀5向腔体4内通入氩气（Ar）和氧气（O2），且Ar和O2的体积流量比为为50~70sccm : 20~30sccm；调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强达到所需反应压强1~6Pa，打开射频源，调整射频源功率为70~90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8~15min。预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，以免在衬底上形成不想要的膜层。在上述预溅射8~15min后，将第二挡板从Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的下方移开，开始锆铪氧靶材正式溅射，正式溅射时间为30~40min，正式溅射完成后在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成了第一锆铪氧膜层21。
（3）制备石墨烯氧化物量子点溶液：在石英玻璃管中，将40mL的浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液（属于市售商品）和1mL的浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，得到混合液，在汞灯（365nm、1000W）照射下，匀速搅拌40min，用3500 Da的透析袋对混合液透析2.5~3.5天，去除多余的过氧化氢分子和其他在反应过程中生成的的小分子，即得石墨烯氧化物量子点溶液。
（4）在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成了第一锆铪氧膜层21后，将样品取出放在匀胶机的转盘上，用滴管将5~10mL的石墨烯氧化物量子点溶液滴加在第一锆铪氧膜层21上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5min~15min；旋涂完成后，将覆有石墨烯氧化物量子点溶液的样品置于干燥无尘环境下晾干，持续时间为5~10h；即在第一锆铪氧膜层21上形成了厚度为0.8~1.2nm的石墨烯氧化物量子点中间层22。
（5）形成石墨烯氧化物量子点中间层22后，将样品放入磁控溅射仪器的衬底台8上，固定好后关闭腔体4，第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，对腔体及气路抽真空至1×10-4~4×10-4Pa，之后通过充气阀5向腔体4内通入氩气（Ar）和氧气（O2），且Ar和O2的体积流量比为为50~70sccm : 20~30sccm；调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强达到所需反应压强1~6Pa，打开射频源，调整射频源功率为70~90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8~15min；在预溅射后，将第二挡板从Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的下方移开，开始锆铪氧靶材正式溅射，正式溅射时间为30~40min，正式溅射完成后在石墨烯氧化物量子点中间层22上形成了第二锆铪氧膜层23。
第一锆铪氧膜层21、石墨烯氧化物量子点中间层22和第二锆铪氧膜层23三者共同构成阻变介质层2，该阻变介质层2的结构形式可表示为ZHO/GOQDs/ZHO。通过控制生长速率及生长时间，可控制阻变介质层总的厚度在10nm~20nm范围内。
（6）关闭射频源，通过进气阀9泄压，打开磁控溅射设备腔体4，在样品形成的第二锆铪氧膜层23上放置掩膜版，用真空泵通过机械泵与分子泵接口阀10将磁控溅射设备的腔体4抽真空至1×10-4~4×10-4Pa；通过充气阀5向腔体4内通入流量为20sccm~30sccm的Ar，调整接口阀10使腔体内的压强维持在1~6Pa；由第二挡板将样品挡住，由第一挡板将银靶材挡住；打开直流源，调整直流源功率为8~11W，使腔体4内的银靶材起辉，预溅射4~6min；之后移去第一挡板和第二挡板，在银靶材作用下正式溅射10~20min，在第二锆铪氧膜层上形成Ag电极层3。其中掩膜版上均匀密布有直径为50~100微米的圆形孔，Ag电极层3即是若干直径与掩膜版上的圆形孔相同的圆形电极膜，也是阻变存储器的有效工作区域的尺寸。通过控制生长速率及生长时间，可控制Ag电极层3的厚度在50~200nm范围内；
实施例2
（1）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在盛有丙酮的烧杯中，用超声波清洗10min，然后放入盛有酒精的烧杯中用超声波清洗10min，再用夹子取出放入盛有去离子水的烧杯中用超声波清洗5min，之后取出，用氮气（N2）吹干。
（2）打开磁控溅射设备的腔体4，拿出压片台7，先用砂纸打磨干净至发亮，用丙酮清洗压片台表面附着的有机物，用酒精最后擦拭干净；将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在压片台7上压片，压片时保证Pt/Ti/SiO2/Si衬底1稳固压在压片台7上并且压平，以保证溅射时候生长薄膜均匀，压片完毕后将其放入腔体4内的衬底台8上，固定好后关闭腔体4，对腔体4及气路抽真空至2×10-4Pa；在腔体4内压片台7的下方设置有两个靶台6，靶台6上分别放置有不同的靶材11，分别为锆铪氧（Zr0.5Hf0.5O2，简写为ZHO）靶材和银靶材。其中锆铪氧靶材由磁控溅射设备的腔体4外的射频源来控制其起辉，银靶材由磁控溅射设备的腔体4外的直流源来控制其起辉。在银靶材的上方设置有可对银靶材进行遮挡的第一挡板，在压片台7底面的Pt/Ti/SiO2/Si衬底1下方设置有可对Pt/Ti/SiO2/Si衬底1进行遮挡的第二挡板。第一挡板和第二挡板均可由磁控溅射设备的腔体4外的相应按钮来控制其旋转。
首先由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住；之后通过充气阀5向腔体4内通入氩气（Ar）和氧气（O2），且Ar和O2的体积流量比为为50sccm : 25sccm；调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强达到所需反应压强3Pa，打开射频源，调整射频源功率为80W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射10min。预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，以免在衬底上形成不想要的膜层。在上述预溅射10min后，将第二挡板从Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的下方移开，开始锆铪氧靶材正式溅射，正式溅射时间为30min，正式溅射完成后在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成了厚度为5nm的第一锆铪氧膜层21。
（3）制备石墨烯氧化物量子点溶液：在石英玻璃管中，将40mL的浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液（属于市售商品）和1mL的浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，得混合液，在汞灯（365nm、1000W）照射下，匀速搅拌40min，用3500 Da的透析袋对混合液透析3天，去除多余的过氧化氢分子和其他在反应过程中生成的的小分子，即得石墨烯氧化物量子点溶液。
（4）在Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的Pt膜层上形成了第一锆铪氧膜层21后，将样品取出放在匀胶机的转盘上，用滴管将5~10mL的石墨烯氧化物量子点溶液滴加在第一锆铪氧膜层21上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为10min；旋涂完成后，将覆有石墨烯氧化物量子点溶液的样品置于干燥无尘环境下晾干，持续时间为8h；即在第一锆铪氧膜层21上形成了厚度为1nm的石墨烯氧化物量子点中间层22。
（5）形成石墨烯氧化物量子点中间层22后，将样品放入磁控溅射仪器的衬底台8上，固定好后关闭腔体4，第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住，对腔体及气路抽真空至2×10-4Pa，之后通过充气阀5向腔体4内通入氩气（Ar）和氧气（O2），且Ar和O2的体积流量比为为50sccm : 25sccm；调整机械泵与分子泵接口阀10使腔体4内的压强达到所需反应压强3Pa，打开射频源，调整射频源功率为80W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射10min；在预溅射后，将第二挡板从Pt/Ti/SiO2/Si衬底1的下方移开，开始锆铪氧靶材正式溅射，正式溅射时间为30min，正式溅射完成后在石墨烯氧化物量子点中间层22上形成了厚度为5nm的第二锆铪氧膜层23。
（6）关闭射频源，通过进气阀9泄压，打开磁控溅射设备腔体4，在样品形成的第二锆铪氧膜层23上放置掩膜版，用真空泵通过机械泵与分子泵接口阀10将磁控溅射设备的腔体4抽真空至2×10-4Pa；通过充气阀5向腔体4内通入流量为25sccm的Ar，调整接口阀10使腔体内的压强维持在3Pa；由第二挡板将样品挡住，由第一挡板将银靶材挡住；打开直流源，调整直流源功率为10W，使腔体4内的银靶材起辉，预溅射5min；之后移去第一挡板和第二挡板，在银靶材作用下正式溅射10min，在第二锆铪氧膜层23上形成厚度为70nm的 Ag电极层3。其中掩膜版上均匀密布有直径为80微米的圆形孔，电极膜层生长结束后这些圆形孔的尺寸即为存储器的有效工作区域的尺寸。
对比例1制备结构为Ag/Zr0.5Hf0.5O2//Ti/SiO2/Si衬底的阻变存储器
（1）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1放在盛有丙酮的烧杯中，用超声波清洗10min，然后放入盛有酒精的烧杯中用超声波清洗10min，再用夹子取出放入盛有去离子水的烧杯中用超声波清洗5min，之后取出，用氮气（N2）吹干。
（2）采用如实施例2所述的磁控溅射设备，打开磁控溅射设备的腔体，拿出压片台，先用砂纸打磨干净至发亮，用丙酮清洗压片台表面附着的有机物，用酒精最后擦拭干净；将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底放在压片台上压片，压片时保证Pt/Ti/SiO2/Si衬底稳固压在压片台上并且压平，以保证溅射时候生长薄膜均匀，压片完毕后将其放入腔体内的衬底台上，固定好后关闭腔体，对腔体及气路抽真空至2×10-4Pa；在腔体内压片台的下方设置有两个靶台，靶台上分别放置有不同的靶材，分别为锆铪氧（Zr0.5Hf0.5O2，简写为ZHO）靶材和银靶材。其中锆铪氧靶材由磁控溅射设备腔体外的射频源来控制其起辉，银靶材由磁控溅射设备腔体外的直流源来控制其起辉。在银靶材的上方设置有可对银靶材进行遮挡的第一挡板，在压片台底面的Pt/Ti/SiO2/Si衬底下方设置有可对Pt/Ti/SiO2/Si衬底进行遮挡的第二挡板。第一挡板和第二挡板均可由磁控溅射设备的腔体外的相应按钮来控制其旋转。首先由第二挡板将Pt/Ti/SiO2/Si衬底1挡住；之后通过充气阀向腔体内通入氩气（Ar）和氧气（O2），且Ar和O2的体积流量比为为50sccm : 25sccm；调整机械泵与分子泵接口阀使腔体内的压强达到所需反应压强3Pa，打开射频源，调整射频源功率为80W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射10min。预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将Pt/Ti/SiO2/Si衬底挡住，以免在衬底上形成不想要的膜层。在上述预溅射5~10min后，将第二挡板从Pt/Ti/SiO2/Si衬底的下方移开，开始锆铪氧靶材正式溅射，正式溅射时间为60min，正式溅射完成后在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上形成了厚度为10 nm的锆铪氧膜层。
（3）关闭射频源，通过进气阀泄压，打开磁控溅射设备腔体，在样品形成的锆铪氧膜层上放置有均匀密布有直径为80微米的圆形孔掩膜版， 用真空泵通过机械泵与分子泵接口阀将磁控溅射设备的腔体抽真空至2×10-4Pa；通过充气阀向腔体内通入流量为25sccm的Ar，调整接口阀使腔体内的压强维持在3Pa；由第二挡板将样品挡住，由第一挡板将银靶材挡住；打开直流源，调整直流源功率为10W，使腔体内的银靶材起辉，预溅射5min；之后移去第一挡板和第二挡板，在银靶材作用下正式溅射10min，在第二锆铪氧膜层上形成厚度为70nm的 Ag电极层，即得结构为Ag/Zr0.5Hf0.5O2//Ti/SiO2/Si衬底的阻变存储器。
实施例3 检测本发明及对比例制备的阻变存储器的性能
（1）对本发明实施例2制备的阻变存储器和对比例1制备的阻变存储器进行了200圈电流电压扫描，统计其开打和关闭电压的分布累计概率情况，其结果如图3（本发明）和图4（对比例1）所示，从图3中可以看出，器件的打开电压即set电压分布在0.08V~0.3V之间，其中绝大部分主要分布在0.15V~0.2V之间；同样由图3可以看出关闭电压即reset电压分布在-0.14V~-0.01V，其中绝大部分主要分布在-0.05V~-0.1V之间。从图4可以看出器件的打开电压分布在0.08V~1.25V，而其关闭电压分布在-0.01V~-0.25V之间。通过两图对比，可以看出本发明提供阻变存储器的打开关闭电压比对比例1制备的阻变存储器拥有更加集中的分布，这表明本发明提供的阻变存储器的均一性和稳定性有了显著的提高。
（2）对本发明实施例2制备的阻变存储器和对比例1制备的阻变存储器进行保持特性进行检测，其中图5是本发明所制备的阻变存储器的保持特性曲线，图6是对比例1制备的阻变存储器的保持特性曲线。从图5可以看出在经过10000s的测试，本发明制备的阻变存储器的高低阻态始终保持稳定，没有明显的浮动或衰减。而从图6可以看到经过10000s的测试器件在接近10000s时有了明显的浮动和衰减。通过图5和图6的对比，可以看出本发明提供的阻变存储器的保持特性更好。
（3）对本发明实施例2制备的阻变存储器和对比例1制备的阻变存储器的打开和关闭时间进行检测，其结果如图7（本发明）和图8（对比例1）所示。其图7的a图是本发明制备的阻变存储器的打开时间测试，当向器件输入2V/150ns（如m线所示）的脉冲之后，流过器件的电流脉冲如n线所示，可以看出器件的打开时间为14ns；图7的b图是本发明提供的阻变存储器的关闭时间测试，当向器件输入-2V/150ns（如m线所示）的脉冲之后，流过器件的电流脉冲如n线所示，可以看出器件的关闭时间为50ns。图8的a图是对比例1制备的器件的打开时间测试，器件的输入脉冲为3V/150ns（如m线所示），打开时间为20ns；图8的b图是对比例1制备的器件的关闭时间测试，器件的输入脉冲为-3V/150ns（如m线所示），流过器件的电流脉冲如n线所示，关闭时间为70ns。通过图7和图8的对比，可以看出本发明提供的阻变存储器的打开关闭速度有了明显的提高，而且打开关闭所需要的电压有所下降，也说明本发明提供的阻变存储器可以降低器件的功耗。
Claims (6)
1.一种避免误读的阻变存储器，其特征在于，其结构从下到上依次包括衬底、在所述衬底上形成的阻变介质层以及在所述阻变介质层上形成的Ag电极层；所述阻变介质层从下到上依次包括第一锆铪氧膜层、石墨烯氧化物量子点中间层以及第二锆铪氧膜层；
所述衬底为Pt/Ti/SiO2/Si衬底，所述阻变介质层形成于所述衬底的Pt膜层上；
所述阻变介质层的厚度为10~20nm，所述石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8~1.2nm，所述第一锆铪氧膜层和所述第二锆铪氧膜层的厚度相同；
所述石墨烯氧化物量子点中间层是通过旋涂石墨烯氧化物量子点溶液而制得；所述石墨烯氧化物量子点溶液的制备方法为：将浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度为30 wt%的过氧化氢溶液按体积比为40:1混合，得混合液，在汞灯照射下，匀速搅拌30~40min，用3500 Da的透析袋对所述混合液透析2.5~3.5天，即得。
2.根据权利要求1所述的避免误读的阻变存储器，其特征在于，所述Ag电极层的厚度为50~200nm。
3.一种避免误读的阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）将Pt/Ti/SiO2/Si衬底依次分别在丙酮、酒精和去离子水中用超声波清洗，然后取出用 N2吹干；
（b）将清洗好的Pt/Ti/SiO2/Si衬底固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4~4×10-4Pa；向腔体内通入流量比为50~70sccm : 20~30sccm的Ar和O2，调整接口阀使腔体内的压强维持在1~6Pa，打开控制锆铪氧靶材起辉的射频源，调整射频源功率为70~90W，使锆铪氧靶材起辉，预溅射8~15min；正式溅射30~40min，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上形成第一锆铪氧膜层；
（c）将形成有第一锆铪氧膜层的Pt/Ti/SiO2/Si衬底样品放在匀胶机的转盘上，用滴管将石墨烯氧化物量子点溶液滴加在第一锆铪氧膜层上，然后开启匀胶机，设置转速3000 r/min，旋转时间为5~15min，旋涂均匀后，晾干，在第一锆铪氧膜层上形成了石墨烯氧化物量子点中间层；所形成的石墨烯氧化物量子点中间层的厚度为0.8~1.2nm；所述石墨烯氧化物量子点溶液的制备方法为：将浓度为0.5mg/mL的石墨烯氧化物水性悬浮液和浓度为30 wt%的过氧化氢溶液按体积比为40:1混合，得混合液，在汞灯照射下，匀速搅拌30~40min，用3500 Da的透析袋对所述混合液透析2.5~3.5天，即得；
（d）待石墨烯氧化物量子点中间层晾干后，再将样品固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至1×10-4~4×10-4Pa，重复步骤（b）形成第一锆铪氧膜层的磁控溅射工艺，在石墨烯氧化物量子点中间层上形成了第二锆铪氧膜层；所形成的第二锆铪氧膜层的厚度与步骤（b）中所形成的第一锆铪氧膜层的厚度相同；且所述第一锆铪氧膜层、所述石墨烯氧化物量子点中间层以及所述第二锆铪氧膜层三者的厚度之和为10~20nm；
（e）在第二锆铪氧膜层上放置掩膜版，将磁控溅射设备腔体抽真空至1×10-4~4×10- 4Pa，将Ag靶材通过磁控溅射法在第二锆铪氧膜层上形成了Ag电极层。
4.根据权利要求3所述的避免误读的阻变存储器的制备方法，其特征在于，步骤（e）所述的掩膜版上均布有直径为50~150µm的圆形孔。
5.根据权利要求3所述的避免误读的阻变存储器的制备方法，其特征在于，步骤（e）所述磁控溅射工艺是指：向腔体内通入流量为20sccm~30sccm的Ar，调整接口阀使腔体内的压强维持在1~6Pa，打开控制银靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8~11W，使银靶材起辉，预溅射4~6min；之后正式溅射10~20min，在第二锆铪氧膜层上形成了Ag电极层。
6.根据权利要求3所述的避免误读的阻变存储器的制备方法，其特征在于，步骤（e）所述的Ag电极层的厚度为50~200nm。
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