專利名稱：一種雙向可控整流阻變存儲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙向可控整流阻變存儲器。
背景技術：
隨著便攜式電子產(chǎn)品被越來越廣泛的使用，對大容量非易失性存儲器的需求也越來越迫切。傳統(tǒng)的可擦除編程只讀存儲(EPR0M)和電可擦除編程只讀存儲器(E2PROM)已遠遠不能滿足現(xiàn)今的市場需求。而隨著集成電路工藝28nm技術節(jié)點的來臨，傳統(tǒng)的Flash 非揮發(fā)性存儲器也遇到了一系列的問題。其中一個最主要的問題是隨著隧穿氧化層厚度的越來越小，電荷的泄漏也變得越來越嚴重，這直接影響到了 Flash存儲器的數(shù)據(jù)保持性能。于是各種新型的下一代非揮發(fā)性存儲器應運而生，如鐵電存儲器(FeRAM )、磁存儲器 (MRAM)、相變存儲器(PRAM)，阻變式存儲器(RRAM)等。和其它非易失性存儲器相比，阻變存儲器因為其具有結(jié)構(gòu)簡單、存儲密度高、操作電壓低、讀寫速度快、保持時間長、尺寸小、 反復操作耐受力強、低功耗、與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容性好等優(yōu)勢而被廣泛研究，被認為是極有可能替代SRAM、DRAM、Flash、HDD，成為下一代“通用”存儲器的強有力候選者之一?，F(xiàn)有阻變存儲器通常由金屬上電極、下電極和上下電極之間的阻變材料構(gòu)成，現(xiàn)有阻變材料是用二元或三元氧化物。這種阻變存儲器不具有整流功能，同時只有兩個存儲態(tài)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙向可控整流阻變存儲器。以實現(xiàn)通過操控氧空位在上下電極之間的移動實現(xiàn)雙向可控整流，可以用來發(fā)展新型的整流器件。本發(fā)明的技術方案是包括金屬上電極和下電極、上下電極之間的阻變材料，其特征在于，所述阻變材料是摻有+1價金屬陽離子的阻變薄膜或納米線薄膜，所述阻變薄膜或納米線薄膜與金屬電極形成肖特基接觸；通過+1價的金屬陽離子控制電壓開啟過程阻變層中產(chǎn)生的氧空位濃度，通過脈沖觸發(fā)引起氧空位的移動以調(diào)節(jié)上下勢壘的高度實現(xiàn)雙向可控整流，同時本發(fā)明的阻變存儲器也可以用來構(gòu)建三穩(wěn)態(tài)存儲器，所構(gòu)建的三穩(wěn)態(tài)存儲器中存在正向整流，反向整流和雙向?qū)ǖ热齻€電學存儲態(tài)，可以通過讀取電流的方法獲取三個存儲態(tài)的邏輯值，通過脈沖觸發(fā)的方法實現(xiàn)存儲態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換。所述阻變薄膜或納米線薄膜的材料是具有阻變特性的W03、Ti02、Co203、Cu0、Ni0、 A1203、SrTi03、BaTi03中任意一種。所述+1價金屬陽離子為鈉、鉀或銣，其質(zhì)量百分數(shù)為阻變材料的0. 01% 1%。所述脈沖觸發(fā)引起氧空位的移動，是當氧空位在外加電場作用下進入阻變層-金屬接觸面減低肖特基勢壘使器件進入開狀態(tài)，當氧空位在外加電場作用下移出阻變層-金屬接觸面恢復肖特基勢壘使器件進入關狀態(tài)；實現(xiàn)阻變存儲器既可以實現(xiàn)雙向整流的可控調(diào)節(jié)，同時又可以實現(xiàn)三穩(wěn)態(tài)存儲。所述上下電極材料為Au、Ag、Pt、Pd、Al、Cu或W中的任意一種。本發(fā)明摻入金屬陽離子所引起的氧空位數(shù)目比較大，當氧空位在外加電場作用下進入阻變層-金屬接觸面減低肖特基勢壘使器件進入開狀態(tài)，當氧空位在外加電場作用下移出阻變層-金屬接觸面恢復肖特基勢壘使器件進入關狀態(tài)；使阻變存儲器不需要電壓開啟過程，有利于器件的集成。除了開關效應外，在較大的正負脈沖觸發(fā)作用下，氧空位可以實現(xiàn)雙向移動，調(diào)節(jié)上下肖特基勢壘的高度，通過操控氧空位在上下電極之間的移動可以實現(xiàn)雙向?qū)?正向整流負向整流之間的可逆轉(zhuǎn)換，從而可以用來發(fā)展新型的整流器件， 同時本發(fā)明的阻變存儲器也可以用來構(gòu)建三穩(wěn)態(tài)存儲器，所構(gòu)建的三穩(wěn)態(tài)存儲器中存在正向整流，反向整流和雙向?qū)ǖ热齻€電學存儲態(tài)，可以通過讀取電流的方法獲取三個存儲態(tài)的邏輯值，通過脈沖觸發(fā)的方法實現(xiàn)存儲態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換。


圖1為本發(fā)明初始狀態(tài)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2為一實施例Au/W03納米線薄膜/Au器件電阻轉(zhuǎn)變特性圖； 圖3為一實施例經(jīng)較大正脈沖觸發(fā)后出向的正向整流圖； 圖4為經(jīng)較大正脈沖觸發(fā)后，氧空位在阻變層中分布示意圖； 圖5為經(jīng)過較大負脈沖觸發(fā)后出現(xiàn)的負向整流圖； 圖6為經(jīng)過較大負脈沖觸發(fā)后，氧空位在阻變層中分布示意圖。
具體實施例方式實施例1 參照圖1
整流阻變存儲器包括金屬上電極1、下電極2、上下電極之間的阻變材料3，本發(fā)明的阻變材料是在阻變材料3中摻有+1價金屬陽離子4構(gòu)成的阻變薄膜或納米線薄膜。阻變薄膜或納米線薄膜與金屬電極形成肖特基接觸；通過+1價的金屬陽離子控制電壓開啟過程阻變層中產(chǎn)生的氧空位濃度，通過脈沖觸發(fā)引起氧空位的移動以調(diào)節(jié)上下勢壘的高度實現(xiàn)雙向可控整流。本發(fā)明的阻變存儲器的主要導電機理為氧空位導電，經(jīng)過電壓開啟過程后阻變層中產(chǎn)生一定數(shù)量的氧空位，氧空位在外加電場作用下進入阻變層-金屬接觸面減低肖特基勢壘使器件進入開狀態(tài)，氧空位在外加電場作用下移出阻變層-金屬接觸面恢復肖特基勢壘使器件進入關狀態(tài)。實施例2:
用電子分析天平分別稱量1. 63g鎢酸鈉(Na2WO4 · 2H20)粉末，2. Og硫酸鉀(K2SO4)粉末和1. 26g草酸(C2H2O4 · 2H20),并將這三種試劑放入錐形瓶中混合均勻。向裝有三種試劑的錐形瓶中輕輕注入50ml去離子水(H2O),并攪拌，再放在磁力加熱攪拌器上攪拌25分鐘。用膠管滴入少量鹽酸到已攪拌充分的錐形瓶中調(diào)節(jié)PH值=1 1. 5。從已配置好的溶液中取出40ml裝置在容積為50ml的水熱反應斧中，將水熱反應釜放置到電熱恒溫鼓風干燥箱， 180攝氏度反應24小時。將得到的溶液通過離心得到沉淀狀物質(zhì)，將其置于干凈的玻璃皿中，將玻璃皿放置到恒溫鼓風干燥箱中，在適當?shù)臏囟认赂稍铮愕玫解c參雜的W03納米線。將得到的鈉參雜W03納米線超聲溶解在酒精中，經(jīng)過多孔氧化鋁真空抽濾的到鈉參雜W03納米線薄膜。再經(jīng)過鍍膜工藝便得到Au/W03納米線薄膜/Au器件。實際制作的Au/W03納米線薄膜/Au器件電阻轉(zhuǎn)變特性圖如圖2所示在此之前不需要電壓開啟(electroforming)過程。 Au/W03納米線薄膜/Au器件由雙向?qū)顟B(tài)經(jīng)+lOv/ls脈沖觸發(fā)后，進入正向整流狀態(tài)(如圖3a)。再經(jīng)過-lOv/ls脈沖觸發(fā)，恢復到雙向?qū)顟B(tài)，此后-lOv/ls使器件進入反向整流狀態(tài)(如圖4a)，-10v/2s脈沖觸發(fā)可以使器件從正向整流狀態(tài)直接進入負向整流狀態(tài)。通過脈沖觸發(fā)的方式，本發(fā)明的阻變存儲器可以實現(xiàn)雙向?qū)?正向整流負向整流之間的可逆轉(zhuǎn)換，因此本發(fā)明可以用來發(fā)展新型的整流器件，同時本發(fā)明的阻變存儲器也可以用來構(gòu)建三穩(wěn)態(tài)存儲器，所構(gòu)建的三穩(wěn)態(tài)存儲器中存在正向整流，反向整流和雙向?qū)ǖ热齻€電學存儲態(tài)，可以通過讀取電流的方法獲取三個存儲態(tài)的邏輯值，通過脈沖觸發(fā)的方法實現(xiàn)存儲態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換。實施例3 在具有IOOnm氧化層的硅片基底上，采用PVD (Physical Vapor Deposition)方法生長Au、Ag、Pt、Pd、Al、Cu或W底電極2。在底電極之上用PLD (Pulsed Laser Deposition )方法生長摻入+1價鈉、鉀或銣離子的W03薄膜。具體工藝為將希望摻入的金屬元素的鎢酸化合物和三氧化鎢粉末按照需要的比例混合，使摻入金屬元素的質(zhì)量百分數(shù)為阻變材料的0. 01% 1%。將混合物在0. Imbar 0. 2mbar壓力下壓制10 20分鐘之后，在空氣中630攝氏度燒結(jié)3天。PLD的激光功率采用200 300mw，沉淀5 10分鐘得到10 50nm的阻變層3，改變摻入的金屬元素的鎢酸化合物和三氧化鎢粉的比率可以得到Y(jié)xW03 (￥為鈉、鉀或銣4=0.05，0.1，0.25)阻變層.阻變層之上再用PVD方法生長適當厚度的Au、Ag、Pt、Pd、Al、Cu或W電極1。
權利要求
1.一種雙向可控整流阻變存儲器，包括金屬上電極和下電極、上下電極之間的阻變材料，其特征在于，所述阻變材料是摻有+1價金屬陽離子的阻變薄膜或納米線薄膜，所述阻變薄膜或納米線薄膜與金屬電極形成肖特基接觸；通過+1價的金屬陽離子控制阻變層中的氧空位濃度，通過脈沖觸發(fā)引起氧空位的移動以調(diào)節(jié)上下勢壘的高度實現(xiàn)雙向可控整流和三穩(wěn)態(tài)存儲。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙向可控整流阻變存儲器，其特征在于，所述阻變薄膜或納米線薄膜的材料是具有阻變特性的W03、Ti02、Co203、CuO, NiO、A1203、SrTi03、BaTi03中任意一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙向可控整流阻變存儲器，其特征在于，所述+1價金屬陽離子為鈉、鉀或銣，其質(zhì)量百分數(shù)為阻變材料的0.01% 1%。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙向可控整流阻變存儲器，所述摻有+1價金屬陽離子的阻變薄膜或納米線薄膜厚度為10 50nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙向可控整流阻變存儲器，其特征在于，所述脈沖觸發(fā)引起氧空位的移動，是當氧空位在外加電場作用下進入阻變層_金屬接觸面減低肖特基勢壘使器件進入開狀態(tài)，當氧空位在外加電場作用下移出阻變層_金屬接觸面恢復肖特基勢壘使器件進入關狀態(tài)；實現(xiàn)阻變存儲器既可以實現(xiàn)雙向整流的可控調(diào)節(jié)，同時又可以實現(xiàn)三穩(wěn)態(tài)存儲。
6.根據(jù)權利要求1所述的雙向可控整流阻變存儲器，其特征在于，所述上下電極材料為Au、Ag、Pt、Pd、Al、Cu或W中的任意一種。
全文摘要
一種雙向可控整流阻變存儲器，包括金屬上電極和下電極、上下電極之間的阻變材料，所述阻變材料是摻有+1價金屬陽離子的阻變薄膜或納米線薄膜，所述阻變薄膜或納米線薄膜與金屬電極形成肖特基接觸；通過+1價的金屬陽離子控制阻變層中產(chǎn)生的氧空位濃度，通過脈沖觸發(fā)引起氧空位的移動以調(diào)節(jié)上下勢壘的高度實現(xiàn)雙向可控整流。本發(fā)明摻入金屬陽離子所引起的氧空位數(shù)目比較大，通過操控氧空位在上下電極之間的移動可以實現(xiàn)雙向?qū)?正向整流負向整流之間的可逆轉(zhuǎn)換，可以用來發(fā)展新型的整流器件。同時本發(fā)明的阻變存儲器也可以用來構(gòu)建三穩(wěn)態(tài)存儲器，所構(gòu)建的三穩(wěn)態(tài)存儲器中存在正向整流，反向整流和雙向?qū)ǖ热齻€電學存儲態(tài)，可以通過讀取電流的方法獲取三個存儲態(tài)的邏輯值，通過脈沖觸發(fā)的方法實現(xiàn)存儲態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換。
文檔編號G11C11/56GK102222688SQ20111011428
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權日2011年5月5日
發(fā)明者唐東升, 郭杰 申請人:湖南師范大學