CN113823735A - 一种自整流且可电致阻变的电存储器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自整流且可电致阻变的电存储器及其制备方法。本发明所述自整流且可电致阻变的电存储器，包括N型单晶硅半导体层、P型SnO半导体层和图案化镍电极；其中P型SnO半导体层部分覆盖在N型单晶硅半导体层表面，图案化镍电极设置在P型SnO半导体层表面和未覆盖的N型单晶硅半导体层表面。本发明电存储器具有极高的整流比和开关比，信息存储的可靠性高，同时可以实现低功耗驱动。
Description
技术领域
本发明属于信息存储领域，具体涉及一种自整流且可电致阻变的电存储器及其制备方法。
背景技术
随着信息技术的飞速发展，信息存储技术的需求也在不断提升。提升存储密度、存储速度、提高可靠性、降低成本、降低功耗等成为当前存储技术需要攻克的难点和重点。
随机阻变存储器(RRAM)被认为是下一代最具潜力的闪存技术之一，在信息存储领域应用前景广阔。3D叠层结构的无源阵列集成式RRAM的提出显著提升存储密度，有效减小存储器体积。但3D堆叠结构共用电极的现状容易导致存储单元中潜在电流路径的产生，导致存储信息“0”和“1”的表达出现错误，从而造成存储信息的误读，严重影响信息存储的可靠性。针对上述问题，目前主流的解决方式通常是在单个信息存储单元连接一个整流二极管，通过二极管的整流特性解决信息误读的问题。对从工艺角度出发，新结构的引入需要重新评估整体工艺的兼容性，需要对生产工艺和设备进行调整和优化，二极管的引入无疑极大的增加了存储单元制备的工艺难和生产周期，进而导致成本上升。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种自整流且可电致阻变的电存储器。
本发明所述电存储器为一种可实现电致阻变且具备极高开关比的自整流二极管，可以在较低的驱动电压下实现二极管由低阻态到高阻态的转变，从而实现“0”和“1”的信息存储，且二极管本身具备极好的整流特性，可以有效解决信息存储过程中的信息误读问题。本发明所述电存储器同时兼具可存储和自整流的特点。
本发明的另一目的在于提供上述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法。
本发明所述电存储器结构简单，制备工艺简便，可以有效降低工艺难度和生产成本。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种自整流且可电致阻变的电存储器，包括N型单晶硅半导体层、P型SnO半导体层和图案化镍(Ni)电极；
其中P型SnO半导体层部分覆盖在N型单晶硅半导体层表面，图案化镍(Ni)电极设置在P型SnO半导体层表面和未覆盖的N型单晶硅半导体层表面。
优选地，所述P型SnO半导体层的厚度为110～140nm。
上述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以N型单晶硅作为异质结的N型半导体层，掩膜版覆盖单晶硅的部分表面，在N型单晶硅裸露的表面上沉积P型SnO半导体层；
(2)通过掩膜版在P型SnO半导体层以及未沉积P型SnO半导体层的N型单晶硅表面上制备图案化镍电极；得到自整流且可电致阻变的电存储器。
优选地，步骤(1)所述P型SnO半导体层采用磁控溅射技术进行沉积，然后在真空环境中对SnO进行快速退火。
更优选地，在磁控溅射沉积SnO前，腔室真空环境压强为1×10-6～5×10-5Torr；溅射时腔室压强为8×10-4～1.2×10-3Torr；溅射功率为115～125W，溅射时间为480～540s。
更优选地，沉积所用SnO靶材的纯度为99.99％。
更优选地，退火在1×10-2～1×10-3Torr的压强下进行，采用两段式升温，先以30～40℃/s的速率升温到70～90℃，再以10℃/s的速率升温到90～110℃；保温时间为15～30min。
优选地，步骤(2)所述图案化镍电极采用磁控溅射技术进行沉积。
更优选地，沉积所用的Ni靶材的纯度为99.995％。
更优选地，在磁控溅射沉积电极前，腔室真空环境压强为1×10-6～5×10-5Torr；溅射时腔室压强为1.8×10-3～2.2×10-3Torr；溅射功率为90～110W，溅射时间为900～1200s。
本发明所提供的电存储器(即二极管)具有显著的整流特性，同时该器件具有极高的整流比(定义：相同数值的正向电压和反向电压下对应的正向电流和反向电流的比值；I+/I-)，在±2.1V下的I+/I-达到7.33×104。同时该器件具备极高的电流开关比(定义：正向电压下对应的正向电流和反向电流最小值的比值；I+/I- min；反向电流最小值：7.09×10-12Aunder-0.4V)。在正向电压为0.8V时，I+/I- min可以达到1.72×105；当正向电压为3V时，I+/I- min可以达到1.09×107，均可达到信息存储的实用标准。只需较小的写入正/负电压，就可以实现二极管由低阻态到高阻态的转变，从而实现“0”和“1”的信号存储。同时优良的整流特性可以有效避免信息误读的问题。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明电存储器具有极高的整流比和开关比(107)，均达到实用水平，信息存储的可靠性高。同类二极管需要实现该指标往往依赖二维材料，工艺复杂，成本高昂。
(2)本发明所提供的自整流式存储器的工作电压可以低于±0.8V，可以实现低功耗驱动。
(3)本发明提供的自整流式存储器的结构简单，工艺简便，制备基于成熟的N型单晶硅基板，可以和目前成熟的单晶硅工艺相匹配，实现快速的大规模制备。
附图说明
图1为本实施例中二极管式存储器的器件结构示意图。
图2(a)本实施例中存储器的电流-电压响应曲线；图2(b)对数坐标变换的电流-电压响应曲线。
图3为本实施例中存储器的整流比。
图4为本实施例中存储器的电流开关比。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例所涉及的二极管式存储器的器件结构示意图如图1所示。
本实施例所涉及的二极管式存储器的具体制备步骤如下：
(1)将1cm*1cm大小的N型单晶硅基板依次在去离子水、异丙醇、去离子水、异丙醇洗液中超声清洗10min，然后烘干备用。
(2)使用掩膜版遮挡部分单晶硅基板表面，方便后续沉积N型半导体层的电极。
(3)通过磁控溅射技术溅射纯度99.99％的SnO靶材制备SnO薄膜。溅射前的腔室真空环境压强为5×10-5Torr；溅射时腔室压强为1×10-3Torr；溅射功率为120W；溅射时间为510s。
(4)将制备的SnO薄膜使用RTA设备进行快速退火。RTA处理的腔室压强为1×10- 2Torr；进行两段式升温：先以40℃/s的速率升温到80℃，再以10℃/s的速率升温到100℃；保温时间为15min；然后以40℃/s的速率降温到室温。
(5)使用磁控溅射技术溅射纯度为99.995％的Ni靶材，通过掩膜版分别在SnO层和未沉积SnO的Si层表面制备图案化电极。溅射前的腔室真空环境压强为5×10-5Torr；溅射时腔室压强为2×10-3Torr；溅射功率为100W；溅射时间为1000s。
本实施例所提供的二极管的电流-电压响应曲线如图2所示。器件具有显著的整流特性，同时该器件具备极高的整流比(定义：相同数值的正向电压和反向电压下对应的正向电流和反向电流的比值；I+/I-)，图3为整流比随电压变化的情况，在±2.1V下的I+/I-达到7.33×104。同时该器件具备极高的电流开关比(定义：正向电压下对应的正向电流和反向电流最小值的比值，I+/I- min；反向电流最小值：7.09×10-12A under-0.4V)。图4为电流开关比随电压变化的情况，在正向电压为0.8V时，I+/I- min可以达到1.72×105；当正向电压为3V时，I+/I- min可以达到1.09×107。该器件整流比和开关比均已达到信息存储的实用水平，可以很好的实现“0”和“1”的信息存储。而低压驱动和优良的整流特性等特点，使本实施例中的二极管可以应用于高稳定、低功耗的信息存储器。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自整流且可电致阻变的电存储器，其特征在于，包括N型单晶硅半导体层、P型SnO半导体层和图案化镍电极；
其中P型SnO半导体层部分覆盖在N型单晶硅半导体层表面，图案化镍电极设置在P型SnO半导体层表面和未覆盖的N型单晶硅半导体层表面。
2.根据权利要求1所述一种自整流且可电致阻变的电存储器，其特征在于，所述P型SnO半导体层的厚度为110～140nm。
3.权利要求1或2所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以N型单晶硅作为异质结的N型半导体层，掩膜版覆盖单晶硅的部分表面，在N型单晶硅裸露的表面上沉积P型SnO半导体层；
(2)通过掩膜版在P型SnO半导体层以及未沉积P型SnO半导体层的N型单晶硅表面上制备图案化镍电极；得到自整流且可电致阻变的电存储器。
4.根据权利要求3所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述P型SnO半导体层采用磁控溅射技术进行沉积，然后在真空环境中对SnO进行快速退火。
5.根据权利要求4所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，在磁控溅射沉积SnO前，腔室真空环境压强为1×10-6～5×10-5Torr；溅射时腔室压强为8×10-4～1.2×10-3Torr；溅射功率为115～125W，溅射时间为480～540s。
6.根据权利要求4所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，所述退火在1×10-2～1×10-3Torr的压强下进行，采用两段式升温，先以30～40℃/s的速率升温到70～90℃，再以10℃/s的速率升温到90～110℃；保温时间为15～30min。
7.根据权利要求4所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，沉积所用SnO靶材的纯度为99.99％。
8.根据权利要求3所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述图案化镍电极采用磁控溅射技术进行沉积。
9.根据权利要求8所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，在磁控溅射沉积电极前，腔室真空环境压强为1×10-6～5×10-5Torr；溅射时腔室压强为1.8×10-3～2.2×10-3Torr；溅射功率为90～110W，溅射时间为900～1200s。
10.根据权利要求8所述一种自整流且可电致阻变的电存储器的制备方法，其特征在于，沉积所用的Ni靶材的纯度为99.995％。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1577549A (zh) * | 2003-07-24 | 2005-02-09 | 松下电器产业株式会社 | 信息记录介质及其制备方法 |
| US20110001109A1 (en) * | 2009-02-04 | 2011-01-06 | Takeki Ninomiya | Nonvolatile memory element |
| CN102214790A (zh) * | 2011-06-10 | 2011-10-12 | 清华大学 | 一种具有自整流效应的阻变存储器 |
| CN102280577A (zh) * | 2011-06-20 | 2011-12-14 | 北京大学 | 单极阻变器件、单极阻变存储器单元及制备方法 |
| CN103137861A (zh) * | 2011-12-01 | 2013-06-05 | 北京大学 | 存储器件、存储器阵列及其制造方法 |
| JP2014116495A (ja) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 半導体メモリ装置およびその製造方法 |
| US20140203237A1 (en) * | 2013-01-18 | 2014-07-24 | Macronix International Co., Ltd. | Self-rectified device, method for manufacturing the same, and applications of the same |
| CN104576713A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | pn结及其制备方法 |
| US20170358742A1 (en) * | 2014-12-19 | 2017-12-14 | Imec Vzw | Resistive switching memory cell |
| CN107924996A (zh) * | 2015-08-12 | 2018-04-17 | 美光科技公司 | 存储器单元 |
-
2021
- 2021-08-24 CN CN202110972240.8A patent/CN113823735A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1577549A (zh) * | 2003-07-24 | 2005-02-09 | 松下电器产业株式会社 | 信息记录介质及其制备方法 |
| US20110001109A1 (en) * | 2009-02-04 | 2011-01-06 | Takeki Ninomiya | Nonvolatile memory element |
| CN101960595A (zh) * | 2009-02-04 | 2011-01-26 | 松下电器产业株式会社 | 非易失性存储元件 |
| CN102214790A (zh) * | 2011-06-10 | 2011-10-12 | 清华大学 | 一种具有自整流效应的阻变存储器 |
| CN102280577A (zh) * | 2011-06-20 | 2011-12-14 | 北京大学 | 单极阻变器件、单极阻变存储器单元及制备方法 |
| CN103137861A (zh) * | 2011-12-01 | 2013-06-05 | 北京大学 | 存储器件、存储器阵列及其制造方法 |
| JP2014116495A (ja) * | 2012-12-11 | 2014-06-26 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 半導体メモリ装置およびその製造方法 |
| US20140203237A1 (en) * | 2013-01-18 | 2014-07-24 | Macronix International Co., Ltd. | Self-rectified device, method for manufacturing the same, and applications of the same |
| US20170358742A1 (en) * | 2014-12-19 | 2017-12-14 | Imec Vzw | Resistive switching memory cell |
| CN104576713A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | pn结及其制备方法 |
| CN107924996A (zh) * | 2015-08-12 | 2018-04-17 | 美光科技公司 | 存储器单元 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BIN LIU等: "Stable Terahertz In Situ Photo-Writable Electrically Erasable Memory with a CsPbI3:Ag/SnO2/PEDOT:PSS Hybrid Structure", APPLIED ELECTRONIC MATERIALS, no. 2, pages 1006 - 1014 * |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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