[發(fā)明專利]一種基于量子電導(dǎo)效應(yīng)的憶阻器及其制備調(diào)制方法及應(yīng)用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201611102484.6
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106654007A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫華軍;何維凡;鐘姝婧;繆向水
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 趙偉

1.一種基于量子電導(dǎo)效應(yīng)的憶阻器，其特征在于，所述憶阻器由呈陣列形式的多個器件單元構(gòu)成；

各所述器件單元包括上電極、功能層和下電極；所述功能層夾于上、下電極之間形成三明治結(jié)構(gòu)，功能層與上、下電極共同形成crossbar結(jié)構(gòu)；

所述上電極采用惰性電極或活性電極、下電極采用惰性電極；所述活性電極采用Ag或Cu，惰性電極采用Pt或Ti；

所述功能層采用HfO_x材料，厚度為15nm～25nm；其中，1.6<x<2.4；通過功能層材料的氧空位來控制功能層的單原子導(dǎo)電絲的形成。

2.一種如權(quán)利要求1所述的憶阻器的制備方法，包括下電極制備、功能層制備和上電極制備，其特征在于，在功能層制備中，通過控制Ar與O₂的比例、濺射氣壓來控制所制得的功能層材料的厚度和氧空位。

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述功能層制備過程具體如下：

光刻：通過光刻工藝在下電極上制備光刻圖形，所述光刻圖形完全覆蓋下電極；

濺射：在Ar與O₂的氣氛環(huán)境下，利用濺射的方法在所述光刻圖形上制備功能層圖形；所述功能層圖形的面積不小于功能層圖形與下電極相交部的面積；

氣氛環(huán)境中Ar與O₂的體積比為39：8～27：20，濺射氣壓為0.3Pa～1.5Pa，本底真空為5*10^-3Pa；

剝離：采用丙酮浸泡濺射步驟所制備得到的樣品，并進行超聲清洗，再依次用無水乙醇和去離子水清洗、并干燥。

4.一種如權(quán)利要求1所述的憶阻器的調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(a)對呈m*n陣列結(jié)構(gòu)的基于量子電導(dǎo)效應(yīng)的憶阻器，對其第a行、第b列的憶阻器單元進行預(yù)形成導(dǎo)電通道處理；其中，a<m，b<n；

(b)對所述憶阻器單元進行多次雙向I/V電壓掃描，直至所述憶阻器單元出現(xiàn)穩(wěn)定的SET、RESET電壓值，使所述憶阻器單元呈高阻態(tài)；

(c)采用I/V電壓掃描方法或脈沖掃描的方法對所述憶阻器單元進行正向量子電導(dǎo)調(diào)控；

(d)采用I/V電壓掃描方法或脈沖掃描的方法對所述憶阻器單元進行負向量子電導(dǎo)調(diào)控。

5.如權(quán)利4所述的憶阻器的調(diào)制方法，其特征在于，采用I/V電壓掃描的方法對所述憶阻器單元進行正向量子電導(dǎo)調(diào)控與負向量子電導(dǎo)調(diào)控；

所述正向量子電導(dǎo)調(diào)控的方法為：以步驟(b)正向I/V電壓掃描中阻值12.9kΩ對應(yīng)的電壓為起始電壓、以阻值1.29kΩ對應(yīng)的電壓為停止電壓，調(diào)節(jié)保持時間和步進大小，對所述憶阻器單元進行掃描；

所述負向量子電導(dǎo)調(diào)控的方法為：以步驟(b)負向I/V電壓掃描中阻值1.29kΩ對應(yīng)的電壓為起始電壓，以阻值12.9kΩ對應(yīng)的電壓為停止電壓，調(diào)節(jié)保持時間和步進大小，對所述憶阻器單元進行掃描。

6.如權(quán)利4所述的憶阻器的調(diào)制方法，其特征在于，采用脈沖掃描的方法對所述憶阻器單元進行正向量子電導(dǎo)調(diào)控與負向量子電導(dǎo)調(diào)控；

所述正向量子電導(dǎo)調(diào)控的方法為：以步驟(b)正向I/V電壓掃描中阻值12.9kΩ對應(yīng)的電壓為起始電壓、以阻值1.29kΩ對應(yīng)的電壓為停止電壓，調(diào)節(jié)脈沖寬度、脈沖步進和時間間隔，對所述憶阻器單元進行掃描；

所述負向量子電導(dǎo)調(diào)控的方法為：以步驟(b)負向I/V電壓掃描中阻值1.29kΩ對應(yīng)的電壓為起始電壓、以阻值12.9kΩ對應(yīng)的電壓為停止電壓，調(diào)節(jié)脈沖寬度、脈沖步進和時間間隔，對所述憶阻器單元進行掃描。

7.如權(quán)利4～6任一項所述的憶阻器的調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟(a)中，正向I/V電壓掃描所采用的掃描電壓2V～8V，低阻態(tài)為1.29kΩ；所述步驟(b)中，I/V電壓掃描次數(shù)不超過10次，高阻態(tài)為12.9kΩ。

8.如權(quán)利4～6任一項所述的憶阻器的調(diào)制方法，其特征在于，所述步驟(c)中，采用I/V電壓掃描方法對所述憶阻器單元進行正向量子電導(dǎo)調(diào)控時，電壓步進大小為1mV～50mV，各步電壓的保持時間為0ms～500ms；

所述步驟(d)中，采用I/V電壓掃描的方法進行負向量子電導(dǎo)調(diào)控時，步進大小為-1mV～-100mV；各步電壓的保持時長為0ms～500ms。