CN112635490B - 一种低温存储器件的制备和调控方法 - Google Patents

一种低温存储器件的制备和调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电子科学技术领域的一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极;本发明通过代替传统贵金属电极设计的铁磁金属氧化物电极/铁电层/半导体电极型铁电隧道结存储器件,在35K的低温下可以实现电流开关比(电流开关比ON/OFF,开态隧穿电流值与关态隧穿电流值之比)达到~105,此外,本发明制备工艺简易,操作简便,成本低廉,可在低温下保持较好的信息存储及转换的性能,本发明中的低温存储器件通过电场调控及温度调控克服传统铁电隧道结在低温下性能缺陷,拓宽了La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧道结存储器使用范围和使用性能。

Description

一种低温存储器件的制备和调控方法
技术领域
本发明涉及电子科学技术领域,具体为一种低温存储器件的制备和调控方法。
背景技术
基于未来的社会挑战和信息技术领域的相关要求,如与实现万物互联的物联网相关的“大数据”计算、存储和处理的不断革新,最终将会推动系统存储和访问数据的方式必须发生根本性的改变。其中,非破坏性读取、高密度、高速度和低损耗等关键因素是当今信息存储的新要求。阻变随机存储器(ReRAM)被认为是可以替代闪存的主要器件。在近几年里ReRAM技术取得了突破性的进展,但随着极地探索等领域研究不断深入,常温状态下的电子器件很难适应低温、低压等极端环境的使用。
根据量子机制,在铁电隧道结中隧穿透过率与隧穿层与金属电极之间的势垒宽度和势垒高度的密切相关。若能够很好地调制隧道结中的势垒的几何形态,就可以增强铁电隧道结的隧穿电阻效应(TER)。然而,在传统的金属/铁电/金属组成的铁电隧道结中,因为受到金属电极屏蔽长度太短的限制,导致其无法获得较高的TER。近期,通过发现一种新的隧穿异质结构,即正常的铁电隧道结中通过重掺杂半导体电极来替换金属电极。在这种金属/铁电/半导体(Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3)铁电隧道结中,由于铁电场效应,不仅可以电场调制势垒的高度,而且还可以电场调制势垒的宽度。然而这种金属/铁电/半导体型隧道结器件仅局限于室温下实现信息存储调制,在低温下很难实现隧穿效应,导致电流开关比(ON/OFF,开态隧穿电流值与关态隧穿电流值之比)比降低。
因此,如何制备在低温下高开关效应的铁电存储器件并进行有效调控是当下亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温存储器件的制备和调控方法,以解决上述背景技术中提出问题。
为实现上述目的,本发明提供如下方案予以实现:本发明提供了一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
优选的,所述铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,所述n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,所述Au的导电性质优异。
优选的,步骤S1中,所述球磨转速为215rpm,球磨时间为48h;步骤S2中,所述烧结温度为1000-1200℃,升温速率1-5℃/min,保温时间为12-72h。
优选的,步骤S3中,所述激光功率为120-260mJ,氧分压为2×10-3-1.2×10-2mbar,衬底加热温度在700-850℃,保温时间0.5-2h;步骤S4中,氧分压1×102-3×102mbar,退火温度为750-950℃,保温24h进行退火。
优选的,步骤S5中,所述La0.7Sr0.3MnO3电极层的直径为20μm,厚度为15u.c;BaTiO3电极层的厚度为6u.c,面积1.5cm×1.5cm;Au电极层的厚度为50μm、20nm。
本发明提供了一种低温存储器件的调控方法,具体包括以下步骤:
(1)将上述低温存储器件置于强磁场低温测试输运系统,将测试温度从室温逐渐降至一定温度进行输运测试;
(2)固定步骤(1)中某一特定温度,外加一定电压,通过一定电压读取器件存储信息实现低温存储器件的开关态电场及温场调控;
(3)重复S1及S2步骤数次,保持一定时间进行疲劳测试判断器件调控稳定性。
优选的,步骤(1)中,一定温度为10K;步骤(2)中,固定温度为300-10K,外加电压在2-5V,读取电压0.1-1V。
本发明的有益效果是:
本发明中的低温存储器件(La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧道结存储器)结构是多元复合结构,铁磁金属氧化物电极/铁电层/半导体电极型结构新颖,在结构中,保留原有铁电层/半导体电极结构,利用半导体型Nb:SrTiO3底电极,在空间电荷区提供了一个额外的肖特基式的屏障,从而增强了TER;同时,使用La0.7Sr0.3MnO3代替Pt、Au等贵金属作为上电极,充分利用La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3界面效应,例如轨道重组、阳离子扩散、量子效应等进行隧穿性质优化,此外这些界面效应与外加电场的方向、大小以及环境温度的变化密切相关,由此拓展了传统铁电隧道结器件特性,同时弥补传统金属/铁电层/半导体型铁电隧道结器件低温隧穿性质的不足;
本发明通过代替传统贵金属电极设计的La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3,铁磁金属氧化物电极/铁电层/半导体电极型铁电隧道结存储器件,充分利用了铁电金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3电极的两个关键的要素,首先是La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3界面磁交换作用随着铁电极化方向的变化,达到调节界面电阻的变化进而影响隧穿电流,其次就是充分利用La0.7Sr0.3MnO3薄膜的输运性质,尤其是在低温下的电子-电子相互作用与La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3界面磁交换作用的竞争机制实现了低温可调信息存储性质,在35K的低温下可以实现电流开关比(电流开关比ON/OFF,开态隧穿电流值与关态隧穿电流值之比)达到~105,此外,本发明中的低温存储器件通过电场调控及温度调控克服传统铁电隧道结在低温下性能缺陷,拓宽了La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3铁电隧道结存储器使用范围和使用性能;
本发明制备工艺简易,操作简便,成本低廉,可在低温下保持较好的信息存储及转换的性能;本发明实用性好,适合大规模生产,适用于变温环境下进行信息存储及数据调控,有助于高性能、高功率、低损耗的存储器件的设计和发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中低温存储器件示意图及STEM图;
图2为本发明实施例1中低温存储器件隧穿电流随温度变化图及器件I-V特性曲线图。
NSTO为Nb:SrTiO3电极层;BTO为BaTiO3电极层;LSMO为La0.7Sr0.3MnO3电极层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为150rpm,球磨时间为12h;步骤S2中,烧结温度为1000℃,升温速率2℃/min,保温时间为12h;步骤S3中,激光功率为120mJ,氧分压为2×10-3mbar,衬底加热温度在700℃,衬底升温速率1℃/min,保温时间0.5h;步骤S4中,氧分压1.7×102mbar,以2℃/min的加热速率升至退火温度为750℃,保温12h进行退火;步骤S5中,La0.7Sr0.3MnO3电极层的直径为20μm,厚度为15u.c;BaTiO3电极层的厚度为6u.c,面积1.5cm×1.5cm;Au电极层的厚度为50μm、20nm。
本发明提供了一种低温存储器件的调控方法,具体包括以下步骤:
(1)将上述低温存储器件置于强磁场低温测试输运系统,将测试温度从室温逐渐降至一定温度进行输运测试;
(2)固定步骤(1)中某一特定温度,外加一定电压,通过一定电压读取器件存储信息实现低温存储器件的开关态电场及温场调控;
(3)重复S1及S2步骤数次,保持一定时间进行疲劳测试判断器件调控稳定性。
步骤(1)中,一定温度为10K;步骤(2)中,固定温度为300-10K,外加电压在4V,读取电压0.1V。
实施例2
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为180rpm,球磨时间为20h;步骤S2中,烧结温度为1100℃,升温速率2℃/min,保温时间为18h;步骤S3中,激光功率为140mJ,氧分压为3.5×10-3mbar,衬底加热温度在750℃,衬底升温速率2℃/min,保温时间1h;步骤S4中,氧分压1×102mbar,以3℃/min的加热速率升至退火温度为800℃,保温24h进行退火。
实施例3
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为200rpm,球磨时间为24h;步骤S2中,烧结温度为1200℃,升温速率3℃/min,保温时间为24h;步骤S3中,激光功率为180mJ,氧分压为6.5×10-3mbar,衬底加热温度在800℃,衬底升温速率3℃/min,保温时间1h;步骤S4中,氧分压1.5×102mbar,以3℃/min的加热速率升至退火温度为850℃,保温36h进行退火。
实施例4
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为215rpm,球磨时间为48h;步骤S2中,烧结温度为1150℃,升温速率3℃/min,保温时间为36h;步骤S3中,激光功率为210mJ,氧分压为8.5×10-3mbar,衬底加热温度在820℃,衬底升温速率2℃/min,保温时间1.5h;步骤S4中,氧分压1.5×102mbar,以3℃/min的加热速率升至退火温度为820℃,保温36h进行退火。
实施例5
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为270rpm,球磨时间为45h;步骤S2中,烧结温度为1000℃,升温速率2℃/min,保温时间为40h;步骤S3中,激光功率为260mJ,氧分压为1.2×10-3mbar,衬底加热温度在850℃,衬底升温速率2℃/min,保温时间1.5h;步骤S4中,氧分压2×102mbar,以1℃/min的加热速率升至退火温度为950℃,保温36h进行退火。
实施例6
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为300rpm,球磨时间为48h;步骤S2中,烧结温度为1200℃,升温速率3℃/min,保温时间为48h;步骤S3中,激光功率为200mJ,氧分压为1.2×10-3mbar,衬底加热温度在750℃,衬底升温速率3℃/min,保温时间1.5h;步骤S4中,氧分压2.5×102mbar,以3℃/min的加热速率升至退火温度为800℃,保温72h进行退火。
实施例7
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为300rpm,球磨时间为35h;步骤S2中,烧结温度为1150℃,升温速率2℃/min,保温时间为60h;步骤S3中,激光功率为255mJ,氧分压为1.2×10-3mbar,衬底加热温度在850℃,衬底升温速率3℃/min,保温时间1.5h;步骤S4中,氧分压3×102mbar,以3℃/min的加热速率升至退火温度为850℃,保温36h进行退火。
实施例8
一种低温存储器件,具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极。
铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,Au的导电性质优异。
本发明提供了一种低温存储器件的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
步骤S1中,球磨转速为300rpm,球磨时间为35h;步骤S2中,烧结温度为1250℃,升温速率3℃/min,保温时间为72h;步骤S3中,激光功率为245mJ,氧分压为1.2×10-3mbar,衬底加热温度在700℃,衬底升温速率3℃/min,保温时间1.5h;步骤S4中,氧分压3×102mbar,以1℃/min的加热速率升至退火温度为950℃,保温72h进行退火。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种低温存储器件,其特征在于,该低温存储器件具有低温高电流开关特性且可实现外场电控,以铁电材料BaTiO3作为隧穿层,分别以铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3、n型掺杂Nb:SrTiO3和Au作为低温存储器件的上电极、底电极和顶电极;
该低温存储器件的制备方法包括以下步骤:
S1:将13.8wt%氧化镧粉末、50.3wt%氧化锶粉末和35.9wt%氧化锰粉末均匀混合,得到混合粉末A;将85wt%钛酸钡粉末和15wt%氧化钛粉末均匀混合,得到混合粉末B,将混合粉末A、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末A;将混合粉末B、球磨介质和酒精按质量比1:1.25:1.2置于球磨罐内球磨,得到球磨粉末B;
S2:将球磨粉末A和球磨粉末B分别放入箱式炉中加热烧结,随后均通过单项压片机压成生胚,生胚通过固相烧结法进行烧结,得到La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材;
S3:将La0.7Sr0.3MnO3和BaTiO3陶瓷靶材置于脉冲激光沉积系统的腔体内,选用n型掺杂Nb:SrTiO3作为衬底,分别进行BaTiO3陶瓷靶材和La0.7Sr0.3MnO3的沉积,得到La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结;
S4:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结取出并置于管式炉中通入氧气进行退火;
S5:将La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/Nb:SrTiO3异质结进行光刻及化学刻蚀处理,再蒸镀一层Au电极,制得低温存储器件。
2.根据权利要求1所述的一种低温存储器件,其特征在于,所述铁磁金属氧化物La0.7Sr0.3MnO3在低温下具有量子效应,所述n型掺杂Nb:SrTiO3为0.7wt%Nb掺杂SrTiO3,所述Au的导电性质优异。
3.根据权利要求1所述的一种低温存储器件,其特征在于,步骤S1中,球磨转速为215rpm,球磨时间为48h;步骤S2中,烧结温度为1000-1200℃,升温速率1-5℃/min,保温时间为12-72h。
4.根据权利要求3所述的一种低温存储器件,其特征在于,步骤S3中,激光功率为120-260mJ,氧分压为2×10-3-1.2×10-2mbar,衬底加热温度在700-850℃,保温时间0.5-2h;步骤S4中,氧分压1×102-3×102mbar,退火温度为750-950℃,保温24h进行退火。
5.根据权利要求4所述的一种低温存储器件,其特征在于,步骤S5中,所述La0.7Sr0.3MnO3电极层的直径为20μm,厚度为15u.c;BaTiO3电极层的厚度为6u.c,面积1.5cm×1.5cm;Au电极层的厚度为50μm、20nm。
6.根据权利要求1所述的一种低温存储器件,其特征在于,该低温存储器的调控方法包括以下步骤:
(1)将上述低温存储器件置于强磁场低温测试输运系统,将测试温度从室温逐渐降至一定温度进行输运测试;
(2)固定步骤(1)中某一特定温度,外加一定电压,通过一定电压读取器件存储信息实现低温存储器件的开关态电场及温场调控;
(3)重复S1及S2步骤数次,保持一定时间进行疲劳测试判断器件调控稳定性。
7.根据权利要求6所述的一种低温存储器件,其特征在于,步骤(1)中,一定温度为10K;步骤(2)中,固定温度为300-10K,外加电压在2-5V,读取电压0.1-1V。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337250A (zh) * 2013-07-03 2013-10-02 南京大学 一种非挥发阻变存储器
CN109599486A (zh) * 2018-11-30 2019-04-09 中国科学技术大学 一种基于多铁异质结构的阻变存储器
CN111146338A (zh) * 2019-11-18 2020-05-12 华南师范大学 一种铁电二极管储存器及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337250A (zh) * 2013-07-03 2013-10-02 南京大学 一种非挥发阻变存储器
CN109599486A (zh) * 2018-11-30 2019-04-09 中国科学技术大学 一种基于多铁异质结构的阻变存储器
CN111146338A (zh) * 2019-11-18 2020-05-12 华南师范大学 一种铁电二极管储存器及其制备方法

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