CN207993903U - 一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器，自上而下依次为衬底、底电极、阻变层、顶电极，其特征在于，所述阻变存储器还包括导电氧化物薄膜，设置于底电极与阻变层之间、顶电极与阻变层之间、或同时设置于底电极与阻变层之间和顶电极与阻变层之间，通过改变导电氧化物薄膜的厚度和氧空位的含量实现对阻变存储器的激活电压和阻止比的调控。该阻变存储器提高了阻变存储器的稳定性，且可以调控阻变存储器的阻变性能。
Description
技术领域
本实用新型属于阻变存储器件领域，具体涉及一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器。
背景技术
阻变存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)是利用某些薄膜材料在外加电场的作用下的开关特性来实现数据存储，是一种新型非易失性存储器。阻变存储器的结构一般是简单的三层结构，即在两层金属之间夹着一层绝缘性或者半导体性质的介质材料构成。其结构简单、单元尺寸小，擦写速度快、存储密度高、重复擦写次数多、多值储存等优点，并且制备工艺与现有半导体工艺兼容性好，被认为是下一代主流存储器的有力竞争者。存储器具有广泛的应用范围，如在无线射频识别芯片和可穿戴系统中都需要用到可读写非易失存储器来存储数据。
现有的阻变存储器由于性能不稳定，直接影响其高、低阻状态的阻值和擦写电压，从而出现误读、误写现象，影响数据的可靠性，进而导致阻变存储器的实际应用。
实用新型内容
本实用新型提供了一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器。该阻变存储器包含由导电氧化物组成的调控层，进而提高了阻变存储器的稳定性，且可以调控阻变存储器的阻变性能。
为实现上述发明目的，本实用新型提供以下技术方案：
一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器，自上而下依次为衬底、底电极、绝缘的阻变层、顶电极，所述阻变存储器还包括导电透明氧化物薄膜，设置于底电极与阻变层之间、顶电极与阻变层之间、或同时设置于底电极与阻变层之间和顶电极与阻变层之间，通过改变导电氧化物薄膜的厚度和氧空位的含量实现对阻变存储器的激活电压和阻值比的调控。
氧空位型阻变存储器的导电细丝机制认为：其电阻转变机理是基于阴离子，主要是氧离子的电迁移，氧离子的电迁移导致薄膜内部的缺陷重新分布，形成基于氧空位的导电细丝。这种类型的器件在后续的电压操作中氧空位的分布使得器件出现高、低阻态。氧空位在电场作用下的迁移可以控制器件在高、低阻态之间进行转化。
导电氧化物薄膜属于氧空位导电的半导体，具有很好的储存氧空位和氧离子的特性，优选地，所述导电氧化物薄膜为氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌镓(GZO)、或氧化铟镓锌(IGZO)薄膜。
经大量实验获得，导电氧化物薄膜的厚度对阻变存储器的稳定性有重要影响，且通过调整厚度，能够实现对阻变存储器的激活电压和阻值比的调控。优选地，所述透明导电氧化物薄膜的厚度为3nm～200nm，进一步优选，所述透明导电氧化物薄膜的厚度为60nm～160nm。
优选地，所述底电极和顶电极均采用金、银、铂、铝、铜、钛中的一种或几种复合。
底电极和顶电极的厚度均会影响阻变存储器的性能，优选地，所述底电极和顶电极的厚度均为20nm～500nm。
阻变层采用金属氧化物和氮化物，该金属氧化物可以为二元氧化物、三元氧化物和多元氧化物等，具体可以为绝缘性的Al、Ni、Zn、Sn等氧化物。
优选地，所述阻变层的厚度为2nm～300nm。
所述阻变存储器可以采用磁控溅射法、化学气相沉积、热蒸发、原子层沉积、脉冲激光沉积、化学溶液或外延生长制备获得。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：
本实用新型在原有的阻变存储器的基础上，增加一层导电氧化物薄膜作为性能调控层，大大提高了器件的稳定性，且通过改变导电氧化物薄膜的厚度、氧空位的含量实现对器件的阻值比进行调控，制备工艺简单，易于操作，工艺温度较低(<400℃，甚至可以到室温)，降低制造成本。
附图说明
图1是对比例的结构示意图，其中，(a)为结构的主视图，(b)为结构的俯视图；
图2是实施例1提供的阻变存储器的制备工艺流程图；其中，(a)为成形底电极；(b)为形成性能调控层；(c)为形成阻变层；(d)形成阻变存储器。
图3(a)和图3(b)是实施例1制备的阻变存储器的性能测试图；
图4是实施例2提供的阻变存储器的结构示意图；
图5是实施例3提供的阻变存储器的结构示意图；
图6是实施例4提供的阻变存储器的性能测试图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
对比例
本对比例制备的阻变存储器的结构示意图如图1所示，具体制备过程如下：
首先，在玻璃衬底4上沉积Al导电薄膜，并对Al导电薄膜进行刻蚀，形成底电极3；
然后，在底电极3上沉积厚度为10nm的Al2O3薄膜，形成阻变层2；
最后，于阻变层上沉积Al导电薄膜，形成顶电极1，得到阻变存储器。
对本对比例制备的阻变存储器进行测试，得到该阻变存储器的激活电压为8-9V，多次测量器件的电压电流关系图波动较大。
实施例1
本实施例中制备的阻变存储器中，导电氧化物薄膜为ITO薄膜，厚度为60nm，置于底电极与阻变层之间。
具体的制备工艺如图2所示：
首先，于玻璃衬底4上沉积Al导电薄膜，并对Al导电薄膜进行刻蚀，形成底电极3，如图2(a)所示；
然后，于底电极3上沉积厚度为60nm的ITO薄膜，形成性能调控层 5，如图2(b)所示；
接下来，于性能调控层5上沉积厚度为10nm的Al2O3薄膜，形成阻变层2，如图2(c)所示；
最后，于阻变层2上沉积Al导电薄膜，形成顶电极1，如图2(d) 所示，得到阻变存储器。
对本实施例制备的阻变存储器进行测试，测试结果如图3(a)和(b) 所示。从图3(a)可得，该阻变存储器的激活电压在4V左右，与对比例相比，激活电压明显减小，充分表明，增加导电氧化物薄膜能够降低激活电压。从图3(b)可得，该阻变存储器的阻值比为600-700左右，set电压的变化范围在0.2V，表明器件具有很好的稳定性。
实施例2
本实施例制备阻变存储器的工艺过程和参数均与实施例1相同，不同的是，本实施例制备的阻变存储器中，厚度为60nm的ITO薄膜置于顶电极与阻变层之间，如图4所示。
对本实施例制备的阻变存储器进行测试，测试结果为：该阻变存储器的激活电压在4V左右，set电压的变化范围在0.2V，该阻变存储器的阻值比为600-700左右。
实施例3
本实施例制备阻变存储器的工艺过程和参数均与实施例1相同，不同的是，本实施例制备的阻变存储器中，厚度为30nm的ITO薄膜同时置于底电极与阻变层之间和顶电极与阻变层之间，如图5所示。
对本实施例制备的阻变存储器进行测试，测试结果为：该阻变存储器的激活电压在4V左右，set电压的变化范围在0.2V，该阻变存储器的阻值比为600-700左右。
实施例4
本实施例制备的阻变存储器中，性能调控层置于底电极与阻变层之间，薄膜厚度不同，通过在氧化物薄膜层的制备中通过控制溅射时间来制备不同厚度的薄膜，进而实现器件的不同性能。
具体地，(1)在衬底4上沉积一层导电薄膜(本实施例中为Au)，并刻蚀形成存储器底电极3；
(2)在底电极上沉积两种厚度的氧化物导电薄膜(本实施例中ITO 薄膜的厚度分别为80nm和160nm)作为性能调控层；
(3)在性能调控层上沉积阻变层2(本实施例中为10nm氧化铝薄膜)；
(4)在阻变层上面沉积一层导电薄膜形成顶电极1(本实施例中为 Ti薄膜)，完成主要工艺的制备。
对本实施例制备的阻变存储器进行测试，测试结果如图6所示。从图 6可得，ITO厚度为80nm的变存储器件的阻值比在104左右，ITO厚度为160nm的器件的阻值比在102左右，充分表明，通过调控性能调控层的厚度，可以实现对器件的阻值比的调控。
以上所述的具体实施方式对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器，自上而下依次为衬底、底电极、阻变层、顶电极，其特征在于，所述阻变存储器还包括透明导电氧化物薄膜，设置于底电极与阻变层之间、顶电极与阻变层之间、或同时设置于底电极与阻变层之间和顶电极与阻变层之间，通过改变导电氧化物薄膜的厚度和氧空位的含量实现对阻变存储器的激活电压和阻值比的调控。
2.如权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征在于，所述透明导电氧化物薄膜为ITO、AZO、IZO、GZO或IGZO薄膜。
3.如权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征在于，所述透明导电氧化物薄膜的厚度为3nm～200nm。
4.如权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征在于，所述透明导电氧化物薄膜的厚度为60nm～160nm。
5.如权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征在于，所述底电极和顶电极的厚度均为20nm～500nm。
6.如权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征在于，所述阻变层的厚度为2nm～300nm。
7.如权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征在于，所述阻变存储器采用磁控溅射法、化学气相沉积、热蒸发、原子层沉积、脉冲激光沉积、化学溶液或外延生长制备获得。
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| CN108258113A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-07-06 | 浙江大学 | 一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器 |
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