[發明專利]一種稀土氧化物作為存儲層的全透明阻變存儲器及其制作方法

有效

• 申請號: 201310403536.3
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN104425712B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 趙鴻濱;屠海令;魏峰;杜軍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;G11C13/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

一種稀土氧化物作為存儲層的全透明阻變存儲器，包括底電極、頂電極以及位于底電極和頂電極之間的阻變存儲層材料，所述阻變存儲層材料由一層稀土氧化物薄膜構成，在可見光區具有接近100％的透過率。其制作方法包括以下步驟：(1)透明襯底的清洗；(2)在透明襯底上制作底電極；(3)利用物理氣相沉積技術在底電極上沉積稀土氧化物薄膜；(4)利用光學曝光技術形成頂電極圖形，制作頂電極。本發明的全透明阻變存儲器具有高透光率、存儲密度高、存儲穩定好、免電激活等優點，在透明電子的非易失性存儲領域具有非常好的應用前景；其制作方法簡單、成本低。

技術領域

本發明涉及一種稀土氧化物作為存儲層的全透明阻變存儲器及其制作方法，屬于半導體非易失性存儲器技術領域。

背景技術

對可見光全透過的電子元器件由于具有廣闊的技術和市場前景而引發廣泛的關注。寬禁帶材料用于透明晶體管的制作已經取得了很大的進展。然而，為了實現集成電路的全透明化，還需要將集成電路中的存儲器件實現全透明化。盡管目前可將基于晶體管結構的電荷存儲器件實現全透明化，但是由于基于電荷存儲的存儲器面臨等比例縮小所帶來的電荷泄露的物理瓶頸以及存儲速度存儲密度已經不能滿足未來嵌入式存儲在移動終端的應用。

這一系列問題使得更多的研究者將目光轉向利用高低電阻態區分邏輯“0”(高阻態)、“1”(低阻態)的阻變存儲器。這種阻變存儲器具有結構簡單，存儲密度高，讀寫速度快，功耗低，并且與目前制作集成電路的CMOS工藝兼容等優點。其器件結構為電極(金屬或導電氧化物以及其他導電材料)-存儲層(絕緣體／半導體)-電極(金屬或導電氧化物以及其他導電材料)結構，在用于透明存儲器件中，只需實現其電極與存儲層透明就可以實現整個存儲器件的全透明。

為了實現這種阻變存儲對可見光的全透過并且不影響其存儲能力和存儲密度，對于存儲功能層材料的要求是其光學帶隙大于3.1eV。稀土氧化物材料由于其在微電子領域的高介電常數介質材料中的潛在應用而獲得廣泛的研究。研究表明，稀土氧化物具有較好的化學與熱力學穩定性，其較大的禁帶寬度適用于作為透明薄膜材料，并且研究發現，其作為阻變存儲的阻變功能層材料具有優異的電學性能表現。

石墨烯是由sp²雜化碳原子相互連接構成的，是一種具有六方點陣蜂窩狀結構的新型的二維材料，其高的載流子遷移率和光透過率以及可以預見的碳材料的低成本，使得其在透明電子領域具有非常好的應用前景。氧化銦錫是目前主流的用于透明電極的材料。將氧化銦錫與石墨烯用作電極材料以及稀土氧化物用作存儲材料的阻變存儲器將是一種非常優秀的透明存儲器件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種稀土氧化物作為存儲層的透明阻變存儲器，是一種基于電極-存儲層-電極結構的阻變存儲器。該阻變存儲器整體透明，電阻轉變穩定，能適用于透明集成電路中的存儲部件。

本發明的另一目的在于提供一種所述透明阻變存儲器的制作方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種稀土氧化物作為存儲層的全透明阻變存儲器，包括底電極、頂電極以及位于底電極和頂電極之間的阻變存儲層材料，所述阻變存儲層材料由一層稀土氧化物薄膜構成，在可見光區具有接近100％的透過率。

所述底電極材料為氧化銦錫(ITO)或者石墨烯(graphene)。

所述頂電極材料為氧化銦錫(ITO)或者石墨烯(graphene)。

當底電極或頂電極的材料為氧化銦錫時，構成電極的氧化銦錫薄膜的厚度為100～300nm。