專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多值存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于界面氧空位而實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)性能的阻變存儲(chǔ)器件的制備方法，具體是指以金屬Ag和Ti為上下電極、以Nb = SrTiO3為阻變層的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在多值存儲(chǔ)性能上的實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
高密度、低成本是存儲(chǔ)器發(fā)展的一個(gè)重要目標(biāo)。而提高存儲(chǔ)器密度的方式主要有三個(gè)途徑1)減小存儲(chǔ)器單元的面積；2)3D集成技術(shù)；3)多值存儲(chǔ)技術(shù)。其中對(duì)于通過(guò)減小尺寸來(lái)提高單位芯片面積上存儲(chǔ)單元密度這一技術(shù)，由于目前市場(chǎng)上主流的Flash存儲(chǔ)器的工藝尺寸已經(jīng)可以做到65nm以下，所以很難再繼續(xù)大規(guī)模提高存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)密度。 而對(duì)于3D集成技術(shù)，一方面當(dāng)前3D集成工藝還不夠成熟，另一方面3D集成的成本也較高， 因此這一技術(shù)也受到一定的限制和挑戰(zhàn)。相比與前兩種高密度存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)方案而言，多值存儲(chǔ)技術(shù)可以通過(guò)單個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)來(lái)提高存儲(chǔ)芯片的存儲(chǔ)密度，并且在不增加成本的前提下就能夠使得存儲(chǔ)密度成倍的增長(zhǎng)。因此多值存儲(chǔ)至今一直都是一個(gè)引人入勝的夢(mèng)想。目前國(guó)際上已經(jīng)對(duì)RRAM的多值存儲(chǔ)技術(shù)開(kāi)展了初步的研究。研究?jī)?nèi)容包括多值存儲(chǔ)的操作模式、多值存儲(chǔ)機(jī)理和多值存儲(chǔ)材料體系等。但是，國(guó)際上對(duì)于多值存儲(chǔ)機(jī)理以及哪一種材料體系具有最優(yōu)的多值存儲(chǔ)特性還存在一定的爭(zhēng)議。我們的研究發(fā)現(xiàn)在眾多具有阻變存儲(chǔ)特性的鈣鈦礦氧化物、二元過(guò)渡金屬氧化物等材料體系中，經(jīng)過(guò)退火處理的Nb: SrTiO3則表現(xiàn)出了多值存儲(chǔ)的特性。Nb: SrTiO3是具有穩(wěn)定立方結(jié)構(gòu)且與CMOS工藝相兼容的η型半導(dǎo)體，當(dāng)與功函數(shù)為4. 26ev的Ag接觸時(shí)產(chǎn)生肖特基勢(shì)壘，其接觸界面間的氧空位，在不同極性的偏壓下可以捕獲或釋放電子從而調(diào)控肖特基勢(shì)壘高度的轉(zhuǎn)變，在宏觀上則表現(xiàn)為正負(fù)偏壓下高、低兩種阻態(tài)間的可逆轉(zhuǎn)換。而對(duì)其施加不同大小的正負(fù)偏壓時(shí)，氧空位可捕獲電子的濃度不同，產(chǎn)生了不同大小的肖特基勢(shì)壘高度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了多值存儲(chǔ)的優(yōu)越性能。以下發(fā)明則是基于金屬Ag與Nb = SrTiO3界面的氧空位調(diào)控肖特基勢(shì)壘高度而實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)性能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備一種具有多值存儲(chǔ)性能且機(jī)理明確的阻變存儲(chǔ)器件。本發(fā)明的制備Ag/Nb :SrTi03/Ti器件的方法，是采用真空退火處理后的Nb: SrTiO3 作為襯底，采用磁控濺射的方法向襯底上濺射金屬薄膜。操作步驟如下(I)以Nb = SrTiO3為襯底，并超聲清洗干凈，自然晾干；本發(fā)明中的超聲清洗手段為本行業(yè)常用的方法，對(duì)于其中的超聲頻率亦為行業(yè)內(nèi)人員所知曉；作為優(yōu)選，以 10mmX5mmX0. 5mm的Nb = SrTiO3為襯底，分別用去離子水、丙酮、去離子水、乙醇、去離子水超聲清洗干凈，再自然晾干；
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(2)將清洗干凈的Nb = SrTiO3襯底置于一定真空度的磁控濺射真空腔內(nèi)并在一定的溫度下退火一定的時(shí)間后自然降溫；所述的真空度為8X10_4pa，退火溫度為700°C，退火時(shí)間為30min ；(3)用掩模板遮掩Nb = SrTiO3襯底中間部位三分之一大小的面積的Nb = SrTiO3，用磁控濺射的方法在暴露的Nb = SrTiO3上濺射厚度為150-200nm的金屬鈦薄膜；上述磁控濺射法濺射的參數(shù)分別為濺射功率250W，濺射氣壓I. 2pa，濺射時(shí)間I. 5h ；(4)將步驟(3)中制備所得產(chǎn)品去除掩模板，然后在原來(lái)被掩蓋的部分涂覆金屬銀膠 Nb = SrTiO3 ；(5)將步驟(4)中得到的產(chǎn)品用金屬銅線將金屬銀與鈦連接起來(lái)；即可制得阻變存儲(chǔ)器件。最終可以將步驟(5)的樣品進(jìn)行電學(xué)性能、多值存儲(chǔ)性能測(cè)試。作為優(yōu)選，上述步驟(I)的Nb = SrTiO3為摻雜O. 7% Nb的SrTiO3單晶襯底。作為優(yōu)選，上述步驟⑵的真空度為8X10_4pa，退火溫度為700°C，退火時(shí)間為 30mino有益效果本發(fā)明制備過(guò)程中，所用器材為商業(yè)產(chǎn)品，無(wú)需繁瑣制備；本發(fā)明在制備過(guò)程中，采用磁控濺射法制備金屬鈦(Ti)薄膜，工藝可控性強(qiáng)，易操作，所得薄膜穩(wěn)定均一、結(jié)構(gòu)連續(xù)，且與Nb = SrTiO3附著力強(qiáng),不易損壞。


圖I是用本發(fā)明方法制得的金屬鈦(Ti)薄膜的X射線衍射(XRD)譜圖；圖2是用本發(fā)明方法制得的金屬鈦(Ti)薄膜的掃描電鏡(SEM)圖譜，標(biāo)尺為 300nm ；圖3是用本發(fā)明方法制得的Ti/Nb:SrTi03& Ag/Nb:SrTi03/Ti在常溫下所測(cè)得的 I-V曲線；圖4是用本發(fā)明方法制得的阻變存儲(chǔ)器件的兩值與不同電壓下的多值存儲(chǔ)的保持特性圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例I取一片以IOmmX 5mmX O. 5mm規(guī)格大小的Nb: SrTiO3為襯底，將其分別在去離子水、丙酮、去離子水、乙醇、去離子水中超聲清洗干凈，自然晾干。將該襯底于真空度為
8X 10_4pa，溫度為700°C的條件下進(jìn)行退火30min后再自然降溫至室溫。然后再將該襯底的中部用掩膜板遮擋，用射頻磁控濺射的方法在暴露的Nb = SrTiO3濺射一層ISOnm厚度的金屬鈦(Ti)薄膜，其X射線衍射(XRD)與掃描電鏡(SEM)如圖I、圖2。而后將掩膜板脫離， 在Nb = SrTiO3上涂覆金屬銀(Ag膠)。將金屬鈦(Ti)與鈦(Ti)用金屬銅線(Cu)串聯(lián)起來(lái)以及用金屬銅線(Cu)將金屬鈦(Ti)和金屬銀(Ag)串聯(lián)起來(lái)，金屬銀(Ag)做為正極，給 OV — +2V — OV — -2V — OV的掃描電壓分別測(cè)試它們的I-V特性，如圖3所示為它們?cè)趯?duì)數(shù)坐標(biāo)下的I -V曲線，其中I、2、3、4是指Ag/Nb: Sr T i 03/T i的高、低電阻間的電流狀態(tài)，右下標(biāo)為該器件的結(jié)構(gòu)及電路連接方；爾后再給以一定的偏壓分別進(jìn)行兩值和多值測(cè)試。其中兩值測(cè)試時(shí)，寫(xiě)、擦、讀電壓分別為+2V、-2V、+0. 2V ;進(jìn)行多值測(cè)試時(shí)，寫(xiě)電壓為+2V，擦電壓分別為-2V、-3V、-4V，讀電壓為+0. 2V。如圖(4)所示。這些結(jié)果表明，基于Ag/Nb: SrTiO3/ Ti結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件可以實(shí)現(xiàn)良好的多值存儲(chǔ)性能。實(shí)施例2取一片以10_X5_X0. 5mm規(guī)格大小的Nb = SrTiO3為襯底,其中Nb = SrTiO3為慘雜O. 7% Nb的SrTiO3單晶襯底，將其分別在去離子水、丙酮、去離子水、乙醇、去離子水中超聲清洗干凈，超聲清洗的時(shí)間分別為5min、10min、5min、10min、5min ;再自然晾干。將該襯底于真空度為8 X 10-4pa,溫度為700°C的條件下進(jìn)行退火30min后再自然降溫至室溫。然后再將該襯底的中部用掩膜板遮擋三分之一，用射頻磁控濺射的方法在暴露的Nb = SrTiO3濺射一層160nm厚度的金屬鈦(Ti)薄膜，所使用的濺射功率250W，濺射氣壓I. 2pa，濺射時(shí)間 I. 5h;而后將掩膜板脫離，在Nb = SrTiO3上涂覆金屬銀(Ag膠)。將金屬鈦(Ti)與鈦(Ti) 用金屬銅線(Cu)串聯(lián)起來(lái)以及用金屬銅線(Cu)將金屬鈦(Ti)和金屬銀(Ag)串聯(lián)起來(lái)， 金屬銀(Ag)做為正極，再對(duì)本發(fā)明中產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，得出與實(shí)施例相似的效果。
權(quán)利要求
1.一種多值存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)以Nb= SrTiO3為襯底，并超聲清洗干凈，自然晾干；(2)將清洗干凈的Nb= SrTiO3襯底置于一定真空度的磁控濺射真空腔內(nèi)并在一定的溫度下退火一定的時(shí)間后自然降溫；所述的真空度為8X10_4pa，退火溫度為700°C，退火時(shí)間為 30min ；(3)用掩模板遮掩Nb= SrTiO3襯底中間部位三分之一大小的面積的Nb = SrTiO3，用磁控濺射的方法在暴露的Nb = SrTiO3上濺射厚度為150-200nm的金屬鈦薄膜；上述磁控濺射法濺射的參數(shù)分別為濺射功率250W，濺射氣壓I. 2pa，濺射時(shí)間I. 5h ；(4)將步驟(3)中制備所得產(chǎn)品去除掩模板，然后在原來(lái)被掩蓋的部分涂覆金屬銀膠 NbiSrTiO3；(5)將步驟(4)中得到的產(chǎn)品用金屬銅線將金屬銀與鈦連接起來(lái)；即可制得阻變存儲(chǔ)器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(I)中將Nb= SrTiO3為襯底進(jìn)行清洗過(guò)程為依次用去離子水、丙酮、去離子水、乙醇、去離子水進(jìn)行超聲清洗，超聲清洗的時(shí)間分別為 5min、10min、5min、10min、5min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(I)中Nb= SrTiO3為摻雜O.7% Nb的SrTiO3單晶襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)磁控濺射金屬鈦Ti薄膜的厚度約為180nm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于界面氧空位而實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)性能的阻變存儲(chǔ)器件，具體是指以金屬Ag和Ti為上下電極、以Nb:SrTiO3為阻變層的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)在多值存儲(chǔ)性能上的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明是利用磁控濺射的方法在Nb:SrTiO3的襯底上濺射金屬鈦(Ti)薄膜，并涂覆金屬銀(Ag膠)，而得到了Ag/Nb:SrTiO3/Ti結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件并實(shí)現(xiàn)了多值存儲(chǔ)的性能。本發(fā)明的優(yōu)越性在不同大小的正負(fù)偏壓下通過(guò)氧空位調(diào)控勢(shì)壘的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)的優(yōu)異性能。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102593354SQ20121006523
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者唐為華, 張巖, 李培剛, 王順利, 申婧翔 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)