[發明專利]一種MgxZn1-xO電致阻變薄膜及其非對稱結構異質結的制備方法

無效

• 申請號: 201110224038.3
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102255045A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 王華;高書明;許積文;楊玲;周尚菊
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 王儉

技術領域

本發明涉及微電子學和光電子學中的材料與器件領域，具體是一種Mg_xZn_1-xO電致阻變薄膜及其非對稱結構異質結的制備方法。

背景技術

半導體存儲器陣列結構可以包括多個互聯存儲單元。例如，動態隨機存取存儲器（DRAM）的單位存儲單元可以包括開關和電容器。DRAM可以具有更高的集成度和更快的操作速度。然而，當電源關閉時，會從DRAM中擦除所有已存儲的數據，即揮發性，使數據丟失。

另一方面，閃速存儲器可以作為當電源被關閉時能夠保存已存儲數據（與揮發性存儲器不同）的非揮發性存儲器的代表，但集成速度和操作速度比DRAM低。隨著傳統存儲單元的結構發展已逼近尺寸極限，已有大量的學術研究研發多種新型非易失性存儲器，其中最有市場潛力的包括：可變電阻式（RRAM）存儲器、磁存儲器（MRAM）、鐵電存儲器(FRAM)和相變存儲器（PRAM）。MRAM可以利用隧道結極化方向的改變來存儲數據，但存取速度較慢。FRAM可以利用鐵電體的極化特性來存儲數據，操作速度更快，但數據保持能力有待提高。PRAM依賴于特定材料的相變電阻改變來存儲數據，存儲單元包括電阻器和開關晶體管，然而，當采用傳統的DRAM工藝來制造PRAM時，刻蝕會更加困難，并且會需要更長的時間周期，低的生產率和高的單位成本會降低市場競爭力。

自2000年美國休斯頓大學首次報道在錳氧化物薄膜中發現電脈沖觸發可逆電阻（EPIR:Electrical?pulse?induced?resistance-change）效應以來，基于這種效應的新型可變電阻隨機存儲器（RRAM）的開發受到高度關注。在RRAM中，存儲狀態通過阻變材料電阻的差異而顯現。當等于或大于設置電壓（set?voltage）的電壓施加到阻變材料時，可以降低阻變材料的電阻，這與ON狀態對應。當將等于或大于復位電壓的電壓施加到阻變材料時，可以增加阻變材料的電阻，這與OFF狀態對應。這種存儲器具有非揮發性、記憶狀態的穩定性、操作電壓低、成本低、速度快、存儲密度高、制造簡單且與當前CMOS（互補金屬-氧化物-半導體）集成電路工藝兼容性好等優勢。因此，近年來國際上很多電子和半導體公司投下了大量的財力與人力致力于RRAM的研究。正在從事開發RRAM技術的公司有Sharp、Sony、Samsung?Electronics、LSI?Logic、Matssushita?Electric?Industrial、Winbond?Electronics等。另外專門有一家總部設在加州Petauluma的半導體制造設備供貨商Tegal提供相關的RRAM設備。Sharp與University?of?shizouka合作，已開發出一個高速RRAM的原型產品，其數據的讀寫速度快于NAND型閃存三個數量級。

近來，在多種材料體系中均發現了電阻轉變及記憶特性，比如稀土錳氧化物材料（Pr_0.7Ca_0.3MnO₃等）、過渡金屬鈣鈦礦型結構材料（SrZrTiO₃、SrTiO₃等）、二元過渡金屬氧化物材料（NiO、TiO₂、Cu_xO、Cu-MoO_X、ZnO、Mg-ZnO、Co-ZnO、Mn-ZnO、Fe₂O₃、ZrO₂等）、有機高分子半導體材料（pentacene等）以及一些硫化物材料。對于電阻式存儲器的實用化，提高阻變材料高低阻態的電阻比值及性能穩定性，減小設置電壓（Vset）和復位電壓（Vreset）、降低材料的制備成本等都是非常必要的。目前，獲得具有穩定電阻轉變及記憶特性的材料體系是實現RRAM存儲進一步發展的關鍵問題。二元過渡金屬氧化物材料不僅具有組分和晶體結構簡單、制備溫度低、重復性好等優點，而且與半導體CMOS工藝兼容，有利于實現其實用化目標。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在鍍有透明導電氧化物薄膜的玻璃襯底上制備Mg_xZn_1-xO電致阻變薄膜的溶膠-凝膠(sol-gel)工藝方法和“金屬薄膜/Mg_xZn_1-xO/透明導電氧化物薄膜”非對稱結構異質結的制備方法。

本發明提出的一種Mg_xZn_1-xO電致阻變薄膜及其非對稱結構異質結的制備方法，包括如下步驟：