專利名稱：納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種憶阻器結(jié)構(gòu)及其制作方法，具體涉及到一種納米結(jié)構(gòu)的快 速開關(guān)憶阻器及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前現(xiàn)有的憶阻器的結(jié)構(gòu)是美國專利US20080090337A1公開的結(jié)構(gòu)，美 國惠普公司實(shí)驗(yàn)室研究人員Dmitri B. Strukov， Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart & R. Stanley Williams在2008年5月1日出版的英國《自然》雜志 上發(fā)表論文The missing memristor found宣稱，他們己經(jīng)證實(shí)了電路世界中 的第四種基本元件——記憶電阻器，簡稱憶阻器(Memristor)的存在，并 成功設(shè)計(jì)出一個能工作的憶阻器實(shí)物模型。他們像制作三明治一樣，將納 米級的二氧化鈦半導(dǎo)體薄膜Ti02./Ti02夾在由鉑制成的兩根納米線之間， 做成Pt/Ti02-Zri02/Pt納米結(jié)構(gòu)，制作憶阻的竅門是使其組成部分只有5納 米大小，也就是說，僅相當(dāng)于人一根頭發(fā)絲的1萬分之一那么細(xì)。公知的 憶阻器制造模型實(shí)際上就是一個有記憶功能的非線性電阻器，通過控制電 流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為"l"，低阻值定義為"0"，則 這種電阻就可以實(shí)現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的功能。公知的憶阻器制造模型是由兩根鉬 納米線之間夾一層納米級的缺氧二氧化鈦薄膜和中性二氧化鈦薄膜構(gòu)成， 雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是開關(guān)速度相對比較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的憶阻器制造模型開關(guān)速度相對比較低的問題，本發(fā)明提 供一種納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器及其制造方法。
本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，它包括上電極、下電極，它還包括三 層納米膜，所述三層納米膜由N型半導(dǎo)體層、中性半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層 疊加組成，其中P型半導(dǎo)體層與上電極電氣連接，N型半導(dǎo)體層與下電極電氣 連接。
本發(fā)明還提供一種納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，它包括公共電極、兩個多孔 模板、多個上電極和三層納米膜，所述三層納米膜由P型半導(dǎo)體層、中性半 導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層疊加組成，所述多孔模板中帶有多個相互獨(dú)立的納米直徑的通孔，所述多個納米直徑的通孔呈矩陣式排列，并且每個納米直徑通孔
中嵌有貫穿的納米金屬線，其中一個多孔模板的上表面與N型半導(dǎo)體層的下 表面連接，所述多孔模板的下表面連接公共電極，并且所述公共電極通過所述
多孔模板中的多條納米金屬線與N型半導(dǎo)體層電氣連接；另一個多孔模板的 下表面連接P型半導(dǎo)體層的上表面，所述多孔模板的上表面上固定有多個上 電極，每個上電極通過所述多孔模板中的 條納米金屬線與P型半導(dǎo)體層電 氣連接。
上述納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的制作方法的具體過程為
步驟一、在一個多孔模板的下表面采用真空鍍膜的方法蒸鍍一層金或鉑
金屬膜作為公共電極；
步驟二、在鍍得的金屬膜上焊接一條用于連接直流電源負(fù)極的導(dǎo)線； 步驟三、將步驟二獲得的多孔模板放入電解槽中進(jìn)行電解，在多孔模
板的通孔中形成納米金屬線，并且所述納米金屬線的端頭與多孔模板的上
表面平齊；
步驟四、將步驟三獲得的多孔模板放入磁控濺射機(jī)中，在所述多孔模 板的上表面濺射一層厚度為lnm至33nm的N型半導(dǎo)體層，然后再濺射 一層厚度為lnm至33nm的中性半導(dǎo)體層，然后再濺射一層厚度為lnm 至33nm的P型半導(dǎo)體層；
步驟五、將帶有納米金屬線的多孔模板與P型半導(dǎo)體層采用界面原位合 金化的方法電氣連接在一起，形成上電極；
步驟六、將帶有納米金屬線的多孔模板與N型半導(dǎo)體層采用界面原位合 金化的方法電氣連接在一起，形成下電極；
步驟七、在與P型半導(dǎo)體層17連接的帶有納米金屬線的多孔模板的上 表面采用激光刻蝕或壓印技術(shù)制備憶阻器的多個上電極；
步驟八、對步驟一至七獲得的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)陣列采用封裝測試 工藝進(jìn)行封裝。
本發(fā)明還提供另一種納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，它包括一對上電極、 一對 下電極、兩根納米金屬線和三層納米膜，所述一對上電極、 一對下電極和兩根 納米金屬線以三層納米膜為中心、交叉布置，所述三層納米膜由N型半導(dǎo)體 層、中性半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層疊加組成，其中P型半導(dǎo)體層通過一根納米金屬線同時與一對上電極電氣連接，N型半導(dǎo)體層通過另一根納米金屬線同 時與一對下電極電氣連接。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與美國專利US20080090337A1公開的結(jié)構(gòu)的不同之處在 于，在兩個鉑納米線之間增加了一層P型半導(dǎo)體層17，形成雙注入效應(yīng)。
本發(fā)明所述的憶阻器單元快速開關(guān)，是一種有記憶功能的非線性電阻 器，即通過控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻值定義為"l"，低 阻值定義為"0"，則這種電阻也可以實(shí)現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)的功能，而且在與專利 US20080090337A1公開的結(jié)構(gòu)中元件長度D相同的情況下，本發(fā)明所述的憶 阻器的開關(guān)速度提高1倍。
本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)憶阻器的制造方法簡單，制造成本低，制造獲得的憶阻 器開關(guān)速度更快，能夠滿足目前數(shù)字電子領(lǐng)域?qū)﹂_關(guān)速度越來越快的要求， 為將出現(xiàn)的更快更節(jié)能的即開型PC或模擬式計(jì)算機(jī)提供可以實(shí)現(xiàn)存儲數(shù) 據(jù)功能的新型憶阻器快速開關(guān)元件結(jié)構(gòu)。


圖1是納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的理想結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是納米結(jié)構(gòu)快速 開關(guān)憶阻器存在金屬與半導(dǎo)體材料之間的接觸勢壘的理想結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 是納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)開始啟動或切換 到開狀態(tài)時的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3所示的處于開狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻 器單元開關(guān)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為處于開狀態(tài)下的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開 關(guān)的等效電路示意圖；圖6是為處于開狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的能帶 圖。圖7是納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)開始啟動或切 換到關(guān)閉狀態(tài)時的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是圖7所示的處于關(guān)閉狀態(tài)的納米結(jié) 構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是處于關(guān)閉狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器 單元開關(guān)的等效電路示意圖；圖10是處于關(guān)閉狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開 關(guān)的能帶圖。圖11是處于中間狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的平面結(jié)構(gòu)示 意圖；圖12是處于中間狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的等效電路示意圖； 圖13是處于中間狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的能帶圖。圖14是本發(fā)明所 述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器結(jié)構(gòu)中內(nèi)部雜質(zhì)運(yùn)動和等效電阻的示意圖。圖 15是由納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)組成的納米結(jié)構(gòu)憶阻器陣列模型示意圖。圖 16是圖15的正視圖，圖17是圖15所示的納米結(jié)構(gòu)憶阻器陣列結(jié)構(gòu)中的一個單元開關(guān)的理想結(jié)構(gòu)示意圖，圖18是圖17所示的單元開關(guān)存在金屬與半導(dǎo)體 材料之間的接觸勢壘的結(jié)構(gòu)圖。圖19是具體實(shí)施方式
一所述的納米結(jié)構(gòu)憶阻 器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖20至圖27是具體實(shí)施方式
一所述的納米結(jié)構(gòu)憶阻器 陣列的制作方法中各步獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。圖28是具體實(shí)施方式
二所述的 納米結(jié)構(gòu)憶阻器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一、本實(shí)施方式所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器結(jié)構(gòu)參見圖 19所示，它包括上電極l、下電極2和三層納米膜，所述三層納米膜由N型 半導(dǎo)體層15、中性半導(dǎo)體層16和P型半導(dǎo)體層17疊加組成，其中P型半導(dǎo) 體層17與上電極1電氣連接，N型半導(dǎo)體層15與下電極2電氣連接。
本實(shí)施方式中所述的三層納米膜中的每一層納米層的厚度相同或不相同 均可，三層納米膜的總厚度小于100nm，并大于3nm。
本實(shí)施方式中，每一層的納米膜的厚度為lnm至33nm，一般取值為5nm 至26nm之間，最佳厚度為26nm士5 nm。
本實(shí)施方式所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器結(jié)構(gòu)，在實(shí)際制作過程中，在 N型半導(dǎo)體層15與下電極2之間存在金屬與半導(dǎo)體材料之間的接觸勢壘20， 參見圖2所示。
本實(shí)施方式所述的P型半導(dǎo)體層17與上電極1電氣連接、以及N型半導(dǎo) 體層15與下電極2電氣連接均采用納米金屬線實(shí)現(xiàn)，所述金屬可以采用Pt。
所述N型半導(dǎo)體層15的材料為TiO^缺氧納米材料；所述中性半導(dǎo)體層 16的材料為Ti02中性納米材料；所述P型半導(dǎo)體層17的材料為Tj02+x富氧納 米材料。
本實(shí)施方式所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的開關(guān)工作原理參見圖1至 圖14進(jìn)行說明
圖1是納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的理想結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是納米結(jié)構(gòu)快速 開關(guān)憶阻器存在金屬與半導(dǎo)體材料之間的接觸勢壘的理想結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)圖 1和圖2所示的結(jié)構(gòu)說明納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的開關(guān)的工作原理。
當(dāng)納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的開關(guān)開始啟動或切換到開狀態(tài)時的工作原 理參見圖3所示。上電極1連接直流電源的負(fù)極，下電極2連接所述直流電源 的電源地，則在電場的作用下，負(fù)電荷沿P型半導(dǎo)體層17向中性半導(dǎo)體層16方向運(yùn)動，同時正電荷沿N型半導(dǎo)體層15向中性半導(dǎo)體層16方向運(yùn)動，此 時納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的單元電阻最小，即處于所述開關(guān)憶阻器處于開狀 態(tài)。
圖4為處于開狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的開關(guān)的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 其中W表示三層納米膜的厚度，t為所述納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的截面的邊 長或直徑。圖5為圖4所示狀態(tài)下的納米膜結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的等效電路示 意圖，其中Rv表示P型半導(dǎo)體層17或N型半導(dǎo)體層15的等效電阻值，Rs表 示中性半導(dǎo)體層16的等效電阻；圖6是處于開狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開 關(guān)的能帶圖，縱坐標(biāo)E的方向?yàn)槟芗墸?0表示金屬與P型半導(dǎo)體層17的接觸 勢壘，11表示表示金屬與N型半導(dǎo)體層15的接觸電勢差。
所述納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的開關(guān)開始啟動或切換到關(guān)閉狀態(tài)時的工 作原理參見圖7所示。上電極1連接直流電源的正極，下電極2連接所述直流 電源的電源地，則在電場的作用下，負(fù)電荷沿中性半導(dǎo)體層16向P型半導(dǎo)體 層17的方向運(yùn)動，同時正電荷沿中性半導(dǎo)體層16向N型半導(dǎo)體層15方向運(yùn) 動。
圖8是所述納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)的平面結(jié)構(gòu)示意圖，其 中D為此狀態(tài)下三層納米膜的原厚度，t為所述納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的截 面的邊長或直徑，該憶阻器單元開關(guān)的截面可以是正方形、或者其它任何形狀 的圖形，圖9表示處于關(guān)閉狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的等效電路圖，其 中Wo表示P型半導(dǎo)體層17或者N型半導(dǎo)體層15此時的厚度，圖10是處于 關(guān)閉狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的能帶圖。
圖11是所述納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)處于中間狀態(tài)的平面結(jié)構(gòu)示意圖， 其中Wi和W2分別表示N型半導(dǎo)體層15或者P型半導(dǎo)體層17此時的等效厚 度，圖12表示處于中間狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的等效電路圖，其中 W(t)表示隨時間變化的P型半導(dǎo)體層17或者N型半導(dǎo)體層15的厚度，圖13 是處于中間狀態(tài)的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)的能帶圖。
圖14是本實(shí)施方式所述的納米結(jié)構(gòu)憶阻器開關(guān)單元內(nèi)部雜質(zhì)運(yùn)動和等效 電阻的示意圖，其中Rv表示P型半導(dǎo)體層17或N型半導(dǎo)體層15的等效電阻 值，Rs表示中性半導(dǎo)體層16等效電阻。
參見圖19說明本實(shí)施方式的一個具體實(shí)施例。所述納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器包括公共電極20、兩個多孔模板12、多個上電極1和三層納米膜，所述 三層納米膜由P型半導(dǎo)體層17、中性半導(dǎo)體層16和N型半導(dǎo)體層15疊加組 成，所述多孔模板12中帶有多個相互獨(dú)立的納米直徑的通孔，所述多個納米 直徑的通孔呈矩陣式排列，并且每個納米直徑通孔中嵌有貫穿的納米金屬線 14，其中一個多孔模板12的上表面與N型半導(dǎo)體層15的下表面連接，所述 多孔模板12的下表面連接公共電極20，并且所述公共電極20通過所述多孔 模板12中的多條納米金屬線14與N型半導(dǎo)體層15電氣連接；另一個多孔模 板12的下表面連接P型半導(dǎo)體層17的上表面，所述多孔模板12的上表面上 固定有多個上電極1，每個上電極1通過所述多孔模板12中的一條納米金屬 線14與P型半導(dǎo)體層17電氣連接。
上述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)是一種納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器單元開關(guān)陣列結(jié)構(gòu)。 上述納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的制作方法的具體過程參見圖20至圖27進(jìn) 行說明，其中圖20為多孔模板12的結(jié)構(gòu)示意圖
步驟一、在一個多孔模板12的下表面采用真空鍍膜的方法蒸鍍一層金 或鉑金屬膜作為公共電極20;參見圖21所示；
步驟二、在鍍得的金屬膜上焊接一條用于連接直流電源負(fù)極的導(dǎo)線； 步驟三、將步驟二獲得的多孔模板放入電解槽中進(jìn)行電解，在多孔模 板的通孔121中形成納米金屬線14，并且所述納米金屬線14的端頭與多 孔模板12的上表面平齊；
. 步驟四、將步驟三獲得的多孔模板放入磁控濺射機(jī)中，在所述多孔模 板12的上表面濺射一層厚度為lnm至33nm的N型半導(dǎo)體層15，然后再 濺射一層厚度為lnm至33nm的中性半導(dǎo)體層16，然后再濺射一層厚度 為lnm至33nm的P型半導(dǎo)體層17;
步驟五、將帶有納米金屬線14的多孔模板18與P型半導(dǎo)體層17采用 界面原位合金化的方法電氣連接在一起，形成上電極；
步驟六、將帶有納米金屬線14的多孔模板12與N型半導(dǎo)體層15采用 界面原位合金化的方法電氣連接在一起，形成下電極；
步驟七、在與P型半導(dǎo)體層17連接的帶有納米金屬線14的多孔模板18 的上表面采用激光刻蝕或壓印技術(shù)制備憶阻器的多個上電極h
步驟八、對步驟一至七獲得的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)陣列采用封裝測試工藝進(jìn)行封裝。
本實(shí)施方式中所述的納米金屬線14可以采用Pt納米線，則在步驟三中 .的電解過程為-
電解槽中的電解液，是用18M的去離子水配成O.OlMol的H2PtCl6與 0.2Mol的H2S04的混合液體，所述混合液體的PH值為3，多孔膜板作為負(fù) 電極完全浸入到所述電解液中，金屬鉑電極作為正電極位于電解液中、并與 所述多孔模板的上表面向?qū)?，所述金屬鉑電極與所述多孔模板相對的平面的 表面積大于或等于所述多孔模板的表面積；在所述正電極和負(fù)電極之間接通 電流為0.45mA的直流恒流源并持續(xù)16分鐘至25分鐘；在持續(xù)時間內(nèi)對 電解液施加頻率為20Hz的正弦交變電場并進(jìn)行磁力攪拌，實(shí)驗(yàn)溫度為 325K。
電解液中的Pt離子在電場和磁場的作用下沉積在多孔模板的納米直徑 的通孔內(nèi)形成Pt納米線，所述Pt納米線的端頭與多孔模板的上表面平齊。
本實(shí)施方式所述的多孔模板12為內(nèi)部均勻分布有多個相互平均的通孔 121的模板，所述通孔121的直徑為納米級。
所述多孔模板12可以采用具有直徑是納米孔洞的多孔Al203模板，或采 用聚碳酸脂合成方法制備的具有納米直徑通孔洞模板。
所述N型半導(dǎo)體層15的材料可以采用摻Fe的TiO^缺氧納米材料；所 述中性半導(dǎo)體層16的材料可以采用Tj02中性納米材料；所述P型半導(dǎo)體層 17的材料可以采用Tj02+x富氧納米材料。
具體實(shí)施方式
二、參見圖28說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式所述的納米結(jié) 構(gòu)快速開關(guān)憶阻器包括一對上電極21、 一對下電極22、兩根納米金屬線和三 層納米膜30，所述一對上電極21、 一對下電極22和兩根納米金屬線以三層納 米膜30為中心、交叉布置，所述三層納米膜30由N型半導(dǎo)體層15、中性半 導(dǎo)體層16和P型半導(dǎo)體層17疊加組成，其中P型半導(dǎo)體層17通過一根納米 金屬線同時與一對上電極21電氣連接，N型半導(dǎo)體層15通過另一根納米金屬 線同時與一對下電極22電氣連接。
所述三層納米膜30與具體實(shí)施方式
一所述的相同。
所述兩根納米金屬線可以采用Pt納米線實(shí)現(xiàn)，所述Pt納米線可以采用 Quanta30型聚焦電子束(FEB) /離子束(FIB)雙束誘導(dǎo)刻蝕系統(tǒng)制備出Pt納米線交叉互連線，所述三層納米膜30的制備方法與具體實(shí)施方式
一相同。
采用本實(shí)施方式所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器組成的憶阻器陣列參見 圖15所示，它由多個本實(shí)施方式所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器組成，所述 多個納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器排列成矩陣型，相鄰兩個納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻 器的上電極21相互連接形成上電極陣列，相鄰兩個納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器 的下電極22相互連接形成下電極陣列，在上電極陣列和下電極陣列之間為三 層納米膜陣列。
圖16是圖15的正視圖，圖17是圖15所示的納米結(jié)構(gòu)憶阻器陣列結(jié)構(gòu)中 的一個單元開關(guān)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述單元開關(guān)結(jié)構(gòu)是圖1所示的理想單元 結(jié)構(gòu)采用交叉線配置的結(jié)構(gòu)，所述單元開關(guān)結(jié)構(gòu)存在金屬與半導(dǎo)體材料之間的 接觸勢壘20的理想結(jié)構(gòu)示意圖參見圖18所示。
權(quán)利要求
1、納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，它包括上電極(1)、下電極(2)，其特征在于它還包括三層納米膜，所述三層納米膜由N型半導(dǎo)體層(15)、中性半導(dǎo)體層(16)和P型半導(dǎo)體層(17)疊加組成，其中P型半導(dǎo)體層(17)與上電極(1)電氣連接，N型半導(dǎo)體層(15)與下電極(2)電氣連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，其特征在于，所述 的P型半導(dǎo)體層(17)與上電極(1)電氣連接、以及N型半導(dǎo)體層(15) 與下電極(2)電氣連接均采用納米金屬線實(shí)現(xiàn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，其特征在于，所述 納米金屬線為Pt納米線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述N型半導(dǎo)體層(15)的材料為TiOk缺氧納米材料；所述中性半導(dǎo)體層 '(16)的材料為Ti02中性納米材料；所述P型半導(dǎo)體層(17)的材料為Ti02+x富氧納米材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，其特征在于，所述 三層納米膜中的P型半導(dǎo)體層(17)、中性半導(dǎo)體層(16)和N型半導(dǎo)體 層(15)的厚度相同或不相同，每層納米膜的厚度在1 nm至33nm之間。
6、 納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，其特征在于它包括公共電極(20)、兩個 多孔模板(12)、多個上電極(1)和三層納米膜，所述三層納米膜由P型半 導(dǎo)體層(17)、中性半導(dǎo)體層(16)和N型半導(dǎo)體層(15)疊加組成，所述 多孔模板(12)中帶有多個相互獨(dú)立的納米直徑的通孔，所述多個納米直徑'的通孔呈矩陣式排列，并且每個納米直徑通孔中嵌有貫穿的納米金屬線(14)， 其中一個多孔模板(12)的上表面與N型半導(dǎo)體層(15)的下表面連接，所 述多孔模板(12)的下表面連接公共電極(20)，并且所述公共電極(20)通 過所述多孔模板(12)中的多條納米金屬線(14)與N型半導(dǎo)體層(15)電 氣連接；另一個多孔模板(12)的下表面連接P型半導(dǎo)體層(17)的上表面， 所述多孔模板(12)的上表面上固定有多個上電極(1)，每個上電極(1)通 過所述多孔模板(12)中的一條納米金屬線(14)與P型半導(dǎo)體層(17)電 氣連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，其特征在于所述多 '孔模板(12)是具有直徑是納米孔洞的多孔Ab03模板，或是由聚碳酸脂合成方法制備的具有納米直徑通孔洞模板。
8、 權(quán)利要求6所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的制作方法，其特征在于它的具體過程為步驟一、在一個多孔模板(12)的下表面采用真空鍍膜的方法蒸鍍一層金或鉑金屬膜作為公共電極(20);步驟二、在鍍得的金屬膜上焊接一條用于連接直流電源負(fù)極的導(dǎo)線；步驟三、將步驟二獲得的多孔模板放入電解槽中進(jìn)行電解，在多孔模板的通孔(121)中形成納米金屬線(14)，并且所述納米金屬線(14)的端頭與多孔模板(12)的上表面平齊；步驟四、將步驟三獲得的多孔模板放入磁控濺射機(jī)中，在所述多孔模板(12)的上表面濺射一層厚度為lnm至33nm的N型半導(dǎo)體層(15)，然后再濺射一層厚度為lnm至33nm的中性半導(dǎo)體層(16)，然后再濺射一層厚度為lnm至33nm的P型半導(dǎo)體層(17);步驟五、將帶有納米金屬線(14)的多孔模板(18)與P型半導(dǎo)體層(17)采用界面原位合金化的方法電氣連接在一起，形成上電極；步驟六、將帶有納米金屬線(14)的多孔模板(12)與N型半導(dǎo)體層(15)采用界面原位合金化的方法電氣連接在一起，形成下電極；步驟七、在與P型半導(dǎo)體層(17)連接的帶有納米金屬線(14)的多孔模板(18)的上表面采用激光刻蝕或壓印技術(shù)制備憶阻器的多個上電極(1);步驟八、對步驟一至七獲得的納米結(jié)構(gòu)憶阻器單元開關(guān)陣列采用封裝測試工藝進(jìn)行封裝。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器的制作方法，其特征在于所述納米金屬線(14)采用金屬Pt制作，則在步驟三中所述的電解過程為電解槽中的電解液，是用18M的去離子水配成O.OlMol的H2PtCl6與0.2Mol的H2S04的混合液體，所述混合液體的PH值為3，多孔膜板作為負(fù)電極完全浸入到所述電解液中，金屬鉑電極作為正電極位于電解液中、并與所述多孔模板的上表面向?qū)?，所述金屬鉑電極與所述多孔模板相對的平面的表面積大于或等于所述多孔模板的表面積；在所述正電極和負(fù)電極之間接通電流為0.45mA的直流恒流源并持續(xù)16分鐘至25分鐘；在持續(xù)時間內(nèi)對 電解液施加頻率為20Hz的正弦交變電場并進(jìn)行磁力攪拌，實(shí)驗(yàn)溫度為 325K。
10、納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器，其特征在于包括一對上電極(21)、 一對 下電極(22)、兩根納米金屬線和三層納米膜30，所述一對上電極(21)、 一 對下電極(22)和兩根納米金屬線以三層納米膜(30)為中心、交叉布置， 所述三層納米膜(30)由N型半導(dǎo)體層(15)、中性半導(dǎo)體層(16)和P型 半導(dǎo)體層(17)疊加組成，其中P型半導(dǎo)體層(17)通過一根納米金屬線同 時與一對上電極(21)電氣連接，N型半導(dǎo)體層(15)通過另一根納米金屬 線同時與一對下電極(22)電氣連接。
全文摘要
納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器及其制造方法，涉及到一種納米結(jié)構(gòu)憶阻器結(jié)構(gòu)與制造方法，它克服了現(xiàn)有的憶阻器制造模型開關(guān)速度相對比較低的問題。本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)快速開關(guān)憶阻器包括有三層納米膜，分別為P型半導(dǎo)體層、中性半導(dǎo)體層和N型半導(dǎo)體層，所述憶阻器的兩個電極還可以采用交叉布置的方式。本發(fā)明的制作方法中，采用電解的方法在多孔模板的納米孔洞中制作納米金屬線，所述納米金屬線用于連接三層納米膜和電極，所述的三層納米膜采用磁控濺射的方法獲得，最后采用壓印技術(shù)制備憶阻器的電極引線。本發(fā)明所述的憶阻器的開關(guān)速度快，更適用于在即將出現(xiàn)的更快、更節(jié)能的即開型PC或模擬式計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)功能。
文檔編號G11C11/56GK101593810SQ20091007244
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者柏曉輝, 溫殿忠 申請人:黑龍江大學(xué)