[發(fā)明專利]基于石墨烯的可編程非易失性電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110067572.8
• 申請(qǐng)日: 2011-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN102157687A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李福山;郭太良;吳朝興;張永愛;葉蕓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可編程的非易失性存儲(chǔ)器，尤其涉及一種基于石墨烯的可編程非易失性電阻型存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)

電阻型存儲(chǔ)器（Resistive?Memory）技術(shù)是基于電雙穩(wěn)材料可以在電場(chǎng)等信號(hào)的作用下在高阻態(tài)（high?resistance?state）和低阻態(tài)(low?resistance?stae)之間進(jìn)行切換的工作原理。利用該原理做成電器元件時(shí)，可以對(duì)其施加不同的電流，使其進(jìn)入到不同的狀態(tài)，并即使是施加的電流消失后，仍然會(huì)保持著這種狀態(tài)，即具有非易失性。隨著微納加工技術(shù)、材料制備技術(shù)的發(fā)展非易失性電阻型存儲(chǔ)器成為近年的研究熱點(diǎn)，由于其存儲(chǔ)密度高、響應(yīng)速度快、制造成本低、可實(shí)現(xiàn)三維存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的下一代存儲(chǔ)器之一。傳統(tǒng)的電阻型存儲(chǔ)器是基于上電極-存儲(chǔ)介質(zhì)-下電極豎直分布的結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)介質(zhì)在上下電極偏置電壓的作用下可以實(shí)現(xiàn)高阻態(tài)與低阻態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，即可以用來(lái)表征數(shù)字邏輯中的“0”和“1”兩種狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。

石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),?理論比表面積高達(dá)?2600m²/g，具有突出的導(dǎo)熱性能(?3000W/(m·K))?和力學(xué)性能(1060?GPa),以及室溫下高速的電子遷移率(15000cm²/(V·s))。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)?,使其具有完美的量子隧道效應(yīng)、?半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)、?從不消失的電導(dǎo)率等一系列性質(zhì),引起了科學(xué)界巨大興趣?,石墨烯正掀起一股研究的熱潮。

其中，以石墨烯及其衍生物作為電阻型存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)已開始進(jìn)行初步研究，而現(xiàn)有的存儲(chǔ)介質(zhì)大部分以氧化石墨烯（GO）或者石墨烯/有機(jī)材料復(fù)合材料為主。氧化石墨烯由于引入各種含氧基團(tuán)，如羧基、羥基、羰基等而破壞了石墨烯的優(yōu)良電學(xué)特性。并且這種基于氧化石墨烯的電阻型存儲(chǔ)器存在較小的高低電阻比值，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)的誤讀。基于石墨烯/有機(jī)材料的電阻型存儲(chǔ)器中有機(jī)分子的穩(wěn)定性較差而導(dǎo)致該存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保持時(shí)間及可重復(fù)讀寫次數(shù)較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種基于石墨烯的可編程非易失性存儲(chǔ)器，其高阻態(tài)和低阻態(tài)的低阻比值大，可達(dá)到六個(gè)數(shù)量級(jí)，器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的三維存儲(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于石墨烯的可編程非易失性電阻型存儲(chǔ)器，包括基板以及設(shè)于基板上相互平行排列的復(fù)數(shù)條數(shù)據(jù)電極，其特征在于：進(jìn)一步包括設(shè)于所述數(shù)據(jù)電極上的復(fù)數(shù)條相互平行排列的尋址電極，所述復(fù)數(shù)條數(shù)據(jù)電極和復(fù)數(shù)條尋址電極相互正交；一介質(zhì)隔離層設(shè)于所述述數(shù)據(jù)電極和尋址電極之間；一對(duì)狀電極，設(shè)于所述介質(zhì)隔離層上且分別于所述的數(shù)據(jù)電極和尋址電極電性連接；一石墨烯片層，覆蓋于對(duì)狀電極表面，用于連接所述對(duì)狀電極的兩極。

本發(fā)明另一目的是提供一種基于石墨烯的可編程非易失性存儲(chǔ)器的制備方法，該方法與硅基半導(dǎo)體工藝兼容，成本低。

本發(fā)明的基于石墨烯的可編程非易失性存儲(chǔ)器的制備方法，特征在于，包括以下步驟：步驟一，在一基板上形成相互平行排列的復(fù)數(shù)條數(shù)據(jù)電極；步驟二，在所述數(shù)據(jù)電極上沉積介質(zhì)隔離層，并采用光刻工藝在介質(zhì)隔離層刻制位于所述數(shù)據(jù)電極上方的過孔；步驟三，在隔離介質(zhì)層表面沉積電極層，并通過光刻工藝形成復(fù)數(shù)條與所述數(shù)據(jù)電極相互正交的尋址電極以及連接所述數(shù)據(jù)電極和尋址電極的對(duì)狀電極；步驟四，在所述的對(duì)狀電極表面沉積石墨烯層。