[發明專利]一種基于HfO2?x的二值和多值憶阻器、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201710421114.7
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107293642A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 孫華軍;何維凡;王標;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春,曹葆青

1.一種基于HfO_2-x的二值和多值憶阻器，其特征在于，包括：多個呈陣列布置的器件單元，每個器件單元包括：上電極、功能層和下電極；

所述功能層設置于所述上電極和所述下電極之間，所述功能層的材料為HfO_2-x材料；其中，1.6<2-x<2；

當1.6<2-x<1.8時，所述功能層對應的憶阻器為多值憶阻器；

當1.8<2-x<2時，所述功能層對應的憶阻器為二值憶阻器；

通過調節功能層材料的原生氧空位來控制導電細絲的形成過程和電阻過渡形態實現二值或多值模式。

2.如權利要求1所述的二值和多值憶阻器，其特征在于，所述上電極為惰性電極Pt，所述下電極為惰性電極Ti。

3.一種基于HfO_2-x的二值和多值憶阻器的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)制備下電極：

(1.1)在長有SiO₂絕緣層的Si襯底上通過光刻制備出一個或多個長條形下電極圖形；

(1.2)根據所述長條形下電極圖形，利用磁控濺射的方法制備下電極樣品；

(1.3)采用丙酮浸泡所述下電極樣品，并進行超聲清洗，再依次用無水乙醇和去離子水清洗，并干燥后獲得下電極；

(2)制備功能層：

(2.1)通過光刻工藝在長條形下電極上制備光刻圖形，光刻圖形完全覆蓋所述下電極；

(2.2)在Ar與O₂的氣氛環境下，利用濺射的方法在光刻圖形上制備功能層圖形；其中，通過控制Ar與O₂的比例，使得制備的功能層中HfO_x的氧含量為1.6<2-x<2；在這樣的缺氧狀態下，可產生不同濃度梯度的原生氧空位，不同濃度的原生氧空位決定了電阻過渡的方式；其中，1.6<2-x<2；當1.6<2-x<1.8時，該功能層對應的憶阻器為多值憶阻器；當1.8<2-x<2時，該功能層對應的憶阻器為二值憶阻器；

(2.3)采用丙酮浸泡所述功能層圖形，并進行超聲清洗，再依次用無水乙醇和去離子水清洗，并干燥后獲得附著于所述下電極上的功能層；

(3)制備上電極：

(3.1)采用光刻工藝，在附著于所述下電極上的功能層上制備出一個或多個長條形上電極圖形，使得上電極圖形完全覆蓋功能層圖形并與下電極圖形垂直；

(3.2)利用磁控濺射的方法在長條形上電極圖形上制備上電極樣品；

(3.3)采用丙酮浸泡所述上電極樣品，并進行超聲清洗，再依次用無水乙醇和去離子水清洗，并干燥后獲得三層crossbar陣列結構的憶阻器；

在所述憶阻器中，所述上電極與所述下電極交叉，且所述功能層夾在所述上電極和所述下電極的交叉處，所述上電極和所述下電極之間無接觸。

4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述功能層的圖形的面積不小于功能層圖形與下電極相交部分的面積。

5.如權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，氣氛環境中Ar與O₂的體積比為：(39：8～31：16)。

6.如權利要求3-5任一項所述的制備方法，其特征在于，濺射的工藝條件為：濺射氣壓為0.3Pa～1.5Pa、本底真空5*10^-3Pa。

7.一種基于HfO_2-x的二值和多值憶阻器的應用，其特征在于，所述二值和多值憶阻器為權利要求1或2任一項所述的二值和多值憶阻器。