[發(fā)明專利]一種有機(jī)電極阻變存儲(chǔ)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611206793.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN106601910B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆小兵;張磊;趙建輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 石家莊國域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 白利霞;蘇艷肅

本發(fā)明公開了一種有機(jī)電極阻變存儲(chǔ)器，其結(jié)構(gòu)是在襯底上依次形成有PCBM有機(jī)電極介質(zhì)層、Zr_0.5Hf_0.5O₂阻變轉(zhuǎn)換層和Ag電極層。同時(shí)公開了該阻變存儲(chǔ)器的制備方法：包括清洗、干燥襯底；將PCBM溶液旋涂于襯底上真空干燥后形成PCBM有機(jī)電極介質(zhì)層；在PCBM有機(jī)電極介質(zhì)層上通過磁控濺射法生長(zhǎng)Zr_0.5Hf_0.5O₂阻變轉(zhuǎn)換層；在Zr_0.5Hf_0.5O₂阻變轉(zhuǎn)換層上生長(zhǎng)Ag電極層。本發(fā)明提供的阻變存儲(chǔ)器使用了PCBM薄膜作為阻變存儲(chǔ)器的有機(jī)電極介質(zhì)層，其有別于傳統(tǒng)使用氧化物制備的存儲(chǔ)器件，其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，性能表現(xiàn)良好，是一種存儲(chǔ)性能更為穩(wěn)定、耐久性強(qiáng)、應(yīng)用前景更為廣闊的阻變存儲(chǔ)器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲(chǔ)設(shè)備及其制備方法，具體地說是一種有機(jī)電極阻變存儲(chǔ)器及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，集成電路工藝的尺寸已經(jīng)深入到20納米以下，傳統(tǒng)的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器件已經(jīng)接近物理極限，開發(fā)新一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器已成為各國科學(xué)家研究的熱門領(lǐng)域。目前，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的主要類型有磁存儲(chǔ)器，相變存儲(chǔ)器和阻變存儲(chǔ)器。其中阻變存儲(chǔ)器具有功耗低，讀寫速度快，數(shù)據(jù)保持能力好，制作簡(jiǎn)單，易于集成等優(yōu)點(diǎn)，是極具應(yīng)用前景的新一代存儲(chǔ)器。

阻變存儲(chǔ)器的一般結(jié)構(gòu)是典型的三明治結(jié)構(gòu)，有上下電極和設(shè)置在上下電極之間能夠產(chǎn)生阻變現(xiàn)象的變阻材料。在外加偏壓的作用下，會(huì)使器件的電阻狀態(tài)發(fā)生高低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)0和1的存儲(chǔ)。對(duì)于阻變存儲(chǔ)器而言，選擇不同的阻變轉(zhuǎn)換層材料對(duì)于器件而言會(huì)產(chǎn)生較大影響，可以說阻變轉(zhuǎn)換層材料是阻變存儲(chǔ)器的核心。

科學(xué)研究表明，能夠作為阻變轉(zhuǎn)換層的材料種類繁多，目前主要有四大類。一是鈣鈦礦氧化物。許多基于該材料的器件表現(xiàn)出雙極性存儲(chǔ)特性，但是這類材料制備工藝難度大，與傳統(tǒng)的器件不兼容。二是過度金屬氧化物，過渡金屬二元氧化物具有成分簡(jiǎn)單、成本低廉、易于制備、制造與CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)，雖然基于過渡金屬二元氧化物的阻變存儲(chǔ)器件有很多優(yōu)點(diǎn)，但其阻變機(jī)理尚不完全明確，而且器件的可靠性也有待研究，這在一定程度上阻礙了其發(fā)展和應(yīng)用，這類阻變器件的發(fā)展前景并不是很明朗。三是固態(tài)電解質(zhì)，這類阻變存儲(chǔ)器具有典型的三明治結(jié)構(gòu)，包括電化學(xué)活性電極（Ag、Cu等）、電化學(xué)惰性電極（W、Pt等）和固態(tài)電解質(zhì)材料構(gòu)成的阻變功能層。它們的阻變特性是由于活性金屬電極材料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的金屬陽離子在電場(chǎng)作用下遷移而引起的金屬導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂所導(dǎo)致。當(dāng)在活性金屬電極施加適當(dāng)?shù)恼螂妷簳r(shí)，該活潑金屬會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，變成相應(yīng)的金屬陽離子，在電場(chǎng)作用下經(jīng)固態(tài)電解液材料向惰性電極遷移，到達(dá)惰性電極表面之后獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生金屬原子。金屬原子沉積在陰極，金屬細(xì)絲首先在惰性電極一側(cè)生長(zhǎng)，當(dāng)細(xì)絲完全生長(zhǎng)并連接金屬的活性電極后，形成導(dǎo)電通道，存儲(chǔ)器由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，器件導(dǎo)通。施加反向電壓后，金屬導(dǎo)電細(xì)絲會(huì)發(fā)生電化學(xué)溶解現(xiàn)象，形成導(dǎo)電通道的金屬被氧化成金屬陽離子，并在電場(chǎng)的作用下向活性電極遷移，此時(shí)導(dǎo)電通道斷裂，存儲(chǔ)器由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，器件切換為關(guān)閉狀態(tài)。四是有機(jī)材料，目前有機(jī)材料制作簡(jiǎn)單，成本低廉，利用有機(jī)材料的雙穩(wěn)態(tài)特性制作阻變存儲(chǔ)器的研究較為廣泛。與無機(jī)材料相比，有機(jī)材料最大的優(yōu)勢(shì)在于種類繁多，可選擇的余地大。盡管有機(jī)材料具有很多優(yōu)點(diǎn)，但大多有機(jī)材料本身的穩(wěn)定性和存儲(chǔ)性能較差，不耐高溫，耐久性和數(shù)據(jù)記憶特性也不好，且讀、寫、擦除等操作速度比較慢，這在一定程度上影響了有機(jī)材料在阻變存儲(chǔ)器件領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，進(jìn)一步研究阻值變化穩(wěn)定、存儲(chǔ)性能好、記憶特性好、抗疲勞耐久性好、讀、寫、擦除等操作速度快的存儲(chǔ)器件是行業(yè)內(nèi)積極探索的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種有機(jī)電極阻變存儲(chǔ)器及其制備方法，以解決現(xiàn)有有機(jī)阻變存儲(chǔ)器件存在阻值變化不穩(wěn)定、存儲(chǔ)性能較差、耐久性和數(shù)據(jù)記憶特性不好的問題。