[發明專利]一種憶阻層及憶阻器

有效

• 申請號: 201310206768.X
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103280526A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 劉力鋒;后羿;陳冰;高濱;韓德棟;王漪;康晉鋒;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及微電子及半導體工藝技術領域，尤其涉及一種降低憶阻器工作電壓并改善憶阻器電學特性參數離散性的憶阻層及憶阻器。

背景技術

憶阻器（Memristor）是獨立于電阻、電容、和電感之外的第四種基本電路元素。在1971年首次提出憶阻器的概念，2008年惠普公司首先從實驗上證實了憶阻器件的存在。憶阻器是一種具有記憶功能的非線性兩端無源器件，它用阻值變化反映了器件兩端總磁通量φ對流過其中的電荷量q的變化關系dφ=Mdq，φ，q都與時間相關，可反映了器件的歷史狀態，從而實現記憶功能。實驗中的憶阻器一般具有上電極-憶阻層-下電極結構，方便測試。至今，元素周期表中已有超過20種元素的氧化物被觀測到了憶阻現象。由于其具有的獨特憶阻功能，憶阻器在高密度存儲、人造神經網絡等諸多方面有很大應用潛力。然而，這些潛力的挖掘很大程度上受限于當下憶阻器面臨的一些瓶頸性問題，比如過高的工作電壓，過大的工作電流，同一憶阻器多次操作時的特性偏差，同一生產批次不同憶阻器間的特性偏差等等。前述的這幾個問題在諸如氧化鉿（HfO₂），氧化鋯（ZrO₂），氧化鎳（NiO），氧化鈦（TiO₂），氧化鋅（ZnO）等多種材料制成的憶阻器中存在。

憶阻器的記憶效應主要是由于其內部導電細絲現狀與之前通過憶阻器的電流相關，直接反映了歷史上流過憶阻器的電荷。導電細絲的構成主要是存在于金屬氧化物中的相互較近，連成一串的氧空位，電子能在相距較近的氧空位間躍遷運動，從而實現電流的傳導。氧空位屬于缺陷的一種，正常半導體工藝制備的金屬氧化物中氧空位數量較少，氧空位間距離較遠，難以形成一串的貫通上下電極的導電細絲。因此制備的憶阻器需要很大的工作電壓和工作電流才能正常工作。同時，多次操作同一憶阻器或是操作多個憶阻器時，電學特性參數難以集中，離散性較大，給操作模式設計帶來困難，難以滿足那些富有前景的應用需求。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是：提供一種憶阻層，以克服現有技術中由于憶阻器材料氧空位形成能較高而導致憶阻器工作電壓和工作電流大的技術問題；同時提供一種電學特性參數離散性較小的憶阻器。

（二）技術方案

為解決上述技術問題，一方面，本發明提供了一種憶阻層，包括主要層和輔助層；

所述輔助層位于所述主要層的上面；

所述主要層的厚度大于所述輔助層的厚度；

所述主要層由具有阻變特性的金屬氧化物A_x1O_y1構成；

所述輔助層由金屬氧化物B_x2O_y2構成；

其中，x1、x2、y1、y2為與化學價相關的元素比例。

優選地，所述金屬氧化物A_x1O_y1和所述金屬氧化物B_x2O_y2的金屬元素價態不同。

優選地，所述金屬氧化物A_x1O_y1為HfO₂，則所述金屬氧化物B_x2O_y2為Al₂O₃、Gd₂O₃或Ta₂O₅。

優選地，所述金屬氧化物A_x1O_y1為Al₂O₃，則所述金屬氧化物B_x2O_y2為Ta₂O₅、TiO₂或NiO。

優選地，所述金屬氧化物A_x1O_y1為氧化鋯、氧化鎳、氧化鈦、氧化鋅、氧化鎢或氧化鉿。

優選地，所述主要層的厚度大于10nm，輔助層的厚度小于5nm。

另一方面，本發明還提供了一種憶阻器，包括底電極層、上述所述的憶阻層和頂電極層；

所述頂電極層材料的儲氧能力比所述底電極層材料的儲氧能力強;

所述底電極層和所述頂電極層用于與外部操作電路進行電連接；

所述憶阻層位于所述底電極層和所述頂電極層之間。

優選地，所述底電極層的材料為鉑、金、鎳或重摻雜硅。

優選地，所述頂電極層的材料為氮化鈦、氮鉭鈦、鈦或碲。