[發明專利]一種具有憶阻器特性的半導體器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201110090926.0
• 申請日: 2011-04-12
• 公開（公告）號: CN102738389A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 劉明;李穎弢;龍世兵;呂杭炳;劉琦;張森;王艷
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 王建國

技術領域

?本發明涉及一種半導體器件及其制備方法，尤其涉及一種具有憶阻器特性的半導體器件及其制備方法，屬于微電子技術以及半導體器件領域。

背景技術

阻憶器（memristor）是指電子電路中除了電阻、電容、以及電感之外的第四種無源電路元件。簡單地說，憶阻器實際上就是一種有記憶功能的非線性電阻。通過控制電流的變化可改變其阻值，如果把高阻態的電阻值定義為“0”，低阻態的電阻值定義為“1”，則這種電阻就可以實現存儲數據的功能。憶阻器的概念早在1971年就由美國加州大學伯克利分校的電子工程教授蔡少堂所提出。憶阻器由于其對電阻的時間記憶特性使其在模擬分析、電子器件、集成電路設計、以及神經網絡等眾多領域具有廣闊的應用前景。在憶阻器被提出后的三十幾年間，有關憶阻器的理論雖有發展卻并沒有引起人們足夠的重視。直到2008年，美國惠普公司的研究人員成功制備出了與蔡少堂教授所描述行為相同的憶阻器電路元件。由于其可實現非常小的納米等級組件，并且不會產生現今將晶體管尺寸縮小的過熱問題，因此吸引了越來越多研究者的興趣，并有望成為電子學、材料科學、半導體器件等領域研究的新熱點。目前，憶阻器發展的明顯趨勢是希望制備成本更低，工藝更加簡單，性能指標更好。現有的憶阻器器件主要以惠普實驗室提出的采用不同化學配比的二氧化鈦雙層結構為主。為了能夠推動憶阻器的進一步發展，開發新的材料，發展有效并且可行的工藝技術是本技術領域的關鍵所在。

發明內容

本發明針對為了能夠推動憶阻器的進一步發展，開發新的材料，發展有效并且可行的工藝技術的需求，提供一種具有憶阻器特性的半導體器件及其制備方法。????

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種具有憶阻器特性的半導體器件，其特征在于，該半導體器件包括上電極和下電極，以及位于所述上電極和下電極之間的功能層薄膜，所述功能層薄膜為鈦鋁氧化物TiAlOx，其中，0.5＜x＜3。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述上電極和下電極的材料為W、Au、Pt、Ti、TiN、TaN、ITO或者IZO。

進一步，所述下電極和上電極的厚度分別為10nm至500nm，所述功能層薄膜的厚度為3nm至600nm。

本發明還提供一種解決上述技術問題的技術方案如下：一種具有憶阻器特性的半導體器件的制備方法包括以下步驟：

步驟一：在襯底上形成下電極；

步驟二：在所述下電極上依次沉積Ti/Al/Ti薄膜層；

步驟三：對所述Ti/Al/Ti薄膜層進行氮化處理，使其相互擴散，形成TiAl薄膜層；

步驟四：對所述TiAl薄膜層進行氧化處理，形成TiAlOx功能層薄膜；

步驟五：在所述TiAlOx功能層薄膜上形成上電極。

進一步，所述步驟二中下電極上淀積的Ti/Al/Ti薄膜層的厚度分別為1nm至200nm。

進一步，所述步驟三中氮化處理主要采用氮氣退火的方法。

進一步，所述氮氣退火的溫度為100℃至1000℃，所述氮氣退火的時間為30秒至2小時。

進一步，所述步驟四中氧化處理為熱氧化、等離子氧化或者離子注入氧化。

進一步，所述氧化的溫度為100℃至1000℃，所述氧化時間為1分鐘至2小時。

本發明的有益效果是：本發明具有憶阻器特性的半導體器件具有與憶阻器相似的特性，結構簡單，可以作為第四種無源電路元件的候選，同時采用了簡單的制備工藝，降低了憶阻器的制作成本，因此具有產業化價值，有利于本發明的廣泛推廣和應用。

附圖說明

圖1為本發明實施例具有憶阻器特性的半導體器件的結構示意圖；

圖2為本發明實施例具有憶阻器特性的半導體器件的制備方法流程圖；

圖3為圖2制備方法中各步驟對應的結構示意圖；

圖4為本發明實施例具有憶阻器特性的半導體器件的電流-電壓特性曲線示意圖；

圖5為本發明實施例具有憶阻器特性的半導體器件在連續五次負電壓掃描下的電流-電壓特性曲線示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。在此提供的附圖及其描述僅用于例示本發明的實施例。在各附圖中的形狀和尺寸僅用于示意性例示，而不是用于限制本發明的范圍。