一種基於界面氧空位實現穩定存儲的阻變存儲器件方法

2023-10-19 19:58:57

一種基於界面氧空位實現穩定存儲的阻變存儲器件方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於肖特基接觸而實現較優存儲性能結構簡單的阻變存儲器件的方法。本發明利用磁控濺射方法在Nb：SrTiO3單晶襯底上濺射金屬金(Au)薄膜，而得到了Au/Nb:SrTiO3/Au平面結構的存儲器件，並得到了穩定保持特性的阻變存儲性能。本發明的優點：通過磁控濺射在單晶Nb：SrTiO3襯底上鍍金電極製備的阻變存儲器件工藝製作過程一步到位，器件製備工序更簡單，無需其他複雜的步驟，阻變器件結構簡單，適合於工業化生產。性能測試結果表明，相比前面的發明，本發明中的期間具有更好的保持特性，這是決定存儲器性能好壞的關鍵因素之一。
【專利說明】
一種基於界面氧空位實現穩定存儲的阻變存儲器件方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於Au/NSTO/Au雙肖特基結構實現穩定阻變存儲的阻變存儲單元器件的製備方法，具體是指以金屬Au做為電極、以0.7wt%.Nb的單晶SrT13做為阻變層材料的異質結構在穩定阻變存儲性能上的實現。
技術背景
[0002]隨著當今社會計算機技術、網際網路以及新型可攜式電子產品的快速發展，人們對信息存儲器性能的要求越來越高，這迫切地要求存儲器材料和技術必須要取得更大的進展。儘管Flash技術在市場上獲得了巨大成功，但受到自身存儲機理的限制，隨著特徵尺寸進一步縮小，該技術的發展面臨著諸多難題。一方面它的編程電壓不能按比例減小；另一方面隨著器件尺寸不斷縮小，隧穿氧化層厚度變得越來越薄，電荷洩漏將越來越嚴重，這使得器件的電荷保持性能下降。因此Flash存儲技術無法滿足信息技術迅速發展對超高存儲密度的要求。
[0003]阻變存儲(RRAM)的存儲單元結構簡單、工作速度快、功耗低、信息保持穩定、具有不揮發性，而且，易於實現三維立體集成和多值存儲，有利於提高集成密度等多方面的優越性能以其在存儲密度和存儲速度上的獨特優勢，被認為是頗具潛力的下一代非易失性存儲技術。
[0004]在各種具有電致阻變現象的材料中，鈣鈦礦結構的Nb = SrT13單晶對於研究阻變存儲器的阻變機制有著獨特的優勢。首先，單晶具有卓越的化學穩定性；其次，單晶與多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的邊界效應引起的複雜現象，阻止氧化物阻變特性出現多樣化的行為，為分析阻變機制提供了便利；最後，Nb = SrT13單晶作為典型的簡併半導體，其載流子濃度可以直接用摻雜濃度表示，我們可以通過改變摻雜比或者缺陷能方便地控制載流子濃度和電導率的大小。我們經過長時間系統性的研究發現，基於兩個異質結的Au/Nb:SrT13Au平面結構的單元存儲器件比一個異質結構的存儲器件，如Au/Nb:SrTi03/T1、Ag/Nb:SrTi03/Ti (其中Ti與Nb:SrTi03的接觸表現了歐姆特性)，工藝製作過程和存儲結構都比較簡單，在存儲窗口值上也有不錯的性能，以及在存儲保持時間上也有比較好的穩定特性。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是製備一種具有良好存儲性能的阻變存儲器件。
[0006]本發明製備Au/Nb: SrT13Au阻變存儲器件的方法，是採用商用的單晶Nb =SrT13作為襯底，並用射頻磁控濺射的方法在襯底上濺射沉積金屬薄膜。
[0007]一種基於界面肖特基接觸實現穩定存儲的阻變存儲器件方法，其特徵包括如下步驟:
[0008](I)以1mmX 5mmX0.5mm大小的的單晶Nb:SrT13為襯底，並超聲清洗乾淨；
[0009](2)製備含有實驗要求圖案的掩膜板，然後將上述清洗乾淨的Nb =SrT13襯底用掩膜板遮擋；
[0010](3)然後利用射頻磁控濺射方法在清洗乾淨的單晶襯底上濺射金薄膜作為電極，所使用射頻磁控濺射方法時的真空度為9.7X 10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射功率為60W，革巴基距為5 cm ；
[0011]作為優選，上述方法中所述的步驟(I)中所用的Nb =SrT13單晶襯底的晶體取向為(001)方向，單晶襯底摻Nb的含量為0.7% ;
[0012]作為優選，上述方法中所述的步驟(2)中磁控濺射薄膜金電極的直徑為1mm，間距為 0.5mm ；
[0013]作為優選，上述方法中所述的步驟(3)中濺射薄膜金電極的時間為8min，厚度為150nmo
[0014]經上述方法所製得的樣品，對其進行二值存儲、保持性能測試。二值存儲測試時寫電壓為+2V，擦電壓為-2V，讀電壓為+0.2V ;保持性能測試時，所施加的讀電壓為0.2V，寫、擦電壓分別為+2V和-2V時測試的高、低阻態隨時間變化關係。
[0015]有益效果:本發明製備過程中，所用襯底NSTO為商業產品，無需繁瑣製備；本發明在製備過程中，採用磁控濺射法製備金屬金(Au)薄膜，工藝可控性強，易操作，所得薄膜表面緻密、厚度穩定均一、結構連續，此外無需其他製作步驟。相比較於本課題組CN102723435A和CN102593354A的發明，本發明的優越性在於通過磁控濺射在單晶Nb:SrT13襯底上鍍金電極製備的阻變存儲器件工藝製作過程一步到位，無需其他複雜的步驟，阻變器件結構簡單，並且具有良好的保持特性的阻變存儲性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是用本發明製得的Au/Nb:SrT13Au的阻變存儲器件的測試結構示意圖；
[0017]圖2是用本發明製得的Au/Nb:SrTi03/Au在OV — +2V — OV — -2V — OV掃描電壓下的半對數坐標的1-V曲線圖；
[0018]圖3是用本發明製得的Au/Nb:SrT13Au在常溫下所測得的二值脈衝電壓圖；
[0019]圖4是用本發明製得的Au/Nb:SrT13Au在常溫下所測得的二值脈衝存儲性能圖；
[0020]圖5是用本發明製得的Au/Nb:SrTi03/Au在長時間給定讀電壓下的高、低阻態的保持特性圖。

【具體實施方式】
[0021]以下結合實例進一步說明本發明。
[0022]實施例1
[0023]取一片1mmX5mmX0.5mm規格大小的含Nb的單晶SrT13襯底，其中的單晶SrT13襯底中含有含量為0.7%的Nb,將其分別在去尚子水、丙酮、去尚子水、乙醇、去尚子水中依次超聲清洗5min、15min、5min、15min、5min,自然晾乾。將清洗乾淨的襯底用掩膜板遮擋，置於磁控濺射儀真空腔內，採用射頻磁控濺射的方法在暴露的含Nb單晶SrT13襯底上濺射一層厚度為lOOnm，直徑為Imm的金屬金(Au)薄膜，該器件結構的示意圖如圖1。所使用的射頻磁控濺射方法時的真空度為9.7X 10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射時間為9min，濺射功率為60W，靶基距為5cm。用金屬銅線(Cu)將兩個金屬金(Au)電極串聯起來。其中一端金屬金(Au)做為正極，給OV — +2V — OV — -2V — OV的掃描電壓分別測試它們的1-V特性，如圖2所示為它們的1-V曲線圖和半對數坐標的1-V曲線圖，其中1、2、3、4是指Au/Nb:SrTi03/Au在不同電壓極性下的高、低電阻間的電流狀態；再分別給以一定的讀、寫、擦電壓進行兩值存儲性能測試。兩值存儲測試時，讀、寫、擦電壓分別為+0.2V、+2V、-2V，如圖3所示為在此讀、寫、擦的脈衝電壓下，器件的高(HRS)、低(LRS)阻態周期性的變化；圖4所示則為讀電壓為+0.2V，寫、擦電壓分別為+2V，-2V時高(HRS)、低(LRS)兩阻態隨時間變化的保持特性。從圖4中可以看出，經過200s測試後，高、低阻態間的存儲窗口具有良好的保持特性。以上的測試結果表明，基於Au/Nb:SrT13Au結構的存儲器件結構簡單，具有良好的保持穩定性能，圖5是用本發明製得的AU/Nb:SrTi03/AU在長時間給定讀電壓下的高、低阻態的保持特性圖，說明對於信息的存儲是一個很好的選擇。
[0024]實施例2
[0025]如實施例1相同的取一片10mmX5mmX0.5mm規格大小的含Nb單晶SrT13的襯底，其中的單晶SrT13襯底中含有質量含量為0.5%的Nb，將其分別在去離子水、丙酮、去離子水、乙醇、去離子水中依次超聲清洗5min、15min、5min、15min、5min,自然晾乾。將清洗乾淨的襯底用掩膜板遮擋，置於磁控濺射儀真空腔內，採用射頻磁控濺射的方法在暴露的含Nb單晶SrT13的襯底上濺射一層厚度為lOOnm，直徑為Imm的金屬金(Au)薄膜，該器件結構的示意圖如圖1。所使用的射頻磁控濺射方法時的真空度為9.7X10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射時間為9min，濺射功率為60W，靶基距為5cm。用金屬銅線(Cu)將兩個金屬金(Au)電極串聯起來。再對本發明中產品進行測試，得出與實施例1中相似的效果。
【權利要求】
1.一種基於界面氧空位實現穩定存儲的阻變存儲器件方法，其特徵包括如下步驟: (1)以1mmX5mmX0.5mm大小的的單晶Nb =SrT13為襯底，並超聲清洗乾淨； (2)製備掩膜板，然後將上述清洗乾淨的Nb=SrT13襯底用掩膜板遮擋，並露出用於製作電極的位置； (3)然後利用射頻磁控濺射方法在清洗乾淨的單晶襯底上濺射金薄膜作為電極，所使用射頻磁控濺射方法時的真空度為9.7X 10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射功率為60W，靶基距為5cm。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(I)中所用的Nb=SrT13單晶襯底的晶體取向為(001)方向，單晶襯底摻Nb的含量為0.7%。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(2)中磁控濺射薄膜金電極的直徑為1mm，間距為0.5mm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的步驟(3)中濺射薄膜金電極的時間為8min,厚度為150nm。
【文檔編號】H01L45/00GK104393172SQ201410704894
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】李培剛, 汪鵬超, 王順利, 陳瑞品, 朱志豔, 沈靜琴 申請人:浙江理工大學