CN111599918B - 一种全ito忆阻器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全ITO忆阻器及其制备方法，涉及存储器制造技术领域，全ITO忆阻器为双层结构，上层结构包括ITO电极，下层结构包括基底，所述ITO电极生长在基底上端面，基底的材质为ITO导电玻璃片，所述全ITO忆阻器的整体完全透明。本发明还提出一种全ITO忆阻器的制备方法，包括以下步骤，首先准备ITO玻璃，将ITO玻璃切成方形大小，分别在丙酮、酒精、去离子水中超声30min并使用氮气吹干，然后对吹干的ITO玻璃进行真空退火，随后采用电子束蒸镀方法在退火后的ITO玻璃的介质层上制备ITO电极；形成全ITO忆阻器,最后对全ITO忆阻器进行氩气退火处理，本方法能耗低，设备简单，耗时少，操作简单，得到的忆阻器性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及存储器制造技术领域，具体为一种全ITO忆阻器及其制备方法。
背景技术
随着信息技术的不断发展，以电阻为量纲的忆阻器作为第四种电路元件受到广泛的关注，并以其结构简单、尺寸可缩小性好，读写速度快、擦写耐受力高、数据保持时间长，具备多维和多级存储能力等优点，成为了存储行业的研发重点。忆阻器的主要特征是对其施加电压时其电阻值会呈非线性转变，基于这一特点忆阻器在信息存储和模拟神经突触方面可以被广泛应用。
忆阻器的基本结构一般为金属/绝缘层/金属(MIM)三明治结构。传统的绝缘性材料和金属氧化等和各金属电极材料是当前主要研究对象，研究历史较长，技术成熟度较高，其忆阻介质层主要包括二元金属氧化物、钙钛矿型复杂氧化物等绝缘体材料。然而由于材料本身在机械、光学等方面的局限性，难以满足未来柔性、透明等方面的应用要求，同时还面临着器件结构尺寸、稳定性和工作电压等诸多挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术材料本身在机械、光学等方面的局限性，难以满足未来柔性、透明等方面的应用要求，同时还面临着器件结构尺寸、稳定性和工作电压等不足，提供一种全ITO忆阻器及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种全ITO忆阻器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：准备ITO玻璃，将ITO玻璃切成方形大小，分别在丙酮、酒精、去离子水中超声30min并使用氮气吹干；
步骤二：对吹干的ITO玻璃进行真空退火；
步骤三：采用电子束蒸镀方法在退火后的ITO玻璃的介质层上制备ITO电极；形成全ITO忆阻器；
步骤四：对全ITO忆阻器进行退火处理；
优选的，所述步骤一中，ITO玻璃采用厚度为2mm，方块电阻为30Ω的2cm×2cm的商用ITO导电玻璃，其中ITO薄膜的厚度为180nm。
优选的，所述步骤二中，ITO玻璃在真空环境下，400℃退火30min。
优选的，所述步骤三中，ITO玻璃上面覆盖有电极尺寸为30um×30um掩膜板，采用电子束蒸镀方法制备的ITO电极的厚度为50nm。
优选的，所述电子束蒸镀方法使用99.9999％的ITO蒸发料，真空度为1×10-3Pa，蒸镀功率为5W，ITO增长速度为
样品制备过程中需要对靶材进行预溅射，预溅射5min后开始涨薄膜，ITO薄膜厚度为50nm。
优选的，所述步骤四中，全ITO忆阻器在氩气环境，400℃下退火30min。
一种全ITO忆阻器，所述全ITO忆阻器为双层结构，上层结构包括ITO电极，下层结构包括基底，所述ITO电极生长在基底的上端面。
优选的，所述基底的材料为ITO导电玻璃，所述全ITO忆阻器的整体完全透明。
本发明的有益效果是：
1、本发明中忆阻器为两层结构，器件结构和制备工艺简单。
2、本发明中使用ITO同时作为介质层和电极具有透明的特性。
3、本发明中制备的全ITO忆阻器经过测试证明，该全ITO忆阻器具有良好稳定的阻变效应，并且可以获得非常小的工作电压。
附图说明
图1为本发明全ITO忆阻器的结构示意图；
图2为实施例1制备的未退火的全ITO忆阻器的SEM图；
图3为实施例1制备的未退火的全ITO忆阻器的I-V特性曲线；
图4为实施例2制备的退火的全ITO忆阻器的SEM图；
图5为实施例2制备的退火的全ITO忆阻器的I-V特性曲线；
图6为实施例3的全ITO忆阻器对简单字母的记忆图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
步骤一：准备ITO玻璃，其厚度为2mm，方块电阻为30Ω，大小为2cm×2cm，分别在丙酮、酒精、去离子水中超声30min，氮气吹干待用；
步骤二：对清洗完成的ITO玻璃在400℃真空环境下退火30min；
步骤三：采用电子束蒸镀法在ITO玻璃上制备ITO电极，在商用ITO玻璃上面覆盖电极尺寸为30um×30um掩膜板，再镀一层50nm厚度的ITO电极。电子束蒸镀使用99.9999％的ITO蒸发料，真空度1×10-3Pa，蒸镀功率5W，ITO增长速度为
样品制备过程中因靶材表面可能存在部分的杂质或氧化物所以需要对靶材进行预溅射，预溅射5min后开始镀膜，ITO薄膜厚度为50nm。
如图2所示为未退火的全ITO忆阻器的SEM图，如图3所示为未退火的全ITO忆阻器的I-V特性曲线。
实施例2
步骤一：准备ITO玻璃，其厚度为2mm，方块电阻为30Ω，大小为2cm×2cm，分别在丙酮、酒精、去离子水中超声30min，氮气吹干待用；
步骤二：对清洗完成的ITO玻璃在400℃真空环境下退火30min；
步骤三：采用电子束蒸镀法在ITO玻璃上制备ITO电极，在商用ITO玻璃上面覆盖电极尺寸为30um×30um掩膜板，再镀一层50nm厚度的ITO电极。电子束蒸镀使用99.9999％的ITO蒸发料，真空度1×10-3Pa，蒸镀功率5W，ITO增长速度为
样品制备过程中因靶材表面可能存在部分的杂质或氧化物所以需要对靶材进行预溅射，预溅射5min后开始镀膜，ITO薄膜厚度为50nm。
步骤四:对制备好的全ITO忆阻器在400℃氩气环境下退火30min。
如图4所示为退火的全ITO忆阻器的SEM图，如图5所示为退火的全ITO忆阻器的I-V特性曲线。
实施例3
根据实施例2的制备方法制备的一种全ITO忆阻器，所述全ITO忆阻器为双层结构，上层结构包括ITO电极，层结构包括基底，所述ITO电极生长在基底的上端面，下基底的材质为ITO导电玻璃，所述全ITO忆阻器的整体完全透明。
本发明没采用忆阻器传统的金属/绝缘体/金属器件结构，采用的是两层ITO，所以是全ITO器件。ITO是透明导电氧化物，在以往报道的忆阻器工作中通常为金属电极，本发明中ITO扮演两个角色，上层ITO作为金属电极，下层ITO作为阻变层。
本发明中忆阻器为两层，制备工艺简单，使用ITO作为介质层和电极具有透明的特性，因为是全ITO且经过了退火处理，所以该器件是完全透明的。
本发明中制备的全ITO忆阻器经过测试证明，该全ITO忆阻器具有良好稳定的阻变效应，并且可以获得非常小的工作电压。
使用Keithley 4200A-SCS对全ITO忆阻器进行测试，将探针分别置于全ITO忆阻器的电极和介质层，施加不同的电压，获得如图5I-V特性曲线。
全ITO忆阻器可以实现对简单字母的记忆，如图6，在此场景下，全ITO忆阻器具有非常低的功耗，同时使用很小的电压就可以实现对简单字母的记忆，并且数据的保持时间长，记忆效果稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种全ITO忆阻器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：准备ITO玻璃，将ITO玻璃切成方形大小，分别在丙酮、酒精、去离子水中超声30min并使用氮气吹干；
步骤二：对吹干的ITO玻璃在真空环境下进行退火，400 ℃退火30 min；
步骤三：采用电子束蒸镀方法在退火后的ITO玻璃的介质层上，覆盖电极尺寸为30 um×30 um掩膜板，制备ITO电极；形成全ITO忆阻器；
步骤四：对全ITO忆阻器进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的一种全ITO忆阻器的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，ITO玻璃采用厚度为2 mm，方块电阻为30 Ω的 2 cm×2 cm 的商用ITO导电玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种全ITO忆阻器的制备方法，其特征在于，所述电子束蒸镀方法使用99.9999 %的ITO蒸发料，真空度为1×10-3 Pa，蒸镀功率为5 W，ITO增长速度为0.4Å/s，样品制备过程中需要对靶材进行预溅射，预溅射5 min后开始长薄膜，ITO薄膜厚度为50 nm。
4.根据权利要求1所述的一种全ITO忆阻器的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，全ITO忆阻器在氩气环境，400 ℃下退火30 min。
5.根据权利要求1所述的一种全ITO忆阻器的制备方法制备的一种全ITO忆阻器，其特征在于，所述全ITO忆阻器为双层结构，上层结构包括ITO电极，下层结构包括基底，所述ITO电极生长在基底上端面。
6.根据权利要求5所述的一种全ITO忆阻器，其特征在于，所述基底的材料为ITO导电玻璃，所述全ITO忆阻器的整体完全透明。
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