專利名稱：一種雙極阻變存儲(chǔ)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種存儲(chǔ)技術(shù)，特別是一種雙極阻變存儲(chǔ)器及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，基于電阻改變的非易失性存儲(chǔ)器的研究受到廣泛的關(guān)注。而這些存儲(chǔ)器大多是基于過渡金屬氧化物，它們大多是多晶、非晶材料，使得器件的性能變得不穩(wěn)定而且開關(guān)機(jī)理更為復(fù)雜；器件的組合方式大多采取垂直方向的結(jié)構(gòu)，不利于大規(guī)模高密度集成應(yīng)用；電極的制作與阻變材料的生長不能有機(jī)地結(jié)合，更加大了器件高密度集成的難度。目前針對(duì)阻變存儲(chǔ)的機(jī)理提出了各種模型，但還不能對(duì)所有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出合理的解析。還有， 相對(duì)于雙極阻變存儲(chǔ)的另外一種形式——單極阻變存儲(chǔ)，由于其高低電阻的設(shè)置電壓不穩(wěn)定，也限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好的雙極阻變存儲(chǔ)器。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種集成度高、制備難度低的雙極阻變存儲(chǔ)器制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種雙極阻變存儲(chǔ)器，包括MgO單晶襯底，所述MgO單晶襯底上生長有一層TiN薄膜， 所述TiN薄膜外延生長一層TW2薄膜，所述TW2薄膜表面鍍有金屬電極，金屬電極作為器件的上電極，TiN薄膜作為器件的下電極。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述MgO單晶襯底為100取向的MgO單晶襯底。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述TiN薄膜的厚度為50-100nm。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述TiA薄膜的厚度為200nm。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述金屬電極為Ti金屬電極。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述TiN薄膜上排布有至少1個(gè)方形或圓形的TiO2 薄膜和金屬電極。一種雙極阻變存儲(chǔ)器的制備方法，包括以下步驟
A、選用MgO單晶襯底；
B、利用射頻等離子體分子束外延設(shè)備在所述單晶襯底上生長一層TiN薄膜；
C、利用掩模板遮蓋襯底表面的一半，繼續(xù)外延生長一層TW2薄膜；
D、在TW2薄膜表面鍍上金屬電極。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述MgO單晶襯底為100取向的MgO單晶襯底。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述TiN薄膜的厚度為50-100nm。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述TiA薄膜的厚度為200nm。X射線衍射分析證明，上述TiN、Ti02薄膜均為單晶薄膜。通過分子束外延法在MgO襯底上形成單晶薄膜。電流-電壓曲線測試表明，本發(fā)明通過在存儲(chǔ)器Ti/Ti02/TiN/Mg0上分別用正向電壓(+2V)與反向電壓(-2V)設(shè)置低電阻和高電阻狀態(tài)，存儲(chǔ)器表現(xiàn)出非常明顯的雙極開關(guān)的性質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明雙極阻變存儲(chǔ)器制備方法采用水平方向的結(jié)構(gòu)有利于大規(guī)模高密度集成的應(yīng)用需求；電極制作與阻變材料的生長有機(jī)結(jié)合使得器件的制備流程簡單，同時(shí)也降低了其高密度集成的難度；阻變材料為單晶薄膜，這樣更有利于去研究 Ti/Ti02/TiN/Mg0器件的開關(guān)機(jī)理。


圖1是本發(fā)明的Ti/Ti02/TiN/Mg0雙極阻變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明Ti/Ti02/TiN/Mg0存儲(chǔ)器在外電壓作用下電阻開關(guān)特性的示意圖，電壓掃描方向?yàn)镺V — 3V — OV — -3V — 0V，如箭頭所示；
圖3是本發(fā)明的Ti/Ti02/TiN/Mg0存儲(chǔ)器的高密度集成示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好的雙極阻變存儲(chǔ)器，其包括 MgO(IOO)單晶襯底1、設(shè)于MgO單晶襯底1上并作為下電極的TiN薄膜2、設(shè)于TiN薄膜2 上的TW2薄膜3和設(shè)于TW2薄膜3上的金屬電極4。上面所述的金屬電極4為多個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)電極，為金屬Ti ；下電極TiN薄膜2和TW2 薄膜3均為單晶薄膜，該存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)可表示為Ti/Ti02/TiN/Mg0。在開關(guān)特性測定過程中，我們?cè)O(shè)定電流由金屬Ti電極4流向下電極TiN薄膜2 的方向?yàn)檎珘悍较?，反之則為負(fù)偏壓方向。如圖2所示，當(dāng)器件上面施加的電壓掃描到 2V時(shí)，器件的電流突然增大，說明器件從起初的高阻態(tài)被設(shè)置成低阻態(tài)；接著電壓繼續(xù)從 3V — -3V掃描，在-2V時(shí)再一次發(fā)生電流突變的現(xiàn)象，器件的電流突然變小，說明器件被重新設(shè)置成高阻態(tài)。在電壓掃描的過程中我們還可以看到，除了電流突變點(diǎn)以外，器件的電流-電壓曲線基本上呈線性，說明器件被設(shè)置成高低阻態(tài)后，其狀態(tài)都能很好地保持。此外，分別對(duì)TiO2薄膜上的所有獨(dú)立電極進(jìn)行上面的開關(guān)性質(zhì)測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)獨(dú)立電極測試出來的開關(guān)性質(zhì)基本上一樣，因此可以確定它們彼此間是不會(huì)相互影響的?；谏鲜龅奶攸c(diǎn)，我們提出基于器件Ti/Ti02/TiN/Mg0的高密度集成方案在適當(dāng)大小的MgO(IOO)單晶襯底上，首先外延生長一層TiN薄膜作為下電極，然后利用設(shè)計(jì)好的帶有一系列高密度正方形小孔的掩模板覆蓋在TiN薄膜表面繼續(xù)外延生長TiO2層，這樣就得到一系列高密度的TW2薄膜塊，最后原位鍍上Ti電極，移除掩模板后就能得到Ti/Ti02/ TiN/MgO結(jié)構(gòu)的高密度集成器件，如圖3所示，TiN薄膜上的每一個(gè)方塊代表一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)單元。以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙極阻變存儲(chǔ)器，其特征在于包括MgO單晶襯底(1)，所述MgO單晶襯底(1) 上生長有一層TiN薄膜(2)，所述TiN薄膜(2)外延生長一層TW2薄膜(3)，所述TW2薄膜 (3)表面鍍有金屬電極(4)，金屬電極(4)作為器件的上電極，TiN薄膜(2)作為器件的下電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器，其特征在于所述MgO單晶襯底(1)為 100取向的MgO單晶襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器，其特征在于所述TiN薄膜(2)為厚度 50-IOOnm的單晶薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器，其特征在于所述T^2薄膜(3)為厚度200nm的單晶薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器，其特征在于所述金屬電極(4)為Ti 金屬電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器，其特征在于所述TiN薄膜(2)上排布有至少1個(gè)方形或圓形的TiO2薄膜(3)和金屬電極(4)。
7.一種雙極阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于包括以下步驟A、選用MgO單晶襯底；B、利用射頻等離子體分子束外延設(shè)備在所述單晶襯底上生長一層TiN薄膜；C、利用掩模板遮蓋襯底表面的一半，繼續(xù)外延生長一層TW2薄膜(3)；D、在TW2薄膜(3)表面鍍上金屬電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于所述MgO單晶襯底(1)為100取向的MgO單晶襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于所述TiN薄膜(2)為厚度50-100nm的單晶薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙極阻變存儲(chǔ)器的制備方法，其特征在于所述TiO2薄膜(3)為厚度200nm的單晶薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極阻變存儲(chǔ)器及其制備方法，存儲(chǔ)器包括MgO單晶襯底，所述MgO單晶襯底上生長有一層TiN薄膜，所述TiN薄膜外延生長一層TiO2薄膜，所述TiO2薄膜表面鍍有金屬電極，金屬電極作為器件的上電極，TiN薄膜作為器件的下電極。制備方法，包括以下步驟選用MgO單晶襯底；利用射頻等離子體分子束外延設(shè)備在所述單晶襯底上生長一層TiN薄膜；利用掩模板遮蓋襯底表面的一半，繼續(xù)外延生長一層TiO2薄膜；在TiO2薄膜表面鍍上金屬電極。本發(fā)明采用水平方向的結(jié)構(gòu)有利于大規(guī)模高密度集成應(yīng)用；電極制作與阻變材料的生長有機(jī)結(jié)合使得器件的制備簡單，也降低了其高密度集成的難度。本發(fā)明應(yīng)用于電子存儲(chǔ)產(chǎn)品。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102169957SQ20111005899
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月12日
發(fā)明者呂啟標(biāo), 李樹瑋 申請(qǐng)人:中山大學(xué)