一種基於二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器的製作方法
2023-05-23 18:50:16
專利名稱：一種基於二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於非揮發性隨機讀取存儲器技術領域，涉及ー種基於ニ氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器及其製備方法。
背景技術：
存儲器是現代信息社會不可或缺的重要電子器件，在電子市場中佔有相當大的份額。隨著電子信息產業的不斷發展，存儲器朝著更高密度、更高速度、更低能耗、非揮發性的方向發展。傳統的動態隨機讀取存儲器和靜態隨機讀取存儲器讀寫速度快，但斷電後儲存的信息迅速丟失，需要不斷刷新來維持存儲的信息，因此能耗較大。非揮發性存儲器具有斷電後能夠長期保持存儲信息的優點，不需要刷新，因而能耗很低，目前已經廣泛的應用在手機、數位相機和移動存儲等產品上。據統計，全球非揮發性快閃記憶體的容量在過去的十年間以每年翻一翻的速度增長，市場規模越來越大。 然而與動態隨機讀取存儲器和靜態隨機讀取存儲器相比，目前所用非揮發性快閃記憶體的器件結構與工作原理決定了其較低的存儲速度。因此研究開發新一代既具動態隨機讀取存儲器或靜態隨機讀取存儲器相當的存儲速度，又具非揮發存儲器斷電後保持信息特性的新一代存儲器具有非常重要的意義。作為ー種新型的非揮發性隨機讀取存儲器，電阻式隨機讀取存儲器具有功耗低、結構簡單、存儲速度快、可高密度集成等優點，有望成為下一代通用的非揮發性存儲器。電阻存儲器的結構十分簡單，是基於M頂的三明治結構，其中M —般為金屬電極，I為絕緣層或半導體薄膜，其中包括ニ元金屬氧化物薄膜(BMOs)、鈣鈦礦氧化物、硫系化合物和有機物等。在這些材料之中，ニ元金屬氧化物薄膜由於材料組分簡單，製備方法簡單，與矽集成電路エ藝相兼容等特點被認為是ー類有望應用於電阻存儲器的材料，也是目前研究最多的ー類材料。如 Nb2O5' Al2O3' Ta2O5' Ti02、Ni。、ZrxO, CuxO 及 ZnO 等等，其中，NiO 和 TiO2 是受到關注最多的材料。SnO2作為ー種重要的半導體材料,其集成優勢明顯,製造成本低廉，由於具有獨特的電、磁和催化等特性，受到了廣泛關注。然而，關於SnO2在電阻存儲器的應用方面的研究卻未見報導。
發明內容本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種基於ニ氧化錫薄膜的電阻式隨機讀取存儲器及其製備方法。本實用新型解決技術問題所採取的技術方案為一種基於ニ氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器，該存儲器由重摻矽襯底、ニ氧化錫薄膜、金屬薄膜電極構成，ニ氧化錫薄膜位於重摻矽襯底、金屬薄膜電極之間，重摻矽襯底作為電阻式隨機讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機讀取存儲器的上電扱。所述的重摻矽襯底的電阻率小於0. I Q cm。[0009]所述的ニ氧化錫薄膜的厚度範圍為10 lOOnm。所述的金屬薄膜電極為在溫度100°c下呈固體的金屬材料。金屬材料優選金、鉬、銅、招、鈦或鎳。本實用新型的有益效果本實用新型通過採用新型的ニ氧化錫薄膜作為電阻式隨機讀取存儲器中的阻變層，可以獲得良好的電阻轉變特性。同時，與普通電阻式隨機讀取存儲器的存儲單元相比，這種新型的電阻式隨機讀取存儲器在直流電壓連續掃描激勵下表現出優異的高、低阻態之間的轉變和記憶特性，其高低電阻態間的差值可大於IO2倍，器件需要的功耗較小，適用於計算機的低壓電路中，器件性能穩定，井能很好地與矽集成電路エ藝相兼容。這些特性表明本實用新型在非揮發性存儲器件領域具有潛在的應用價值。
圖I是本實用新型存儲器結構示意圖；圖2是實施例I所製備的存儲器的I-V特性圖；圖3是實施例I所製備的存儲器的高阻態和低阻態的阻值隨開關循環次數的變化。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進ー步說明如圖I所示，一種電阻式隨機讀取存儲器的存儲單元，包括金屬薄膜電極/ ニ氧化錫薄膜/重摻矽襯底結構的電阻存儲器。該存儲器由重摻矽襯底I、ニ氧化錫薄膜2、金屬薄膜上電極3構成。其中，作為存儲単元上電極的金屬，可以為金、鉬、銅、鋁、鈦、或鎳。ニ氧化錫薄膜作為存儲単元的工作層，起電阻轉變作用。重摻矽作為存儲単元的下電極及襯/ 。本實用新型採用磁控濺射法製備ニ氧化錫薄膜。所採用的重摻矽襯底的電阻率為10_2 10_3Q cm。將重摻矽襯底通過半導體標準清洗エ藝清洗乾淨，放入磁控濺射儀，當腔體本底真空抽至8X 10_5Pa時，通入一定比例的氬氣和氧氣使腔體達到0. 25Pa的工作壓強，通過改變氬氣和氧氣的流量來控制混合氣氛中氬氣和氧氣的比例，氬氣與氧氣流量比例為6 0. 75。採用高純金屬錫靶在室溫條件下沉積ニ氧化錫薄膜。在濺射過程中。濺射電壓為300V，濺射電流為0. 02A，濺射功率為6W，通過改變濺射時間來獲得不同厚度的ニ氧化錫薄膜，濺射時間範圍為2 20min，薄膜厚度範圍為10 lOOnm。直徑為600 y m的圓形金屬電極在電子束蒸發鍍膜儀中通過不鏽鋼掩模板沉積在ニ氧化錫薄膜上。這樣所獲得的器件製備エ藝簡單、性能可靠，讀寫壽命高且具有較低的功耗。所述ニ氧化錫薄膜可以本領域常規用於物理沉積法製備ニ氧化錫薄膜得到，本實、用新型所述沉積エ藝參數如下気氣和氧氣比6 0. 75派射時間2 20min薄膜厚度10 IOOnm更為優選的，所述エ藝參數如下氬氣和氧氣比1.5[0024]派射時間5min薄膜厚度30nm下面根據具體實施例詳細說明本實用新型，本實用新型的目的和效果將變得更加明顯。實施例I利用磁控濺射法在潔淨的重摻矽襯底上沉積ニ氧化錫薄膜，當腔體本底真空抽為8X10-5Pa時，通入氬氣和氧氣使腔體達到0. 15Pa的工作壓強，其中氬氣流量60sccm，氧氣流量為40 sccm，氬氣與氧氣的比例為I. 5: I。在濺射過程中，濺射電壓為300V，濺射電流為0. 02A，濺射功率為6W，濺射時間為5min，薄膜的厚度為25nm。再利用電子束蒸發通過掩模法在ニ氧化錫薄膜上製備金屬薄膜電極，電極為直徑100 u m的圓形銅電極。存儲單元的結構如圖I所示。該存儲単元的電流-電壓特性測試結果如圖2。當掃描電壓為I. 4V吋，器件處於置位狀態，存儲單元從高阻態轉變為低阻態，並在沒有加電壓的條件下，能夠保持 低阻態；當掃描電壓為0. 18V時，器件處於復位狀態，存儲單元從低阻態轉變為高阻態，並在沒有加電壓的條件下，能夠保持高阻態。存儲單元的置位電壓和復位電壓都在0 +1. 5V之間，大大減小了器件的功耗，適用於計算機的低壓電路中。圖3是所製備的存儲器的高阻態和低阻態的阻值隨開關循環次數的變化。由圖可以看出，這種新型的電阻存儲器在直流電壓連續掃描激勵下表現出優異的高、低阻態之間的轉變和記憶特性，其高低阻態阻值間的差值大於IO2倍，在連續30次高低阻態循環的過程中，高低阻態的電阻值表現出較好的穩定性，這些特性表明本實用新型在非揮發性存儲器件領域具有潛在的應用價值。實施例2利用直流磁控濺射法在潔淨的重摻矽襯底上沉積ニ氧化錫薄膜，當腔體本底真空抽為8X 10_5Pa時，通入氬氣和氧氣使腔體達到0. 15Pa的工作壓強，其中氬氣流量60sCCm，氧氣流量為40 sccm，氬氣與氧氣的比例為I. 5: I。在濺射過程中，濺射電壓為300V，濺射電流為0.02A，濺射功率為6W，薄膜濺射時間為lOmin，薄膜的厚度為60nm。利用電子束蒸發通過掩模法在ニ氧化錫薄膜上製備金屬薄膜電極，電極為直徑100 u m的圓形銅電極。存儲單元的結構如圖I所示。上述實施例只是本實用新型的舉例，儘管為說明目的公開了本實用新型的最佳實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本實用新型及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本實用新型不應局限於最佳實施例和附圖所公開的內容。
權利要求1.一種基於二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器，其特徵在於該存儲器由重摻矽襯底、二氧化錫薄膜、金屬薄膜電極構成，二氧化錫薄膜位於重摻矽襯底、金屬薄膜電極之間，重摻矽襯底作為電阻式隨機讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機讀取存儲器的上電極。
2.如權利要求I所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特徵在於重摻矽襯底的電阻率小於 0. I Q cm。
3.如權利要求I所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特徵在於二氧化錫薄膜的厚度範圍為10 IOOnm0
4.如權利要求I所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特徵在於金屬薄膜電極為在溫度100°C下呈固體的金屬材料。
5.如權利要求4所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特徵在於所述的金屬材料選用金、鉬、銅、招、鈦或鎳。
專利摘要本實用新型公開了一種基於二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器。現有的電阻式存儲器的讀寫壽命以及穩定性較差。本實用新型存儲器由重摻矽襯底、二氧化錫薄膜、金屬薄膜電極構成，二氧化錫薄膜位於重摻矽襯底、金屬薄膜電極之間，重摻矽襯底作為電阻式隨機讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機讀取存儲器的上電極。本實用新型通過採用新型的二氧化錫薄膜作為電阻式隨機讀取存儲器中的阻變層，可以獲得良好的電阻轉變特性。
文檔編號H01L45/00GK202523770SQ20122012449
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者季振國, 席俊華, 李紅霞, 牛犇 申請人:杭州電子科技大學