CN112510148B - 一种阻变存储器及其制备方法 - Google Patents
一种阻变存储器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112510148B CN112510148B CN202011421662.8A CN202011421662A CN112510148B CN 112510148 B CN112510148 B CN 112510148B CN 202011421662 A CN202011421662 A CN 202011421662A CN 112510148 B CN112510148 B CN 112510148B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- sputtering
- random access
- access memory
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 26
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 24
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 21
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 15
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 12
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 125000002147 dimethylamino group Chemical group [H]C([H])([H])N(*)C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000015654 memory Effects 0.000 abstract description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 abstract description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 65
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 23
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 12
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- ZYLGGWPMIDHSEZ-UHFFFAOYSA-N dimethylazanide;hafnium(4+) Chemical compound [Hf+4].C[N-]C.C[N-]C.C[N-]C.C[N-]C ZYLGGWPMIDHSEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 hafnium oxide compound Chemical class 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000012430 stability testing Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 210000000225 synapse Anatomy 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/841—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
- H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
- H10N70/881—Switching materials
- H10N70/883—Oxides or nitrides
- H10N70/8833—Binary metal oxides, e.g. TaOx
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
本发明公开了存储器技术领域内的一种阻变存储器及其制备方法，包括自下而上依次设置的底电极、介质层和顶电极，底电极为活性电极Ag、Cu或亲氧电极W、Ti、TiN中的一种，介质层包括至少一种氧化层和一种聚合物的薄膜，顶电极包括惰性电极Pt、Au或Pd中的一种；使用本发明制备出的阻变存储器开关比高，提高复位电压的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于存储器技术领域，特别涉及一种阻变存储器及其制备方法。
背景技术
阻变存储器是具有典型的金属-绝缘体-金属三明治结构的两端电子器件，电极材料又可以主要分为活性电极（铜、银等）、惰性电极（铂、金等）、亲氧电极（钨、钛等）三类。由于阻变存储器具有存储密度高、能耗低、快的切换速度等等，它被认为是数据存储、下一代计算、在忆阻器神经突触方面应用的有望候选者。阻变开关层材料可以分为二元金属氧化物、有机材料、固态电解质材料、硫系化合物半导体材料和钙钛矿结构氧化物，侧重于从阻变存储器的阻变开关层来分析，基于单层开关层的阻变存储器相较于基于双层或者多层开关层的阻变存储器的电学性能要差很多，集中体现在器件开关电压分配的不均匀性、较大的激活电压、阻变开关层小10 nm尺度下开关比小等不足。现有技术中制备出的阻变存储器，测试过程中需要繁琐的激活过程，器件的开关比小，器件开关的电压分布差异性大。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中的不足之处，提供一种阻变存储器及其制备方法，解决了现有技术中制备出来的存储器开关比小的技术难题，使用本发明制备出来的阻变存储器开关比大，无需激活过程。
本发明的目的是这样实现的：一种阻变存储器及其制备方法，包括自下而上依次设置的底电极、介质层和顶电极，底电极活性电极Ag、Cu或亲氧电极W、Ti、TiN中的一种，所述介质层包括至少一种氧化层和一种聚合物的薄膜，所述顶电极包括惰性电极Pt、Au或Pd中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述底电极的厚度为60-100 nm。
作为本发明的进一步改进，所述介质层的厚度为4-20 nm。
作为本发明的进一步改进，所述顶电极的厚度为60~100 nm。
作为本发明的进一步改进，所述介质层为氧化铪层、氧化钛层、氧化锆层、氧化铝、聚酰亚胺层中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的进一步改进，所述介质层为氧化铪和聚酰亚胺、氧化铝层中的任意两种材料沉积得到的均匀双层膜。
作为本发明的进一步改进，所述介质层采用沉积法制备，介质层包括从下往上依次沉积的介质层一和介质层二，所述介质层一为氧化铝或聚酰亚胺，介质层一和介质层二的材料不同。
为了进一步提高器件开关比，所述介质层一为氧化铝和聚酰亚胺依次沉积得到的薄膜，所述介质层二为氧化铪层；此设计中，介质层的整体厚度为8 nm，意外发现将聚酰亚胺和氧化铪垂直叠层可增加存储器开关比，提高高复位电压均匀性。
制备阻变存储器的方法，包括以下步骤：
（1）对Si/SiO2衬底表面进行标准的清洗过程，清洗结束后使用氮气枪吹干，准备制备底电极；
（2）采用射频磁控溅射的方法生长底电极，Ar流量为20 sccm，溅射压力为0.1~1Pa，溅射功率80~120 W，溅射源偏压为0~30 V；
（3）将高温胶剪成若干段，十字交叉粘贴在步骤（2）做完电极的衬底表面；
（4）采用原子层沉积的方法制备得到介质层，生长温度为150~250 ℃；
（5）采用紫外光刻的方法制备出顶电极图案；
（6）采用射频磁控溅射在步骤（5）的样品上沉积20 min的Pt，厚度为60~100 nm，所述射频磁控溅射的溅射压力设置为0.1~1 Pa，气氛为Ar，流量为10~30 sccm，生长温度为20~85 ℃，施加偏压为0~5 V。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（2）中底电极的溅射压力为0.5 Pa，溅射功率为120 W， 施加偏压为30 V；所述步骤（4）中，生长温度为200 ℃；所述步骤（6）中，溅射压力设置为0.45 Pa，流量为20 sccm，生长温度为20～25 ℃，Pt的厚度为80 nm。
本发明与现有技术相比，本发明中选用的顶电极、底电极以及介质层材料都是比较致密的纳米级厚度的薄膜材料，底电极选用钛，钛金属具有很好的氧亲和性，能够吸收介质层中的氧原子并在钛电极与介质层之间形成一层界面层，在器件复位过程起到很好的缓冲作用，有助于复位过程彻底快速地完成，同时，对器件的稳定性及开关速度有很大地提升；意外的发现，介质层采用氧化铪、聚酰亚胺和氧化铝进行垂直结构均匀叠层，氧化铝或聚酰亚胺层位于底电极和氧化铪层之间，可提高存储器的高阻态电阻值，从而提高器件开关比，其中属于聚合物类别的聚酰亚胺与氧化铪垂直叠层也是聚合物和氧化物两种不同类型材料的首次匹配；制备出来的存储器不需要激活过程，大大降低器件操作的繁琐性；实现了介质层厚度小于10 nm厚度的氧化铪基阻变存储器高开关比、高复位电压均匀性，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明中阻变存储器的结构示意图。
图2为本发明中阻变存储器的电极图案光学显微镜图。
图3为本发明中得到的阻变存储器底电极Ti扫描电子显微镜图。
图4为本发明中得到的阻变存储器底电极Pt扫描电子显微镜图。
图5为本发明实施例1制备的Ti/PI/HfOx/Pt结构器件的电学性能测试I-V图。
图6为本发明实施例2制备的Ti/AlOx/HfOx/Pt结构器件的电学性能测试I-V图。
图7为本发明中对实施例3制备的Ti/HfOx/Pt结构器件的电学性能测试I-V图。
图8为本发明中对实施例1制备得到的器件的稳定性测试图。
图9为本发明中对实施例1制备得到的器件经过2000 s稳定性测试之后的I-V特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示的一种阻变存储器，包括自下而上依次设置的底电极、介质层和顶电极，底电极活性电极Ag、Cu或亲氧电极W、Ti、TiN中的一种，所述介质层包括至少一种氧化层和一种聚合物的薄膜，所述顶电极包括惰性电极Pt、Au或Pd中的一种；底电极的厚度为60-100 nm，介质层的厚度为4-20 nm，顶电极的厚度为60~100 nm；介质层为氧化铪层、氧化钛层、氧化锆层、氧化铝、聚酰亚胺层中的任意一种或至少两种的组合。
制备阻变存储器的方法，包括以下步骤：
（1）对Si/SiO2衬底表面进行标准的清洗过程，清洗结束后使用氮气枪吹干，准备制备底电极；
（2）采用射频磁控溅射的方法生长底电极，Ar流量为20 sccm，溅射压力为0.1~1Pa，溅射功率80~120 W，溅射源偏压为0~30 V；
（3）将高温胶剪成若干段，十字交叉粘贴在步骤（2）做完电极的衬底表面；
（4）采用原子层沉积的方法制备得到介质层，生长温度为150~250 ℃；
（5）采用紫外光刻的方法制备出顶电极图案；
（6）采用射频磁控溅射在步骤（5）的样品上沉积20 min的Pt，厚度为60~100 nm，所述射频磁控溅射的溅射压力设置为0.1~1 Pa，气氛为Ar，流量为10~30 sccm，生长温度为20~85 ℃，施加偏压为0~5 V。
其中，步骤（1）中采用超声波清洗，先后分别用丙酮、异丙醇或乙醇、去离子水清洗；步骤（2）中底电极的溅射压力为0.5 Pa，溅射功率为120 W， 施加偏压为30 V；所述步骤（4）中，生长温度为200 ℃；所述步骤（6）中，溅射压力设置为0.45 Pa，流量为20 sccm，生长温度为20～25 ℃，Pt的厚度为80 nm。
实施例1
一种阻变存储器，包括自下而上依次设置的底电极、介质层和顶电极，底电极优选为钛，介质层优选为氧化铪和聚酰亚胺层的组合，顶电极优选为Pt和Au。
制备阻变存储器的方法，包括以下步骤，
（1）将3 cm*3 cm的Si/SiO2片分别在丙酮、异丙醇、去离子水中超声清洗，每次15分钟，随后用氮气吹干，置于干净的器皿中；
（2）射频磁控溅射Ti电极（100 nm），本体真空5*10-4 Pa，Ar流量为20 sccm，溅射压力为0.5 Pa，溅射功率120 W，溅射源偏压为30 V；
（3）将高温胶剪成两条0.5 cm×3 cm大小（高温胶中50%的含量为聚酰亚胺），高温胶上表面为聚酰亚胺，高温胶的下表面为具有黏附性的硅胶，十字交叉粘贴在步骤（2）做完Ti底电极的衬底表面，胶带两边压紧，中间适当黏附，然后置于洁净的塑料器皿中备用；
（4）采用四（二甲氨基）铪作为氧化铪源，dose（剂量）时间为0.15 s，净化时间为30s；水作为氧源，dose（剂量）时间为0.015 s，净化时间为30 s，按照此顺序为一个周期，每个周期膜的厚度为0.12 nm，依次循环58个周期，源加热温度为75 ℃，净化和载气为氮气，流量为20 sccm，反应腔室的温度为200 ℃，结合Ti/HfOx界面的聚酰亚胺的厚度，经光谱椭偏仪测得介质层厚度为8 nm；
（5）将步骤（4）中的样品使用AZ5214E紫外光刻胶进行匀胶，匀胶机转速为4000 r/min，时间30 s，然后至于100 ℃的加热台上烘1 min，最终光刻胶厚度大约1500 nm，紧接着使用双面对准接触式紫外光刻机(Ma-6)曝光出预先设计好的Pt顶电极图案，曝光时间9 s，坚膜1 min，显影（时间1 min），定影（时间30 s），然后将样品置于塑料器皿中备用；
（6）使用射频磁控溅射在步骤（5）的样品上沉积Pt顶电极，溅射功率为20 W，本体真空为4.5×10-4 Pa，溅射压力0.45 Pa，溅射时间为20 min，反应腔室温度为20 ℃，最终，经光谱椭偏仪测量Pt的厚度80 nm，从而得出Pt的沉积速率为4 nm/min；
（7）将十字交叉的胶带轻轻揭开，保证底电极Ti表面的平整，露出探针可接触Ti底电极；
（8）剥离：将做好的器件用镊子夹取放入盛有丙酮的烧杯中，用胶头滴管吸取丙酮溶液不断吹拭器件表面，更换丙酮4-5次，试图剥离电极周围的Pt，然后将器件转移到盛有丙酮的另一个烧杯中，用封口膜封好，尝试使用40%功率的超声仪进行超声处理，超声30 s，用胶头滴管吹去周围残余的Pt，反复操作3次，拿出来然后分别用异丙醇、去离子水超声清洗10 min，然后用氮气枪吹干，最终，通过显微镜观察到完好的器件图案。
阻变存储器的结构示意图如图1所示，器件从下往上分别为底电极Ti、介质层聚酰亚胺和氧化铪、顶电极Pt；图2为存储器显微镜下的实物图，为了进一步验证电极形貌的平整性，采用超高分辨冷场发射扫描电子显微镜对Ti、Pt电极表面形貌进行了观测，如图3和图4所示。
其中，dose时间为0.15 s，是指充入四（二甲氨基）铪作为氧化铪源的时间，dose（剂量）时间为0.015 s，是指充入水作为氧源的时间，步骤（3）中采用高温胶可以在步骤（7）剥离的时候露出Ti电极，同时在继续沉积氧化铪时，在胶带边缘具有叠层的PI/HfOx结构（这种结构一是氧化铪与高温胶界面的PI面的黏附性、二是高温分解引起）；步骤（5）中的显影液为AZ300mif，定影液为去离子水，取适量即可；光谱椭偏仪的型号为SE-850；步骤（5）中使用台阶仪测量得到的匀胶好的胶厚为1400 nm-1500 nm。
本发明中，定义本文中所使用的的术语如下：
术语“HfOx”是指：铪氧化合物；
术语“AlOx”是指：铝氧化合物；
术语“SiO2 ”是指：二氧化硅；
术语“PI”是指：聚酰亚胺。
实施例2
与实施例1的区别在于，步骤（4）中先采用热原子层沉积4 nm氧化铝，再沉积4 nm氧化铪，其中，采用三甲基铝作为氧化铝源，水作为氧源，源加热温度为25 ℃，净化和载气为氮气，流量为20 sccm，反应腔室的温度为200 ℃，介质层厚度为8 nm。
实施例3
本实施例与实施例1和实施例2的区别在于，步骤（4）中中沉积单层氧化铪，整体介质层厚度为8 nm。
对制备得到的忆阻器进行如下电学性能测试：电学性能测试被实施通过型号为FS380的半导体参数分析仪（FS-Pro），将样品至于探针台上，并将两个探针分别与待测电极接触，如图1所示，其中，Pt电极接地，Ti电极加正负偏压，电压从0.5 V开始增加，扫描模式设置为双向，扫描速度为5 mv/s，钳位电流设置为10 mA，当器件激活时，即可重复进行扫描；如图5所示（对应实施例1），从图5中可以看到，电压扫掠范围-2-2 V，当电压为1.5 V，器件阻态开始发生转变，由高阻态转变成低阻态及“1”状态，且展现出自钳位特性，当在钛底电极添加负压时，器件慢慢从低阻态转变到高阻态，及“0”状态，器件具有非常均一的复位I-V特性，重合率接近100%；图8为器件的稳定性测试，器件具有很好的高低阻态保持特性，其中读取电压为0.2 V，可以看出器件具有优秀的开关比~2000；图6中，对应实施例2器件的I-V特性，器件具有比较好的开关均一性，但器件的存储窗口小于100，并且器件需要繁琐的激活电压，器件的开关电压小于0.8 V；图7对应实施例3，为单层氧化铪作为介质层的阻变存储器，器件的开关电压分布非常分散，且器件需要繁琐的激活过程，开关比小于100；同实施例1相比，就开关比和器件电压分布来讲实施例1具有绝对的优势；为了验证实施例1中Ti、PI、AlOx、Pt结构制备的器件的可靠性，在经过2000 s稳定性测试之后器件仍具有优越的阻变开关特性，如图9所示。
综上所示，使用实施例1的方法制备出的阻变存储器的性能是最优的；其中，Voltage为电压，Current为电流。
本发明与现有技术相比，本发明中选用的顶电极、底电极以及介质层材料都是比较致密的纳米级厚度的薄膜材料，底电极选用钛，钛金属具有很好的氧亲和性，能够吸收介质层中的氧原子并在钛电极与介质层之间形成一层界面层，在器件复位过程起到很好的缓冲作用，有助于复位过程彻底快速地完成，同时，对器件的稳定性及开关速度有很大地提升；意外的发现，介质层采用氧化铪、聚酰亚胺和氧化铝进行垂直结构均匀叠层，氧化铝或聚酰亚胺层位于底电极和氧化铪层之间，可提高存储器的高阻态电阻值，从而提高器件开关比，其中属于聚合物类别的聚酰亚胺与氧化铪垂直叠层也是聚合物和氧化物两种不同类型材料的首次匹配；制备出来的存储器不需要激活过程，大大降低器件操作的繁琐性；实现了介质层厚度小于10 nm厚度的氧化铪基阻变存储器高开关比、高复位电压均匀性，具有广泛的应用前景。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：
（1）将3 cm*3 cm的Si/SiO2片分别在丙酮、异丙醇、去离子水中超声清洗，每次15分钟，随后用氮气吹干，置于干净的器皿中；
（2）射频磁控溅射Ti电极100 nm，本体真空5*10-4 Pa，Ar流量为20 sccm，溅射压力为0.5 Pa，溅射功率120 W，溅射源偏压为30 V；
（3）将高温胶剪成两条0.5 cm×3 cm大小，高温胶中50%的含量为聚酰亚胺，高温胶上表面为聚酰亚胺，高温胶的下表面为具有黏附性的硅胶，十字交叉粘贴在步骤（2）做完Ti底电极的衬底表面，胶带两边压紧，中间适当黏附，然后置于洁净的塑料器皿中备用；
（4）采用四（二甲氨基）铪作为氧化铪源，dose剂量时间为0.15 s，净化时间为30 s；水作为氧源，dose剂量时间为0.015 s，净化时间为30 s，按照此顺序为一个周期，每个周期膜的厚度为0.12 nm，依次循环58个周期，源加热温度为75℃，净化和载气为氮气，流量为20sccm，反应腔室的温度为200℃，结合Ti/HfOx界面的聚酰亚胺的厚度，经光谱椭偏仪测得介质层厚度为8 nm；
（5）将步骤（4）中的样品使用AZ5214E紫外光刻胶进行匀胶，匀胶机转速为4000 r/min，时间30 s，然后至于100℃的加热台上烘1 min，最终光刻胶厚度1500 nm，紧接着使用双面对准接触式紫外光刻机Ma-6曝光出预先设计好的Pt顶电极图案，曝光时间9 s，坚膜1 min，显影时间1 min，定影时间30 s，然后将样品置于塑料器皿中备用；
（6）使用射频磁控溅射在步骤（5）的样品上沉积Pt顶电极，溅射功率为20 W，本体真空为4.5×10-4 Pa，溅射压力0.45 Pa，溅射时间为20 min，反应腔室温度为20℃，最终，经光谱椭偏仪测量Pt的厚度80 nm，从而得出Pt的沉积速率为4 nm/min；
（7）将十字交叉的胶带轻轻揭开，保证底电极Ti表面的平整，露出探针可接触Ti底电极；
（8）剥离：将做好的器件用镊子夹取放入盛有丙酮的烧杯中，用胶头滴管吸取丙酮溶液不断吹拭器件表面，更换丙酮4-5次，试图剥离电极周围的Pt，然后将器件转移到盛有丙酮的另一个烧杯中，用封口膜封好，尝试使用40%功率的超声仪进行超声处理，超声30 s，用胶头滴管吹去周围残余的Pt，反复操作3次，拿出来然后分别用异丙醇、去离子水超声清洗10min，然后用氮气枪吹干，最终，通过显微镜观察到完好的器件图案。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011421662.8A CN112510148B (zh) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | 一种阻变存储器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011421662.8A CN112510148B (zh) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | 一种阻变存储器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112510148A CN112510148A (zh) | 2021-03-16 |
| CN112510148B true CN112510148B (zh) | 2023-03-17 |
Family
ID=74971503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011421662.8A Active CN112510148B (zh) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | 一种阻变存储器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112510148B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113506851B (zh) * | 2021-07-08 | 2023-07-07 | 南京邮电大学 | 一种低功耗卟啉锌忆阻器及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101542728A (zh) * | 2006-11-22 | 2009-09-23 | 日本电气株式会社 | 非易失性存储器件 |
| CN101630719B (zh) * | 2009-07-24 | 2011-01-26 | 北京大学 | 一种阻变存储器及其制备方法 |
| CN102104110A (zh) * | 2010-11-16 | 2011-06-22 | 复旦大学 | 一种阻变特性优化的阻变存储器及其制备方法 |
| CN102810634B (zh) * | 2012-07-25 | 2015-10-14 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种高稳定性的电阻式随机存储器及其制备方法 |
| CN105206744A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-12-30 | 电子科技大学 | 一种双层薄膜结构的柔性阻变存储器及其制备方法 |
| CN106206944A (zh) * | 2016-09-29 | 2016-12-07 | 南京大学 | 一种纳米薄膜忆阻器及其制备方法 |
| CN106601910B (zh) * | 2016-12-23 | 2018-10-09 | 河北大学 | 一种有机电极阻变存储器及其制备方法 |
| CN107104184A (zh) * | 2017-06-23 | 2017-08-29 | 河南工程学院 | 一种溶胶凝胶薄膜柔性阻变存储器及其制备方法 |
| CN108831992B (zh) * | 2018-04-24 | 2020-12-18 | 湖北大学 | 一种铪掺杂氧化锌阻变层的阻变存储器及其制备方法 |
| CN110165052B (zh) * | 2019-05-31 | 2023-04-25 | 湘潭大学 | 一种无机柔性阻变存储器及其制备方法 |
| CN111883656A (zh) * | 2020-09-11 | 2020-11-03 | 国家纳米科学中心 | 一种忆阻器及其制备方法 |
-
2020
- 2020-12-08 CN CN202011421662.8A patent/CN112510148B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112510148A (zh) | 2021-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109638154B (zh) | 一种基于铪钛氧复合薄膜的柔性选通管器件及其制备方法 | |
| CN111883656A (zh) | 一种忆阻器及其制备方法 | |
| CN108511604B (zh) | 基于多巴胺的自聚电存储材料及其制备方法与在电存储器件中的应用 | |
| CN108231823B (zh) | 一种基于氧化锆隧穿层的氧化铌选通器件及其制造方法 | |
| CN112510148B (zh) | 一种阻变存储器及其制备方法 | |
| Singh et al. | Atomic layer deposition of transparent VOx thin films for resistive switching applications | |
| CN101692463B (zh) | 一种混合纳米晶存储器的电容结构及其制备方法 | |
| CN104733612A (zh) | 一种阻变存储器及其制备方法 | |
| CN106953006A (zh) | 一种SiO2 掺杂Sb纳米相变薄膜材料及其制备方法与用途 | |
| CN107681049B (zh) | 一种避免误读的阻变存储器及制备方法 | |
| US20110132745A1 (en) | Method of fabricating variable resistance layer for resistance memory | |
| CN102208346B (zh) | 非易失性电荷捕获型存储器件、其制备方法及应用 | |
| CN115915913A (zh) | 双层氧化物阻变存储器及制备方法和计算机硬件、计算机 | |
| CN107293643B (zh) | 一种基于卤化铅的阻变存储器 | |
| CN113113538A (zh) | 一种基于铝掺杂氧化铌的抗串扰阻变器件及其制备方法 | |
| CN105098065A (zh) | 一种电阻型随机存储器的存储单元的制备方法及其产品 | |
| CN107768518B (zh) | 一种用于相变存储器的Al/Ge10Sb90类超晶格相变薄膜材料及制备方法 | |
| CN114784184A (zh) | 一种初始周期高低阻态稳定的阻变存储器及其制备方法 | |
| CN106783854B (zh) | 一种黑磷烯薄膜存储器及其制备方法 | |
| CN110137357A (zh) | 良柔性三明治型pn结电存储器件 | |
| CN112993157B (zh) | 一种水平结构的忆阻器及均一性优化方法 | |
| CN112289929B (zh) | 一种氧化铌选通管 | |
| CN116600572A (zh) | 一种异质集成型阻变存储器及其制备方法 | |
| CN116600632B (zh) | 一种稳定性忆容器件及其制备方法 | |
| CN115188742A (zh) | 铁电电容器结构及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |