CN109585647A - 氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，制备氧化镍凝胶薄膜；步骤2，在步骤1制备的氧化镍凝胶薄膜上制备氧化钛凝胶膜，得氧化钛/氧化镍基片；步骤3，在步骤2所得氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；步骤4，使用溅射仪对步骤3所得的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜进行顶电极制备，即得。使用本发明的制备方法可以在ITO底电极上一次性制得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜，制备成本低、工艺简单、容易控制，提高了氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结的制备效率。
Description
技术领域
本发明属于微电子材料忆阻器薄膜技术领域，具体涉及一种氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法。
背景技术
作为下一代非易失性存储器，忆阻器薄膜材料由于它们的结构简单，兼容性好，读写速度快，耐久性高，能耗低以及其仿生特性等优势正在被广泛研究。在对忆阻器的商业化的进程中仍有一些关键性挑战有待解决。对于多数忆阻器薄膜来说，均为三明治多层结构，半导体界面之间存在较大的界面势垒，特别是在发生电阻转变现象时，界面势垒是阻碍电子传输运动时的一个重要原因。
二氧化钛是一种具有宽带隙(3.2e V)的n型半导体材料，相对于其他氧化物半导体材料，二氧化钛具有较高的介电常数(80左右)，是一种很好的介电材料，适合作为阻变存储器的阻变层。氧化镍是一种宽禁带(3.7eV)的半导体，NiO薄膜中存在一个Ni2+空位，每一个Ni空位都伴随产生两个作为受主的Ni3+离子，使得薄膜表现出空穴导电。因此NiO作为一种典型的宽禁带P型半导体被广泛应用，当使用这两种禁带宽度不同、导电类型不同的半导体材料组成了p-n结，同时这种氧化镍/氧化钛/氧化镍多层薄膜也构成了异质结忆阻器。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，使用该方法制备的NiO/TiO2/NiO忆阻器，由于引入了一个10纳米厚的TiO2膜层，使得NiO/TiO2/NiO忆阻器的界面势垒降低，氧空位随电场方向移动的阻力较小，致使器件的SET电压和RESET电压均较小，呈现低功耗性，显示出该异质结具有较好的电阻转变特性。
本发明所采用的技术方案为，氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，制备氧化镍凝胶薄膜；
步骤2，在步骤1制备的氧化镍凝胶薄膜上制备氧化钛凝胶膜，得氧化钛/氧化镍基片；
步骤3，在步骤2所得氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；
步骤4，使用溅射仪对步骤3所得的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜进行顶电极制备，即得。
本发明的特点还在于，
步骤1的具体过程如下：
步骤1.1，配置氧化镍溶胶；
步骤1.2，采用浸渍-提拉法将步骤1.1所得的氧化镍溶胶在ITO底电极上进行陈化，得氧化镍凝胶薄膜；
步骤1.3，将步骤1.2所得的氧化镍凝胶薄膜在室温下进行干燥，即得。
步骤1.1中，氧化镍溶胶的配置过程为：将醋酸镍、乙酰丙酮、丙烯酸及乙二醇甲醚按1:1:1:24的摩尔比混合。
步骤2中氧化钛/氧化镍基片的制备过程为：
步骤2.1，配置氧化钛溶胶；
步骤2.2，采用浸渍-提拉法将步骤2.1所得的氧化钛溶胶在步骤1所得的氧化镍凝胶薄膜上陈化氧化钛凝胶膜，然后在干燥箱内进行干燥，得氧化钛/氧化镍基片。
步骤2.1配置氧化钛溶胶的具体过程如下：
采用钛酸丁酯作为前驱体，乙醇为溶剂，钛酸丁酯:乙醇:水的物质的量之比为1:20:1；使用硝酸调节Ph值为4～5，在室温下均匀搅拌6～8h，并陈化20～24h，得氧化钛溶胶。
步骤3的具体过程如下：
采用浸渍-提拉法在步骤2所得的氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，然后在热处理炉中进行650～750℃热处理，热处理时间为20～25分钟，然后取出自然冷却，即得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜。
步骤4的具体过程如下：打开溅射仪，将氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜样品放入，固定好掩膜板，然后打开溅射仪电源，进行抽气，当真空度达到1*10-3Pa后可对其进行顶电极的溅射。
溅射靶材为Pt，纯度为99.9％，溅射时间为5～6min，溅射好的Pt层为氧化钛/氧化镍复合薄膜电阻存储器薄膜的顶电极。
本发明的有益效果是，本发明基于一种氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结的制备方法，相比较于其他具有阻变特性的材料，复合的二元金属氧化物薄膜结构简单、材料组份容易控制的特点，同时与传统的CMOS工艺具有良好的兼容性。采用本发明方法配置稳定的氧化镍和氧化钛溶胶并且使用该制备方法可以在ITO底电极上一次性制得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜，制备成本低、工艺简单、容易控制，提高了氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结的制备效率，并且在常温下具有良好的电阻反转特性。
附图说明
图1是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的X射线衍射(XRD)谱图；
图2是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜表面的原子力(AFM)显微镜二维照片；
图3是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜表面的原子力(AFM)显微镜三维照片；
图4是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的X射线光电子能谱(XPS)的全谱图；
图5是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的X射线光电子能谱(XPS)的Ni2p谱图；
图6是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的X射线光电子能谱(XPS)的Ti2p谱图；
图7是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的伏安特性(I-V)曲线；
图8是本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法中实施例3中制备的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的伏安特性(I-V)曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，制备氧化镍凝胶薄膜；
步骤1的具体过程如下：
步骤1.1，配置氧化镍溶胶；
步骤1.1中，氧化镍溶胶的配置过程为：将醋酸镍、乙酰丙酮、丙烯酸及乙二醇甲醚按1:1:1:24的摩尔比混合。
步骤1.2，采用浸渍-提拉法将步骤1.1所得的氧化镍溶胶在ITO底电极上进行陈化，得氧化镍凝胶薄膜；
步骤1.3，将步骤1.2所得的氧化镍凝胶薄膜在室温下进行干燥，即得。
步骤2，在步骤1制备的氧化镍凝胶薄膜上制备氧化钛凝胶膜，得氧化钛/氧化镍基片；步骤2中氧化钛/氧化镍基片的制备过程为：
步骤2.1，配置氧化钛溶胶；
步骤2.1配置氧化钛溶胶的具体过程如下：
采用钛酸丁酯作为前驱体，乙醇为溶剂，钛酸丁酯:乙醇:水的物质的量之比为1:20:1；使用硝酸调节Ph值为4～5，在室温下均匀搅拌6～8h，并陈化20～24h，得氧化钛溶胶。
步骤2.2，采用浸渍-提拉法将步骤2.1所得的氧化钛溶胶在步骤1所得的氧化镍凝胶薄膜上陈化氧化钛凝胶膜，然后在干燥箱内进行干燥，得氧化钛/氧化镍基片。
步骤3，在步骤2所得氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；
步骤3的具体过程如下：
采用浸渍-提拉法在步骤2所得的氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，然后在热处理炉中进行650～750℃热处理，热处理时间为20～25分钟，然后取出自然冷却，即得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜。
步骤4，使用溅射仪对步骤3所得的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜进行顶电极制备，即得。
步骤4的具体过程如下：打开溅射仪，将氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜样品放入，固定好掩膜板，然后打开溅射仪电源，进行抽气，当真空度达到1*10-3Pa后可对其进行顶电极的溅射。溅射靶材为Pt，纯度为99.9％，溅射时间为5～6min，溅射好的Pt层为氧化钛/氧化镍复合薄膜电阻存储器薄膜的顶电极。
实施例1
步骤1，按1:1:1:24的摩尔比分别称取醋酸镍、乙酰丙酮、丙烯酸及乙二醇甲醚，混合后，得氧化镍溶胶；采用浸渍-提拉法将氧化镍溶胶在ITO底电极上进行陈化，得氧化镍凝胶薄膜，然后将所得氧化镍凝胶薄膜在室温下进行干燥；
步骤2，氧化钛/氧化镍基片的制备：采用钛酸丁酯作为前驱体，乙醇为溶剂，钛酸丁酯:乙醇:水的物质的量之比为1:20:1；使用硝酸调节Ph值为4，在室温下均匀搅拌6h，并陈化20h，得氧化钛溶胶；采用浸渍-提拉法将所得的氧化钛溶胶在步骤1所得的氧化镍凝胶薄膜上陈化氧化钛凝胶膜，然后在干燥箱内进行干燥，得氧化钛/氧化镍基片；
步骤3，采用浸渍-提拉法在步骤2所得的氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，然后在热处理炉中进行650℃热处理，热处理时间为20分钟，然后取出自然冷却，即得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；
步骤4，打开溅射仪，将氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜样品放入，固定好掩膜板，然后打开溅射仪电源，进行抽气，当真空度达到1*10-3Pa后可对其进行顶电极的溅射。溅射靶材为Pt，纯度为99.9％，溅射时间为6min，溅射好的Pt层为氧化钛/氧化镍复合薄膜电阻存储器薄膜的顶电极。一个氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器就制备完成。
实施例2
步骤1，按1:1:1:24的摩尔比分别称取醋酸镍、乙酰丙酮、丙烯酸及乙二醇甲醚，混合后，得氧化镍溶胶；采用浸渍-提拉法将氧化镍溶胶在ITO底电极上进行陈化，得氧化镍凝胶薄膜，然后将所得氧化镍凝胶薄膜在室温下进行干燥；
步骤2，氧化钛/氧化镍基片的制备：采用钛酸丁酯作为前驱体，乙醇为溶剂，钛酸丁酯:乙醇:水的物质的量之比为1:20:1；使用硝酸调节Ph值为4.5，在室温下均匀搅拌8h，并陈化24h，得氧化钛溶胶；采用浸渍-提拉法将所得的氧化钛溶胶在步骤1所得的氧化镍凝胶薄膜上陈化氧化钛凝胶膜，然后在干燥箱内进行干燥，得氧化钛/氧化镍基片；
步骤3，采用浸渍-提拉法在步骤2所得的氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，然后在热处理炉中进行750℃热处理，热处理时间为25分钟，然后取出自然冷却，即得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；
步骤4，打开溅射仪，将氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜样品放入，固定好掩膜板，然后打开溅射仪电源，进行抽气，当真空度达到1*10-3Pa后可对其进行顶电极的溅射。溅射靶材为Pt，纯度为99.9％，溅射时间为5.5min，溅射好的Pt层为氧化钛/氧化镍复合薄膜电阻存储器薄膜的顶电极。一个氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器就制备完成。
实施例3
步骤1，按1:1:1:24的摩尔比分别称取醋酸镍、乙酰丙酮、丙烯酸及乙二醇甲醚，混合后，得氧化镍溶胶；采用浸渍-提拉法将氧化镍溶胶在ITO底电极上进行陈化，得氧化镍凝胶薄膜，然后将所得氧化镍凝胶薄膜在室温下进行干燥；
步骤2，氧化钛/氧化镍基片的制备：采用钛酸丁酯作为前驱体，乙醇为溶剂，钛酸丁酯:乙醇:水的物质的量之比为1:20:1；使用硝酸调节Ph值为5，在室温下均匀搅拌7h，并陈化22h，得氧化钛溶胶；采用浸渍-提拉法将所得的氧化钛溶胶在步骤1所得的氧化镍凝胶薄膜上陈化氧化钛凝胶膜，然后在干燥箱内进行干燥，得氧化钛/氧化镍基片；
步骤3，采用浸渍-提拉法在步骤2所得的氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，然后在热处理炉中进行700℃热处理，热处理时间为22分钟，然后取出自然冷却，即得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；
步骤4，打开溅射仪，将氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜样品放入，固定好掩膜板，然后打开溅射仪电源，进行抽气，当真空度达到1*10-3Pa后可对其进行顶电极的溅射。溅射靶材为Pt，纯度为99.9％，溅射时间为5min，溅射好的Pt层为氧化钛/氧化镍复合薄膜电阻存储器薄膜的顶电极。一个氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器就制备完成。
对实施例3(700℃热处理)所得的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜进行X射线衍射仪(XRD)的分析，其结果如图1所示。氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜在27.48°、36.13°和54.37°观测到TiO2(110)、TiO2(101)、TiO2(211)，其晶型为金红石相。谱图中还包含有由NiO晶面衍射的峰分别在43.38°(200)和63.02°(220)，表明该多层膜异质结结晶质量良好，没有杂相生成。
使用原子力显微镜(AFM)对实施例3(700℃热处理)所得的的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜表面进行微观研究，图2为该异质结薄膜表面的平面扫描图二维照片，扫描面积为5*5um2；图3为该异质结薄膜表面的平面扫描图三维照片，扫描面积均为5*5um2。
实施例3(700℃热处理)所得的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜的XPS全谱图，如图4所示，从谱图中看出，在结合能约为852.0eV和528.0eV附近分别出现了Ni元素和O元素的特征峰，还在456.0eV和282.9eV附近分别出现了Ti元素和C1s元素特征峰。图5为700℃热处理的该异质结薄膜Ni2p谱图。图6为700℃热处理的该异质结薄膜Ti2p谱图。以C1s峰为标准峰，与标准值差1.6eV，Ni2p的光电子峰对应的结合能值为852.5eV和870.9eV修正后分别为854.1eV和872.5eV，用Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy对其进行分析发现，它与Ni2+的标准峰值范围符合较好。同时在Ni2p3/2与Ni2p1/2的光电子峰附近出现了它们的伴峰，这证明实验得到了NiO薄膜。Ti2p的光电子峰对应的结合能值为456.4eV和462.2eV修正后分别为458.0eV和463.8eV，这与Ti4+的标准峰值范围符合较好，这表明实验得到TiO2。
综上所述，在X射线光电子能谱探测深度范围内测得了异质结薄膜中分别含有Ti2p、C 1s、Ni 2p以及O1s。
使用电流电压源表(keithley 2400)对实施例3(700℃热处理)制备好的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器器件进行阻变特性的测试，得到结果如图7和图8所示。其中图7为700℃下热处理的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器薄膜的正向I-V曲线(图7中所示的电流保护限为1mA，图7中的曲线为循环测试20次后正向的伏安特性(I-V)曲线)。图8为700℃下热处理的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器薄膜的负向I-V曲线(图8中所示的电流保护限为1mA，图8中的曲线为循环测试20次后负向的伏安特性(I-V)曲线)。该异质结具有完整的双极性电阻转变特性。将正向曲线的纵坐标进行对数运算后，可以看到忆阻器在电压为0.35V的位置时电阻有个明显突变的情况，器件从高阻态变为低阻态，即发生SET过程，并且在后续的测试中稳定地保持着低阻态；图8为反向施加电压，在电压为-0.86V时电阻从低阻态转变为高阻态，即发生复位RESET过程，并且在后续的测试中保持了高阻态的性能。在700℃下热处理得到的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器薄膜具有良好的表面形貌，薄膜在形成过程中，更高的热处理温度可以使薄膜的多晶化程度提高。
三层二元金属氧化物组成介质层薄膜富含更多的氧空位，在正向电压下，薄膜中大量的氧空位迁移到Pt底电极，薄膜中更多的氧空位使得氧空位的迁移几率增大，这个过程持续进行。由于引入了一个10纳米厚的TiO2膜层，使得NiO/TiO2/NiO忆阻器的界面势垒降低，氧空位随电场方向移动的阻力较小，致使器件的SET电压和RESET电压均较小，呈现低功耗性，显示出该异质结具有较好的电阻转变特性。
Claims (8)
1.氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，制备氧化镍凝胶薄膜；
步骤2，在步骤1制备的氧化镍凝胶薄膜上制备氧化钛凝胶膜，得氧化钛/氧化镍基片；
步骤3，在步骤2所得氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜；
步骤4，使用溅射仪对步骤3所得的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜进行顶电极制备，即得。
2.根据权利要求1所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程如下：
步骤1.1，配置氧化镍溶胶；
步骤1.2，采用浸渍-提拉法将步骤1.1所得的氧化镍溶胶在ITO底电极上进行陈化，得氧化镍凝胶薄膜；
步骤1.3，将步骤1.2所得的氧化镍凝胶薄膜在室温下进行干燥，即得。
3.根据权利要求2所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：所述步骤1.1中，氧化镍溶胶的配置过程为：将醋酸镍、乙酰丙酮、丙烯酸及乙二醇甲醚按1:1:1:24的摩尔比混合。
4.根据权利要求1所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：所述步骤2中氧化钛/氧化镍基片的制备过程为：
步骤2.1，配置氧化钛溶胶；
步骤2.2，采用浸渍-提拉法将步骤2.1所得的氧化钛溶胶在步骤1所得的氧化镍凝胶薄膜上陈化氧化钛凝胶膜，然后在干燥箱内进行干燥，得氧化钛/氧化镍基片。
5.根据权利要求4所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：所述步骤2.1配置氧化钛溶胶的具体过程如下：
采用钛酸丁酯作为前驱体，乙醇为溶剂，钛酸丁酯:乙醇:水的物质的量之比为1:20:1；使用硝酸调节Ph值为4～5，在室温下均匀搅拌6～8h，并陈化20～24h，得氧化钛溶胶。
6.根据权利要求1所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程如下：
采用浸渍-提拉法在步骤2所得的氧化钛/氧化镍基片上陈化氧化镍凝胶薄膜，然后在热处理炉中进行650～750℃热处理，热处理时间为20～25分钟，然后取出自然冷却，即得氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜。
7.根据权利要求1所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程如下：打开溅射仪，将氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结薄膜样品放入，固定好掩膜板，然后打开溅射仪电源，进行抽气，当真空度达到1*10-3Pa后可对其进行顶电极的溅射。
8.根据权利要求7所述的氧化镍/氧化钛/氧化镍多层异质结忆阻器的制备方法，其特征在于：溅射靶材为Pt，纯度为99.9％，溅射时间为5～6min，溅射好的Pt层为氧化钛/氧化镍复合薄膜电阻存储器薄膜的顶电极。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116507195A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-28 | 武汉大学 | 一种基于WOx/YOy双异质结结构模拟忆阻器的制备方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050247921A1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory device using multi-layer with a graded resistance change |
| US20090026434A1 (en) * | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Malhotra Sandra G | Nonvolatile memory elements |
| JP2009212380A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Fujitsu Ltd | 抵抗変化型メモリおよびその作製方法 |
| US20100163823A1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Resistive random access memory |
| US20120049147A1 (en) * | 2009-04-28 | 2012-03-01 | Jin Pyo Hong | Resistance-variable memory device and a production method therefor |
| US20120091421A1 (en) * | 2009-07-02 | 2012-04-19 | Dianzhong Wen | Nanostructure quick-switch memristor and method of manufacturing the same |
| US20120195099A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-02 | Feng Miao | Changing a memristor state |
| US20140091274A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Young-Bae Kim | Memory devices having unit cell as single device and methods of manufacturing the same |
| US20150188043A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | Intermolecular Inc. | Embedded Resistors for Resistive Random Access Memory Cells |
| CN106299115A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 西安理工大学 | 一种氧化钛/氧化镍电阻存储器薄膜的制备方法 |
| CN108365089A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-08-03 | 中山大学 | 一种溶液燃烧法制备的具有模拟和数字多功能的NiO基忆阻器件及制备方法 |
-
2018
- 2018-10-22 CN CN201811230289.0A patent/CN109585647B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050247921A1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Memory device using multi-layer with a graded resistance change |
| US20090026434A1 (en) * | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Malhotra Sandra G | Nonvolatile memory elements |
| JP2009212380A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Fujitsu Ltd | 抵抗変化型メモリおよびその作製方法 |
| US20100163823A1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Resistive random access memory |
| US20120049147A1 (en) * | 2009-04-28 | 2012-03-01 | Jin Pyo Hong | Resistance-variable memory device and a production method therefor |
| US20120091421A1 (en) * | 2009-07-02 | 2012-04-19 | Dianzhong Wen | Nanostructure quick-switch memristor and method of manufacturing the same |
| US20120195099A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-02 | Feng Miao | Changing a memristor state |
| US20140091274A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Young-Bae Kim | Memory devices having unit cell as single device and methods of manufacturing the same |
| US20150188043A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | Intermolecular Inc. | Embedded Resistors for Resistive Random Access Memory Cells |
| CN106299115A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 西安理工大学 | 一种氧化钛/氧化镍电阻存储器薄膜的制备方法 |
| CN108365089A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-08-03 | 中山大学 | 一种溶液燃烧法制备的具有模拟和数字多功能的NiO基忆阻器件及制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GUANGDONG ZHOU等: "Mechanism for an enhanced resistive switching effect of bilayer NiOx/TiO2 for resistive random access memory", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 * |
| 额日特: "基于NiO阻变存储器电学性能提升的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116507195A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-28 | 武汉大学 | 一种基于WOx/YOy双异质结结构模拟忆阻器的制备方法 |
| CN116507195B (zh) * | 2023-06-21 | 2023-10-17 | 武汉大学 | 一种基于WOx/YOy双异质结结构模拟忆阻器的制备方法 |
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