[發明專利]一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 201710076170.1
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106803534A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 王海燕
• 申請（專利權）人: 東莞市佳乾新材料科技有限公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域

本發明屬于阻變存儲器材料技術領域，具體涉及一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器及其制備方法。

背景技術

非易失性存儲器是指在斷電時所存儲的數據也不會消失的一類存儲器，隨著科學技術的不斷發展，人們將目光聚焦到一些具有特殊性能的材料，不斷突破傳統非易失存儲器的儲存極限、速度極限、密度極限和功耗極限。

阻變存儲器RRAM是利用某些薄膜材料在外加電場的作用下表現出的兩個或者兩個以上的不同電阻態來實現數據存儲，阻變存儲器具有擦寫速度快、存儲謎底高、重復擦寫次數高、具有多值存儲和三維存儲潛力等優點。目前運用到阻變存儲器的材料包括以下幾類：多元金屬氧化物(SrZrO3、SrTiO3等)、固態電解質(GeSe、AgS2、ZnCdS等)、二元金屬氧化物(ZnO、TiO2、NiO等)、有機物(TCNQ、PCBM等)和其他材料(非晶硅、氮化物和氧化石墨烯等)。

磷化銦晶體是一種閃鋅礦結構Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，是光電器件和微電子器件不可或缺的重要半導體材料。磷化銦晶體為直接帶隙半導體，具有熱導率高、飽和電場漂移速度高、抗輻射阻抗好等優點，在微波及毫米波器件、異質結高電子遷移率晶體管、異質結雙極晶體管、激光器、發光二極管、探測器、抗輻射太陽能電池和光電集成電路等領域有較為廣泛的應用，但是目前基于磷化銦的阻變存儲器方面的研究并不多見。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器及其制備方法，該阻變存儲器包括鉑底電極、摻雜S和Fe的磷化銦阻變材料和銀頂電極，還對磷化銦單晶片及其利用脈沖激光技術沉積磷化銦薄膜的制備方法進行限制，保證了阻變存儲器中磷化銦阻變材料的一致性和穩定性，使阻變存儲器具有存儲窗口寬，數據保持時間長，耐久性高的特點。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器，所述基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器包括底電極、阻變材料和頂電極，所述底電極為鉑電極層，阻變材料為磷化銦阻變材料，頂電極為銀電極層，所述磷化銦由磷化銦單晶片經脈沖激光技術得到磷化銦薄膜，所述磷化銦單晶片中摻雜S和Fe。

本發明還提供一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器的制備方法，包括以下步驟：

(1)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，采用脈沖激光技術，在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料；

(2)在步驟(1)制備的磷化銦阻變材料的表面覆蓋硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，沉積磷化銦薄膜的制備方法為：

(a).將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內；

(b).將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內；

(c).將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10^-8Pa；

(d).將絕緣無機材料基片加熱至350-450℃；

(e).利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為10-500nm的磷化銦層；

(f).在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜。

作為上述技術方案的優選，所述沉積磷化銦薄膜的制備方法中步驟(b)中電極為鉑電極。

作為上述技術方案的優選，所述沉積磷化銦薄膜的制備方法中步驟(e)中脈沖激光沉積的工藝參數為：靶材與基片的間距為6-8cm，激光的工作頻率為1-5Hz，能力密度為1-3J/cm²。

作為上述技術方案的優選，所述沉積磷化銦薄膜的制備方法中步驟(f)中快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為600-800℃，退火時間為5-120s。

作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，硬掩膜版的厚度為100nm。

作為上述技術方案的優選，所述單晶磷化銦片中摻雜S和Fe。

作為上述技術方案的優選，所述單晶磷化銦片的制備方法為：以高純銦和高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以10-15mm/h的速度拉晶得到直徑為50-75mm的單晶磷化銦片。

作為上述技術方案的優選，所述高純銦的純度為6N，所述高純紅磷的純度為6N，所述氧化硼的含水量在500-2000ppm。