[發明專利]具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲單元及其制備方法

有效

• 申請號: 201510565633.1
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105140392B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 汪琳;張淑瑋;吳白羽;周家偉;任兵;黃健;王林軍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C11/56
• 代理公司: 上海上大專利事務所(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.根據權利要求1所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲單元，其特征在于：所述下電極層（2）形成長條直板形結構，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構，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系。

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

4.根據權利要求1~3中任意一項所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲單元，其特征在于：所述下電極層（2）為Ti電極層和Au電極層互相結合的復合電極層，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.根據權利要求1~3中任意一項所述具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲單元，其特征在于：所述上電極層（4）為Al電極層和Pt電極層互相結合的復合電極層，其中Al電極層和Pt電極層的厚度分別為150~250nm和5~15 nm。

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

S1:襯底層預處理；

S2:在襯底層之上生長下電極層；

S3:在下電極層之上繼續生長阻變層，包括以下步驟：

S3.1:采用Fe、C組成的復合靶材，在下電極層之上繼續貼上薄膜掩膜版；

S3.2：將薄膜掩膜版放入磁控濺射的腔體中；

S3.3：開啟機械泵、預抽閥，將腔體內的氣壓抽到8Pa以下；

S3.4：關閉預抽閥，開啟前級閥，延時30s，長按電動插板閥至PV為100%；

S3.5：啟動分子泵，將腔體內氣壓抽至10^-3Pa以下，關閉真空計；

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

S3.7：調節濺射氣壓為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：在阻變層之上繼續生長上電極層，得到碳基材料阻變存儲單元樣件；

S5：將完成上電極層生長的碳基材料阻變存儲單元樣件與測試系統進行裝配和并進行測試，通過測試達到技術標準的碳基材料阻變存儲器樣件即為達標阻變存儲器單元成品。

7.根據權利要求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與有機物；

S1.3：利用氬氣將所述襯底層吹干。

8.根據權利要求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，形成層狀復合材料的下電極層。

9.根據權利要求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，形成層狀復合材料的上電極層。

10. 根據權利要求6～9中任意一項所述制備具有反常阻變特性的碳基材料阻變存儲單元的方法，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進行測試。