CN202523770U - 一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器。现有的电阻式存储器的读写寿命以及稳定性较差。本实用新型存储器由重掺硅衬底、二氧化锡薄膜、金属薄膜电极构成，二氧化锡薄膜位于重掺硅衬底、金属薄膜电极之间，重掺硅衬底作为电阻式随机读取存储器的下电极，金属薄膜电极作为电阻式随机读取存储器的上电极。本实用新型通过采用新型的二氧化锡薄膜作为电阻式随机读取存储器中的阻变层，可以获得良好的电阻转变特性。
Description
技术领域
本实用新型属于非挥发性随机读取存储器技术领域，涉及一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器及其制备方法。
背景技术
存储器是现代信息社会不可或缺的重要电子器件，在电子市场中占有相当大的份额。随着电子信息产业的不断发展，存储器朝着更高密度、更高速度、更低能耗、非挥发性的方向发展。传统的动态随机读取存储器和静态随机读取存储器读写速度快，但断电后储存的信息迅速丢失，需要不断刷新来维持存储的信息，因此能耗较大。非挥发性存储器具有断电后能够长期保持存储信息的优点，不需要刷新，因而能耗很低，目前已经广泛的应用在手机、数码相机和移动存储等产品上。据统计，全球非挥发性闪存的容量在过去的十年间以每年翻一翻的速度增长,市场规模越来越大。
然而与动态随机读取存储器和静态随机读取存储器相比，目前所用非挥发性闪存的器件结构与工作原理决定了其较低的存储速度。因此研究开发新一代既具动态随机读取存储器或静态随机读取存储器相当的存储速度，又具非挥发存储器断电后保持信息特性的新一代存储器具有非常重要的意义。
作为一种新型的非挥发性随机读取存储器，电阻式随机读取存储器具有功耗低、结构简单、存储速度快、可高密度集成等优点，有望成为下一代通用的非挥发性存储器。电阻存储器的结构十分简单，是基于MIM的三明治结构，其中M一般为金属电极，I为绝缘层或半导体薄膜，其中包括：二元金属氧化物薄膜（BMOs）、钙钛矿氧化物、硫系化合物和有机物等。在这些材料之中，二元金属氧化物薄膜由于材料组分简单，制备方法简单，与硅集成电路工艺相兼容等特点被认为是一类有望应用于电阻存储器的材料，也是目前研究最多的一类材料。如Nb2O5、Al2O3、Ta2O5、TiO2、NiO、ZrxO、CuxO及ZnO等等，其中，NiO和TiO2是受到关注最多的材料。SnO2作为一种重要的半导体材料，其集成优势明显，制造成本低廉，由于具有独特的电、磁和催化等特性，受到了广泛关注。然而，关于SnO2在电阻存储器的应用方面的研究却未见报道。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种基于二氧化锡薄膜的电阻式随机读取存储器及其制备方法。
本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：
一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器，该存储器由重掺硅衬底、二氧化锡薄膜、金属薄膜电极构成，二氧化锡薄膜位于重掺硅衬底、金属薄膜电极之间，重掺硅衬底作为电阻式随机读取存储器的下电极，金属薄膜电极作为电阻式随机读取存储器的上电极。
所述的重掺硅衬底的电阻率小于0.1Ω·cm。
所述的二氧化锡薄膜的厚度范围为10～100nm。
所述的金属薄膜电极为在温度100℃下呈固体的金属材料。金属材料优选金、铂、铜、铝、钛或镍。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过采用新型的二氧化锡薄膜作为电阻式随机读取存储器中的阻变层，可以获得良好的电阻转变特性。同时，与普通电阻式随机读取存储器的存储单元相比，这种新型的电阻式随机读取存储器在直流电压连续扫描激励下表现出优异的高、低阻态之间的转变和记忆特性，其高低电阻态间的差值可大于102倍，器件需要的功耗较小，适用于计算机的低压电路中，器件性能稳定，并能很好地与硅集成电路工艺相兼容。这些特性表明本实用新型在非挥发性存储器件领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1是本实用新型存储器结构示意图；
图2是实施例1所制备的存储器的I-V特性图；
图3是实施例1所制备的存储器的高阻态和低阻态的阻值随开关循环次数的变化。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，一种电阻式随机读取存储器的存储单元，包括：金属薄膜电极/二氧化锡薄膜/重掺硅衬底结构的电阻存储器。该存储器由重掺硅衬底1、二氧化锡薄膜2、金属薄膜上电极3构成。其中，作为存储单元上电极的金属，可以为金、铂、铜、铝、钛、或镍。二氧化锡薄膜作为存储单元的工作层，起电阻转变作用。重掺硅作为存储单元的下电极及衬底。
本实用新型采用磁控溅射法制备二氧化锡薄膜。所采用的重掺硅衬底的电阻率为10-2～10-3Ω·cm。将重掺硅衬底通过半导体标准清洗工艺清洗干净，放入磁控溅射仪，当腔体本底真空抽至8×10-5Pa时，通入一定比例的氩气和氧气使腔体达到0.25Pa的工作压强，通过改变氩气和氧气的流量来控制混合气氛中氩气和氧气的比例，氩气与氧气流量比例为6～0.75。采用高纯金属锡靶在室温条件下沉积二氧化锡薄膜。在溅射过程中。溅射电压为300V，溅射电流为0.02A，溅射功率为6W,通过改变溅射时间来获得不同厚度的二氧化锡薄膜, 溅射时间范围为2～20min，薄膜厚度范围为10～100nm。直径为600μm的圆形金属电极在电子束蒸发镀膜仪中通过不锈钢掩模板沉积在二氧化锡薄膜上。这样所获得的器件制备工艺简单、性能可靠，读写寿命高且具有较低的功耗。
所述二氧化锡薄膜可以本领域常规用于物理沉积法制备二氧化锡薄膜得到，本实用新型所述沉积工艺参数如下：
氩气和氧气比 6～0.75
溅射时间 2～20min
薄膜厚度 10～100nm
更为优选的，所述工艺参数如下：
氩气和氧气比 1.5
溅射时间： 5min
薄膜厚度 30nm
下面根据具体实施例详细说明本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明显。
实施例1
利用磁控溅射法在洁净的重掺硅衬底上沉积二氧化锡薄膜，当腔体本底真空抽为8×10-5Pa时，通入氩气和氧气使腔体达到0.15Pa的工作压强，其中氩气流量60sccm, 氧气流量为40 sccm，氩气与氧气的比例为1.5:1。在溅射过程中，溅射电压为300V，溅射电流为0.02A，溅射功率为6W,溅射时间为5min，薄膜的厚度为25nm。再利用电子束蒸发通过掩模法在二氧化锡薄膜上制备金属薄膜电极，电极为直径100μm的圆形铜电极。存储单元的结构如图1所示。该存储单元的电流-电压特性测试结果如图2。当扫描电压为1.4V时，器件处于置位状态，存储单元从高阻态转变为低阻态，并在没有加电压的条件下，能够保持低阻态；当扫描电压为0.18V时，器件处于复位状态，存储单元从低阻态转变为高阻态，并在没有加电压的条件下，能够保持高阻态。存储单元的置位电压和复位电压都在0～+1.5V之间，大大减小了器件的功耗，适用于计算机的低压电路中。图3是所制备的存储器的高阻态和低阻态的阻值随开关循环次数的变化。由图可以看出，这种新型的电阻存储器在直流电压连续扫描激励下表现出优异的高、低阻态之间的转变和记忆特性，其高低阻态阻值间的差值大于102倍，在连续30次高低阻态循环的过程中，高低阻态的电阻值表现出较好的稳定性，这些特性表明本实用新型在非挥发性存储器件领域具有潜在的应用价值。
实施例2
利用直流磁控溅射法在洁净的重掺硅衬底上沉积二氧化锡薄膜，当腔体本底真空抽为8×10-5Pa时，通入氩气和氧气使腔体达到0.15Pa的工作压强，其中氩气流量60sccm, 氧气流量为40 sccm，氩气与氧气的比例为1.5:1。在溅射过程中，溅射电压为300V，溅射电流为0.02A，溅射功率为6W,薄膜溅射时间为10min，薄膜的厚度为60nm。利用电子束蒸发通过掩模法在二氧化锡薄膜上制备金属薄膜电极，电极为直径100μm的圆形铜电极。存储单元的结构如图1所示。
上述实施例只是本实用新型的举例，尽管为说明目的公开了本实用新型的最佳实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于最佳实施例和附图所公开的内容。
Claims (5)
1.一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器，其特征在于：该存储器由重掺硅衬底、二氧化锡薄膜、金属薄膜电极构成，二氧化锡薄膜位于重掺硅衬底、金属薄膜电极之间，重掺硅衬底作为电阻式随机读取存储器的下电极，金属薄膜电极作为电阻式随机读取存储器的上电极。
2.如权利要求1所述的电阻式随机读取存储器，其特征在于：重掺硅衬底的电阻率小于0.1Ω·cm。
3.如权利要求1所述的电阻式随机读取存储器，其特征在于：二氧化锡薄膜的厚度范围为10～100nm。
4.如权利要求1所述的电阻式随机读取存储器，其特征在于：金属薄膜电极为在温度100℃下呈固体的金属材料。
5.如权利要求4所述的电阻式随机读取存储器，其特征在于：所述的金属材料选用金、铂、铜、铝、钛或镍。
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| CN2012201244974U CN202523770U (zh) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | 一种基于二氧化锡的电阻式随机读取存储器 |
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