[發(fā)明專利]一種電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210177625.6
• 申請(qǐng)日: 2012-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN102723434A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李潤(rùn)偉;胡本林;諸葛飛;潘亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前數(shù)字高科技的飛速發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有信息存儲(chǔ)產(chǎn)品的性能提出了更高的要求，例如：高速度、高密度、長(zhǎng)壽命、低成本和低功耗等，同時(shí)也揭示了現(xiàn)有隨機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)的缺陷。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和靜態(tài)存儲(chǔ)器的弱點(diǎn)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(chǔ)材料和技術(shù)方面取得突破，以開發(fā)新一代的存儲(chǔ)器技術(shù)。

2000年美國(guó)休斯頓大學(xué)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(lái)回快速切換。隨后，人們發(fā)現(xiàn)在NiO、CuO、ZrO₂、TiO₂等多種二元過(guò)渡族金屬氧化物中也存在類似的電致電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)。基于該電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)，人們提出了一種新型非易失性存儲(chǔ)器概念—電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)。電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)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)置中間層，中間層的表面設(shè)置第二電極，和其它存儲(chǔ)器相比，電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)具有制備簡(jiǎn)單、擦寫速度快、存儲(chǔ)密度高、與半導(dǎo)體工藝兼容性好等主要優(yōu)勢(shì)。

目前，絕大部分關(guān)于電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)中間層的研究都局限于氧化物材料。對(duì)于其它材料作為中間層的電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器(RRAM)的研究目前還較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供一種不采用氧化物材料，而采用一種有機(jī)與無(wú)機(jī)通過(guò)金屬框架的形式形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料作為電極中間層的電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元，包括絕緣襯底，絕緣襯底表面設(shè)置第一電極，第一電極表面設(shè)置中間層，中間層的表面設(shè)置第二電極，在第一電極和第二電極之間施加電脈沖時(shí)該存儲(chǔ)單元具有電阻轉(zhuǎn)變特性，其特征是：該中間層是由金屬有機(jī)框架材料(MOFs,metal-organic-frameworks)形成的薄膜，即金屬有機(jī)框架材料薄膜，并且該金屬有機(jī)框架材料薄膜的厚度范圍是5nm~10000nm。其中，金屬有機(jī)框架材料是由含氧、氮等的多齒有機(jī)配體與過(guò)渡金屬離子組裝而成的配位聚合物，具有完美的有機(jī)和無(wú)機(jī)復(fù)合的3D有序結(jié)構(gòu)。

上述第一電極和第二電極的材料可以采用金屬、金屬氮化物、摻雜的半導(dǎo)體、有機(jī)導(dǎo)體、導(dǎo)電高分子、有機(jī)高分子超導(dǎo)體中的一種或者兩種以上的組合物。該金屬、金屬氮化物及摻雜的半導(dǎo)體包括但不限于鋁(Al)、銅(Cu)、氮化鈦(TiN)、氮化鋁鈦(TiaAlbNc)、銥(Ir)、鉑(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、多晶硅、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鎢(WN)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銻(Sb)、鐵(Fe)、鉬(Mo)、鈀(Pd)、錫(Sn)、鋯(Zr)和鋅(Zn)中的至少一種。

本發(fā)明電阻型隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的制備方法包括以下步驟：

步驟1、在絕緣襯底表面形成導(dǎo)電薄膜作為第一電極；

步驟2、將第一電極浸泡在具有-CH₃、-OH或者-COOH等功能端基的有機(jī)分子溶液中，使具有-CH₃、-OH或者-COOH等功能端基的有機(jī)分子修飾在第一電極表面；

步驟3、通過(guò)層層自組裝方法、旋涂法或者水熱法制備厚度為5nm~10000nm的金屬有機(jī)框架材料薄膜；

步驟4、在金屬有機(jī)框架材料薄膜表面制備導(dǎo)電薄膜作為第二電極。

所述步驟1中的絕緣襯底包括但不限于普通硅片、無(wú)機(jī)鹽類和絕緣性能良好的聚合物薄膜；其中無(wú)機(jī)鹽類包括氮化硅，包括氯化鈉、氯化鉀和氯化鎂的鹽酸鹽，硅酸鹽，碳酸鹽，鈦酸鹽，釕酸鹽等；絕緣性能良好的聚合物包括但不限于包括摻雜或者未摻雜的聚酰亞胺，聚酯，聚醚砜，聚醚酮，聚醚醚酮。

所述步驟2中，有機(jī)分子包括但不限于HS(CH₂)_nX、X(CH2)_mS-S(CH2)_nX、(X(CH₂)_mS(CH₂)_nX中的一種或多種，其中n、m表示亞甲基（CH₂）的數(shù)量，分別為正整數(shù)；X指代-CH3、-OH或者-COOH；