[發(fā)明專利]一種電阻型隨機存儲器的存儲單元及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910100140.5
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號: CN101599530A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李潤偉;諸葛飛;何聰麗;劉兆平;周旭峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C11/56
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司
• 代理人: 袁忠衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非揮發(fā)性存儲器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻型隨機存儲器的存儲單元及其制備方法。

背景技術(shù)

當前數(shù)字高科技的飛速發(fā)展，對現(xiàn)有信息存儲產(chǎn)品的性能提出了更高的要求，例如：高速度、高密度、長壽命、低成本和低功耗等，同時也揭示了現(xiàn)有隨機存儲技術(shù)的缺陷。動態(tài)存儲器和靜態(tài)存儲器的弱點之一是其易失性：斷電情況下信息丟失，并且易受電磁輻射干擾。閃存則存在讀寫速度慢、記錄密度低等技術(shù)障礙。因此，迫切需要在存儲材料和技術(shù)方面取得突破，以開發(fā)新一代的存儲器技術(shù)。

2000年美國休斯頓大學在金屬/鈣鈦礦錳氧化物PrCaMnO/金屬這種三明治結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)，在兩金屬電極間施加電脈沖可以使體系電阻在高低阻值上來回快速切換。隨后，人們發(fā)現(xiàn)在NiO、CuO、ZrO₂、TiO₂等多種二元過渡族金屬氧化物中也存在類似的電致電阻轉(zhuǎn)變效應。基于該電阻轉(zhuǎn)變效應，人們提出了一種新型非易失性存儲器概念—電阻型隨機存儲器(RRAM)。電阻型隨機存儲器的存儲單元，一般包括絕緣襯底，絕緣襯底表面設(shè)置第一電極，第一電極表面上設(shè)置具有電阻轉(zhuǎn)變特性材料制成的中間層，中間層的表面設(shè)置第二電極，和其它存儲器相比，電阻型隨機存儲器(RRAM)具有制備簡單、擦寫速度快、存儲密度高、與半導體工藝兼容性好等主要優(yōu)勢。

目前，絕大部分關(guān)于電阻型隨機存儲器(RRAM)中間層的研究都局限于氧化物材料。對于其它具有電阻轉(zhuǎn)變特性材料作為中間層的電阻型隨機存儲器(RRAM)的研究目前還較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種不采用氧化物材料作為電極中間層的電阻型隨機存儲器的存儲單元。

本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種不采用氧化物材料作為電極中間層的電阻型隨機存儲器的存儲單元的制備方法。

本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：該電阻型隨機存儲器的存儲單元，包括絕緣襯底，絕緣襯底表面設(shè)置第一電極，第一電極表面上設(shè)置具有電阻轉(zhuǎn)變特性材料制成的中間層，中間層的表面設(shè)置第二電極，其特征在于：所述中間層由氧化石墨烯薄膜形成，中間層的厚度范圍為1～200nm。

第一電極和第二電極可以為鋁或銅或金或銀或鉑或鈦或鎢或鉭或它們的組合物制成。

本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：該電阻型隨機存儲器的存儲單元的制備方法，其特征在于：包括以下步驟

步驟1、在絕緣襯底表面形成導電薄膜作為第一電極；

步驟2、在第一電極表面制備氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜的厚度為1～200nm；

步驟3、在氧化石墨烯薄膜表面上制備導電薄膜作為第二電極。

所述步驟2中，可以以氧化石墨烯懸浮液為原料，使用提拉法制備氧化石墨烯薄膜，提拉速率為1～3毫米/分鐘，優(yōu)選2毫米/分鐘。

所述步驟2中，也可以以氧化石墨烯懸浮液為原料，使用甩膠機甩膠的方法制備氧化石墨烯薄膜，甩膠機的轉(zhuǎn)速為2000～5000轉(zhuǎn)/分鐘。

所述氧化石墨烯懸浮液的制備過程如下：在冰浴中先混合0.3～0.7克石墨粉末、0.3～0.7克硝酸鈉以及20～30毫升濃度大于等于98％的硫酸，然后緩慢加入2～4克高錳酸鉀，混合均勻后，溶液轉(zhuǎn)入30～40℃的水浴中，攪拌0.5～5小時后加入20～60毫升水，攪拌15～60分鐘，同時升溫至85-95℃，然后加入50～200毫升水，并且緩慢加入2～5毫升質(zhì)量濃度為20～40％的雙氧水，將溶液過濾，然后將過濾所得的濾餅通過機械攪拌分散到水中，采用1000～3000轉(zhuǎn)/分鐘的離心率過濾2分鐘以后除去可見顆粒，重復3-5次，直到可見顆粒清除干凈，隨后再經(jīng)歷兩次5000～9000轉(zhuǎn)/分鐘的離心率進行離心過濾過程，每次10～20分鐘，優(yōu)選15分鐘，以除去氧化石墨細片和可溶于水的衍生物，最后將沉淀物通過機械攪拌或超聲波振蕩的方法分散到水中，形成氧化石墨烯懸浮液，以上是以石墨粉末作為基準確定各個物質(zhì)的質(zhì)量或者體積。

所述步驟3中，采用濺射或電子束蒸發(fā)的方法在氧化石墨烯薄膜表面制備第二電極，第二電極采用掩膜板方法成型。

最后還可以包括

步驟4、采用反應離子刻蝕或電感耦合等離子體刻蝕的方法在步驟3已獲得的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上制備出隔離的器件結(jié)構(gòu)。