[發明專利]一種片式憶阻器及其制備方法

無效

• 申請號: 201210449341.8
• 申請日: 2012-11-10
• 公開（公告）號: CN102931349A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 周濟;蔡坤鵬;李勃;李龍土
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C13/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于半導體、電子元器件技術領域，特別涉及一種片式憶阻器及其制備方法。

背景技術

加州大學伯克利分校的Leon?Chua教授在1971年提出憶阻器的概念，認為它是除電阻、電容和電感外的第四個基本無源電路元件。顧名思義，憶阻器的電阻對通過其的電量和磁通量具有依賴性和記錄性，其憶阻阻值由M(q)=dΦ/dq描述，即憶阻器電阻值與加載在其兩端的電壓和電流的時間積分相關。電阻對時間的記憶特性使憶阻器在電路模型理論、電路器件設計、存儲器件、模擬電路、電子元器件和神經網絡等眾多領域具有廣闊的應用前景。

此外，Chua還指出憶阻行為是材料體系中普遍存在的現象。在2008年惠普公司的Williams所領導的實驗室成功制備了夾在鉑金電極中間的TiO₂三明治結構，該結構具有明顯的電阻轉換和憶阻行為。自此，憶阻器作為第四個基本無源電路元件開始被廣泛關注。至今，很多材料體系和結構都被證實具有憶阻效應，如ZrO₂、Gd₂O₃、HfO₂、TiO₂、SiO₂、WO_x?(0≤x≤3)、CuO_y?(0≤y≤1)、TaO_z?(0≤z≤2.5)、VO₂、MFe₂O₄、Si、SrTiO_3-cN_d?(0≤c≤3,d=2c/3)、LiNbO₂和Nb₂O₅等材料中的一種或至少一種材料的改性物）。目前，憶阻器已成為電子電路、信息存儲、材料合成和制備、生物智能網絡等領域的研究熱點。然而，大多數報道的憶阻器都是在納米尺度上實現的薄膜器件，這有助于電路和器件的微型化、低功率化，也能較好地近幾十年所發展的半導體工藝相匹配。另一方面來講，我們日常生活應用廣泛的集成電路電器并不能納米器件相整合，因而發展一種可用于宏觀集成電路上的片式憶阻器具有重要的實用價值和市場前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種片式憶阻器及其制備方法，能夠作為除電阻、電容、電感外的第四種基本無源電路元件實現對電阻的記憶效應，其應用包括豐富現有的電路功能，提高電路產品集成化的水平，并為新型電路電子器件的開發提供新的可能。

一種片式憶阻器，包括兩平行板導電電極，兩平行板導電電極通過位于二者之間的有效憶阻功能介質材料相連，形成三明治結構。

所述平行板導電電極的材料是Au、Pt、Cu、Ag或Ni金屬及其導電合金材料，或導電碳材料、導電玻璃、導電有機物材料。

所述有效憶阻功能介質材料（2）為ZrO₂、Gd₂O₃、HfO₂、TiO₂、SiO₂、WO_x?(0≤x≤3)、CuO_y?(0≤y≤1)、TaO_z?(0≤z≤2.5)、VO₂、MFe₂O₄、Si、SrTiO_3-cN_d?(0≤c≤3,d=2c/3)、LiNbO₂和Nb₂O₅中的一種或多種。

所述MFe₂O₄中M為Mn、Fe、Co或Ni。

在片式憶阻器四周包覆一層絕緣材料保護層，并在上、下兩平行板導電電極外側分別包覆一層外包導電電極。

所述絕緣材料保護層為聚氯乙烯、聚乙烯或樹脂絕緣材料中的一種或多種；所述外包導電電極的材料是Au、Pt、Cu、Ag或Ni金屬及其導電合金材料，或導電碳材料、導電玻璃、導電有機物材料。

多個平行板導電電極與多個有效憶阻功能介質材料間隔排列并相連，形成多層結構，其上、下兩面都是平行板導電電極；在多層結構相對的兩個側面上，分別包覆一層外包導電電極，兩個相鄰平行板導電電極分別與不同的外包導電電極相連；在多層結構剩余4個面上包覆一層絕緣材料保護層；在多層結構空隙中填充絕緣填充材料。