一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種憶阻器，具體涉及一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]憶阻器，是由華裔教授蔡少堂在1971年提出概念，并由HP實(shí)驗(yàn)室于2008年首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)存在的一種無(wú)源器件。傳統(tǒng)的三種無(wú)源器件:電阻、電容、電感，都可以由電流、電壓、磁通量、電荷量四個(gè)物理量?jī)蓛山M合得出。蔡少堂教授就是根據(jù)其中磁通量和電荷量的關(guān)系，推斷應(yīng)該還有一種無(wú)源器件，并將其命名為憶阻器，它能反映器件電阻隨流經(jīng)其中電荷量的變化而變化，這種特性使其在應(yīng)用于非易失性存儲(chǔ)器方面具有很大潛力。隨著信息技術(shù)和半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，光刻技術(shù)越來(lái)越接近量子級(jí)別，依據(jù)存儲(chǔ)電子的非易失性閃存，由于在狹窄的通道內(nèi)保留電子的難度加大，逐漸接近其物理極限，摩爾定律越來(lái)越受到質(zhì)疑。尋找一種新的非易失性存儲(chǔ)器，成為了科學(xué)界和工業(yè)界新的熱點(diǎn)。阻變存儲(chǔ)器，作為憶阻器的一種應(yīng)用，因其高集成密度、低功耗、快寫入讀取速度越來(lái)越受到關(guān)注。
[0003]阻變存儲(chǔ)器是一種兩端器件，阻變材料層置于底、頂電極之間構(gòu)成金屬(M)-絕緣層(I)-金屬(M)的三明治結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以最大限度控制每個(gè)單元的尺寸，提高集成密度。中間的絕緣層(阻變材料層)可以在電場(chǎng)的刺激下，在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間切換。其易失特性表現(xiàn)在，阻變層的阻態(tài)不會(huì)隨撤除電壓或者施加小于閾值的電壓而改變。一般來(lái)說(shuō)，電阻狀態(tài)切換的現(xiàn)象是通過(guò)金屬陽(yáng)離子(如銀)和氧離子的迀移實(shí)現(xiàn)的，其中氧化物阻變層的電阻切換，一般是由氧離子的迀移而導(dǎo)致導(dǎo)電細(xì)絲的形成和斷裂引起的。構(gòu)建氧化物阻變層薄膜一般通過(guò)磁控濺射而成，但是這種制備方法成膜速度慢，設(shè)備成本高。
[0004]電化學(xué)沉積是溶液中的帶點(diǎn)粒子在電場(chǎng)作用下到達(dá)基片表面沉積的過(guò)程。電化學(xué)沉積制備薄膜相比于其他制膜工藝具有以下優(yōu)勢(shì):(I)成膜速度快，依據(jù)沉積液濃度，沉積參數(shù)不同，一般半小時(shí)可以達(dá)到微米級(jí)別；(2)原料成本低廉，只需要沉積材料對(duì)應(yīng)的水溶液；(3)設(shè)備簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的三電極恒電壓(或恒電流)系統(tǒng)設(shè)備即可。作為一種快速高效，成本低廉的制備方法，電化學(xué)沉積在憶阻器的制備上有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種制備工藝步驟簡(jiǎn)單、制作成本低、可重復(fù)性強(qiáng)的憶阻器阻變層的制備方法。該方法具體步驟如下:
一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器，所述憶阻器包括襯底層、底電極層、阻變層及頂電極，所述襯底層、底電極層及阻變層依次設(shè)置，所述頂電極設(shè)置在阻變層相反于底電極層的一側(cè)。
[0006]進(jìn)一步地，所述阻變層為電化學(xué)沉積制成的氧化鋅薄膜，所述阻變層厚度為300nmo
[0007]進(jìn)一步地，所述底電極層材料為摻鋁氧化鋅導(dǎo)電玻璃或摻鋁氧化鋅導(dǎo)電硅。
[0008]進(jìn)一步地，所述頂電極材料可以是金、鉑、銅中的一種。
[0009]進(jìn)一步地，所述襯底層為玻璃、絕緣硅中的一種。
[0010]一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器的制備方法，用于制備上述的憶阻器，所述制備的方法包括以下步驟:
以具有良好導(dǎo)電性能的薄膜作為基底；電化學(xué)沉積所用沉積液由反應(yīng)液和緩沖液兩種溶液組成，通過(guò)在恒定濃度的反應(yīng)液中加入不同量的緩沖液以此調(diào)節(jié)兩者配比；通過(guò)三電極法在恒定電壓下，沉積出氧化物阻變層薄膜，該方法具體步驟如下:
(1)先分別配制反應(yīng)液和緩沖液；
(2)混合反應(yīng)液和緩沖液，構(gòu)成沉積液；
(3)在沉積液中，通過(guò)三電極法，以恒定電壓，沉積氧化物薄膜。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述反應(yīng)液為硝酸鋅溶液，所述緩沖液為硝酸溶液，所述硝酸溶液與所述硝酸鋅溶液的濃度比為200:1。
[0012]進(jìn)一步地，所述反應(yīng)液和所述緩沖液體積比在500: I到2000:1之間。
[0013]進(jìn)一步地，其中反應(yīng)液的濃度不變，緩沖液的濃度根據(jù)加入其中的緩沖液量的變化而變化，其濃度分別為xl，x2，x3。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟3中，覆蓋有導(dǎo)電薄膜的襯底連接工作電極，以金屬鉑為對(duì)電極，以銀/氯化銀為參比電極，沉積電位為0.9 V，沉積溫度為80攝氏度。
[0015]本發(fā)明提出了一種憶阻器，該憶阻器制備工藝步驟簡(jiǎn)單，可重復(fù)性強(qiáng)，設(shè)備成本低，滿足大規(guī)模量產(chǎn)的需求。該憶阻器結(jié)構(gòu)如下:
1、本發(fā)明提供的憶阻器，自下往上依次包括襯底、底電極、阻變層和頂電極。
[0016]2、底電極覆蓋在襯底之上，隨應(yīng)用需要，載體可以是(但不僅限于)透明玻璃；底電極可以是(但不僅限于)摻鋁氧化鋅導(dǎo)電膜。
[0017]3、阻變層為電化學(xué)沉積所制備的氧化物薄膜，如(但不僅限于)氧化鋅薄膜。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的憶阻器結(jié)構(gòu)示意圖:1_襯底；2_底電極；3_阻變層；4_頂電極。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1憶阻器的電流電壓曲線。
[0020]圖3為本發(fā)明電沉積制備阻變層時(shí)，硝酸鋅(5 mM)與硝酸(O mM，0.5 mM，1.0 mM，1.5 mM)不同配比時(shí)，高阻態(tài)電阻值、低阻態(tài)電阻值與載流子濃度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)例僅僅是示意性的，并不能包含本發(fā)明的全部?jī)?nèi)容。本領(lǐng)域人員在本發(fā)明的啟發(fā)下進(jìn)行變化所獲得的所有其他實(shí)例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]實(shí)施例1:
Cl)分別配置5 mM的硝酸鋅水溶液和I M的硝酸溶液。
[0023](2)取200 ml的硝酸鋅溶液，不加入硝酸溶液。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
[0024](3)將清洗好的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電玻璃(1.0 cm * 1.5 cm)連接工作電極，并置于硝酸鋅溶液中。鉑片作為對(duì)電極，銀/氯化銀作為參比電極，連入電化學(xué)工作站。
[0025](4)在工作電極與對(duì)電極之間施加-0.9 V的電壓，并保持1000 S，后取出用去離子水沖洗，烘干。
[0026](5)將沉積有氧化鋅樣品，在掩模下直流濺射金電極，至此完成整個(gè)憶阻器的基本結(jié)構(gòu)。
[0027]實(shí)施例2:
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的部分內(nèi)容相同，唯不同之處在于:其他步驟如實(shí)施例1，只將步驟(2)改為:取200 ml的硝酸鋅溶液，并加入I μ I硝酸溶液，沉積液中硝酸濃度為0.5mM。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
[0028]實(shí)施例3:
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的部分內(nèi)容相同，唯不同之處在于:其他步驟如實(shí)施例1，只將步驟(2)改為:取200 ml的硝酸鋅溶液，并加入I μ I硝酸溶液，沉積液中硝酸濃度為1.0mM。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
[0029]實(shí)施例4:
本實(shí)施例與上述實(shí)施例的部分內(nèi)容相同，唯不同之處在于:其他步驟如實(shí)施例1，只將步驟(2)改為:取200 ml的硝酸鋅溶液，并加入I μ I硝酸溶液，沉積液中硝酸濃度為1.5mM。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器，其特征在于，所述憶阻器包括襯底層、底電極層、阻變層及頂電極，所述襯底層、底電極層及阻變層依次設(shè)置，所述頂電極設(shè)置在阻變層相反于底電極層的一側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器，其特征在于，所述阻變層為電化學(xué)沉積制成的氧化鋅薄膜，所述阻變層厚度為300nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器，其特征在于，所述底電極層材料為摻鋁氧化鋅導(dǎo)電玻璃或摻鋁氧化鋅導(dǎo)電硅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器，其特征在于，所述頂電極材料可以是金、鉑、銅中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器，其特征在于，所述襯底層為玻璃、絕緣硅中的一種。6.一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器的制備方法，用于制備上述權(quán)利要求1-5之一所述的憶阻器，其特征在于，所述制備的方法包括以下步驟: 以具有良好導(dǎo)電性能的薄膜作為基底；電化學(xué)沉積所用沉積液由反應(yīng)液和緩沖液兩種溶液組成，通過(guò)在恒定濃度的反應(yīng)液中加入不同量的緩沖液以此調(diào)節(jié)兩者配比；通過(guò)三電極法在恒定電壓下，沉積出氧化物阻變層薄膜，該方法具體步驟如下: (1)先分別配制反應(yīng)液和緩沖液； (2)混合反應(yīng)液和緩沖液，構(gòu)成沉積液； (3)在沉積液中，通過(guò)三電極法，以恒定電壓，沉積氧化物薄膜。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)液為硝酸鋅溶液，所述緩沖液為硝酸溶液，所述硝酸溶液與所述硝酸鋅溶液的濃度比為200:lo8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)液和所述緩沖液體積比在500:1到2000:1之間。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器的制備方法，其特征在于，所述步驟3中，覆蓋有導(dǎo)電薄膜的襯底連接工作電極，以金屬鉑為對(duì)電極，以銀/氯化銀為參比電極，沉積電位為0.9 V，沉積溫度為80攝氏度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種憶阻器，具體涉及一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器及其制備方法。一種電化學(xué)沉積制備薄膜構(gòu)建的憶阻器的制備方法，先分別配制反應(yīng)液和緩沖液；混合反應(yīng)液和緩沖液，構(gòu)成沉積液；在沉積液中，通過(guò)三電極法，以恒定電壓，沉積氧化物薄膜本發(fā)明提供了一種制備工藝步驟簡(jiǎn)單、制作成本低、可重復(fù)性強(qiáng)的憶阻器阻變層的制備方法。
【IPC分類】H01L21/8247, C25D9/08, H01L27/115
【公開(kāi)號(hào)】CN104979363
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510345417
【發(fā)明人】張躍, 孫一慧, 閆小琴, 鄭鑫, 申衍偉, 劉懌沖
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年6月19日