[發明專利]一種可擦寫可讀出的薄膜型電阻開關器件及其制備方法

無效

• 申請號: 200810038579.5
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN101290972A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 徐偉;董元偉
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/10;H01L51/40;H01L27/28;G11C11/56;G11C16/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于微電子器件和功能薄膜技術領域，具體涉及一種可擦寫、可讀出的薄膜型電阻開關器件及其制作方法。

技術背景

具有電阻開關特性的電雙穩器件由于具有二種不同電阻值的穩定狀態，可以作為開關和存儲器件來使用，這方面具有廣闊的市場前景，已引起學術界和產業界的高度重視。在本領域中，開發出高性能的材料以及簡單可行的工藝技術已成為研發人員努力的方向。

硫氰是一種典型的擬鹵素，為黃色液體，分子式為：(SCN)₂。如果以乙醚或者二氯甲烷做溶劑，硫氰溶液在0℃以下可以穩定存在。在研究過程中，我們發現硫氰非常容易在銅膜表面吸附成膜，在室溫干燥條件下則自發固化成聚合物薄膜。經過細致的探索研究，我們發現這種固化薄膜不僅有很高的穩定性，而且可以作為電子器件的功能介質層來使用。

為此，本發明提出基于硫氰固化薄膜的可擦寫、可讀出的薄膜型電阻開關器件。我們還發展出一種極端簡單的制作方法，這種簡單工藝對于實際應用非常有利。此外，由于底電極采用銅，因此可以和微電子技術中的銅互連兼容。

發明內容

本發明的目的在于提出一種可擦寫、可讀出的薄膜型電阻開關器件及其制作方法。

本發明提出的可擦寫、可讀出的薄膜型電阻開關器件，采用夾層結構，如圖1所示。器件的結構依次為：金屬底電極(M₁)、功能介質層、金屬頂電極(M₂)，即金屬-功能介質層-金屬(M₁-Functional?layer-M₂)結構。其中，二端的金屬層(M₁和M₂)作為電極。該器件可通過正向和反向的電壓脈沖激發來實現信號的寫入和擦除，用小電壓脈沖信號讀出。

本發明還提出可擦寫、可讀出的薄膜型電阻開關器件的具體結構：底電極采用銅膜(Cu)，厚度為150nm-300nm；頂電極采用鋁膜(Al)，厚度為80nm-150nm；中間的功能介質層為聚硫氰薄膜，功能介質層聚硫氰(polythiocyanogen)薄膜由硫氰膜自然固化形成。即本發明器件為Cu-polythiocyanogen-Al結構。

本發明還提出可擦寫、可讀出的薄膜型電阻開關器件的制備方法：其中的底電極(Cu)和頂電極(Al)采用真空熱蒸發方法成膜；中間的功能介質層采用銅底電極在硫氰溶液中吸附硫氰成膜，然后經過溶劑清洗，再讓吸附膜自然固化形成聚硫氰功能介質層。

本發明提出在制備聚硫氰功能介質層前，需預先配制硫氰溶液，具體如下：在0℃以下(0℃--10℃)，將化學合成獲得的硫氰液體溶于乙醚或者二氯甲烷中，配成溶液保存備用；在使用前，用乙醚或者乙醇將該溶液稀釋至濃度為10^-1～10^-5M，溫度維持在0℃以下。

本發明提出薄膜型電阻開關器件的制作步驟如下：在平整的絕緣基板上蒸鍍一層較厚的銅膜作為底電極(厚度150～300納米)；然后在0℃以下將底電極浸入到經過稀釋的硫氰溶液中(硫氰溶液濃度為10^-1～10^-5M)，浸泡3分鐘～10小時(溶液濃度大，浸泡時間短；溶液稀，需要相對較長的浸泡時間)，取出銅底電極，用大量溶劑洗滌，自然涼干或者用電吹風吹干，在潔凈的大氣環境中放置2～10小時；在底電極上形成聚硫氰薄膜；然后在聚硫氰薄膜上蒸鍍鋁層作為頂電極(厚度80～150納米)。每個器件的大小可以根據具體的掩膜來確定。銅底電極和鋁頂電極的交叉重疊部分為一個面積為0.2-0.3mm²薄膜器件的尺寸。

本發明的電阻開關囂基本結構與通常的一致，即底電極為橫向條狀，均勻排列，頂電極為縱向條狀，均勻排列，底電極與頂電極的縱橫交叉點組成一個開關器件，面積為0.2-0.3平方毫米(mm²)。所有的底電極和頂電極交叉點組成一個開關器件陣列。