[發(fā)明專利]具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510565633.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN105140392B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪琳;張淑瑋;吳白羽;周家偉;任兵;黃健;王林軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙)31205
• 代理人: 顧勇華

1.一種具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元，其特征在于：自下而上依次主要由襯底層（1）、下電極層（2）、阻變層（3）和上電極層（4）結(jié)合而成，所述阻變層（3）為在非晶碳膜中摻雜有Fe的a-C/Fe薄膜阻變層，其中所述Fe的摻雜量為4.0at%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元，其特征在于：所述下電極層（2）形成長條直板形結(jié)構(gòu)，另外通過圖案化方法使所述上電極層（4）形成平行柵條形的電極圖案結(jié)構(gòu)，并使所述上電極層（4）和所述下電極層（2）在所述阻變層（3）上的投影呈十字交叉陣列關(guān)系。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元，其特征在于：所述阻變層（3）的厚度為50~150nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元，其特征在于：所述下電極層（2）為Ti電極層和Au電極層互相結(jié)合的復(fù)合電極層，其中Ti電極層和Au電極層的厚度分別為5~15 nm和100~200 nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元，其特征在于：所述上電極層（4）為Al電極層和Pt電極層互相結(jié)合的復(fù)合電極層，其中Al電極層和Pt電極層的厚度分別為150~250nm和5~15 nm。

6.一種制備權(quán)利要求1所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于，它包括以下步驟：

S1:襯底層預(yù)處理；

S2:在襯底層之上生長下電極層；

S3:在下電極層之上繼續(xù)生長阻變層，包括以下步驟：

S3.1:采用Fe、C組成的復(fù)合靶材，在下電極層之上繼續(xù)貼上薄膜掩膜版；

S3.2：將薄膜掩膜版放入磁控濺射的腔體中；

S3.3：開啟機(jī)械泵、預(yù)抽閥，將腔體內(nèi)的氣壓抽到8Pa以下；

S3.4：關(guān)閉預(yù)抽閥，開啟前級(jí)閥，延時(shí)30s，長按電動(dòng)插板閥至PV為100%；

S3.5：啟動(dòng)分子泵，將腔體內(nèi)氣壓抽至10^-3Pa以下，關(guān)閉真空計(jì)；

S3.6：開啟真空計(jì)，將腔體內(nèi)氣壓抽至10^-3Pa以下，開啟充氣閥，向腔體中通氬氣；

S3.7：調(diào)節(jié)濺射氣壓為0.4Pa，濺射功率100W；

S3.8：開始生長a-C/Fe薄膜，形成a-C/Fe薄膜阻變層；

S4：在阻變層之上繼續(xù)生長上電極層，得到碳基材料阻變存儲(chǔ)單元樣件；

S5：將完成上電極層生長的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元樣件與測試系統(tǒng)進(jìn)行裝配和并進(jìn)行測試，通過測試達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的碳基材料阻變存儲(chǔ)器樣件即為達(dá)標(biāo)阻變存儲(chǔ)器單元成品。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述制備具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于，所述步驟S1包括以下步驟：

S1.1：采用普通鈉鈣玻璃作為襯底層；

S1.2：分別利用去離子水、丙酮和乙醇將所述襯底層超聲清洗15分鐘，洗去襯底層的表面的雜質(zhì)與有機(jī)物；

S1.3：利用氬氣將所述襯底層吹干。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述制備具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下步驟：

S2.1：在襯底層上覆蓋下電極掩膜版；

S2.2：將下電極掩膜版放入雙離子束鍍膜腔體中，采用雙離子束鍍膜法依次在下電極掩膜版上生長Ti電極層及Au電極層，形成層狀復(fù)合材料的下電極層。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述制備具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下步驟：

S4.1：在長好a-C/Fe薄膜阻變層后，在所述阻變層上覆蓋上電極掩膜版；

S4.2：將上電極掩膜版放入雙離子束鍍膜腔體中，采用雙離子束鍍膜法分別生長Pt電極層以及Al電極層，形成層狀復(fù)合材料的上電極層。

10. 根據(jù)權(quán)利要求6～9中任意一項(xiàng)所述制備具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲(chǔ)單元的方法，其特征在于：在所述步驟S5中，將上電極層接地，將下電極層接掃描電壓，限流1 μA進(jìn)行測試。