[發明專利]一種基于氧化石墨烯的高穩定性阻變存儲器

有效

• 申請號: 201710441373.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107256925B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 徐海陽;王中強;朱佳雪;謝瑜;黎旭紅;劉益春
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;B82Y30/00;B82Y10/00
• 代理公司: 長春市東師專利事務所 22202
• 代理人: 張鐵生;劉延軍

本發明公開了一種基于氧化石墨烯的高穩定性阻變存儲器，包括底電極、頂電極以及位于兩電極之間的阻變功能層，所述的阻變功能層為摻雜有TiO₂納米顆粒的氧化石墨烯乙醇溶液經磁力攪拌器上攪拌，旋涂在底電極表面，形成的薄膜，所述的薄膜再經過紫外光照射處理；與沒有摻雜TiO₂納米顆粒的阻變存儲器相比，開啟電壓值明顯小于對照器件相應的值，可有效降低細絲形成過程中的電功耗；連續100次開關操作的V_set和V_reset累積概率分布相對集中，電學參數均一；對照器件在連續開關600次以后，器件高低阻態相互交迭從而器件失效；高低阻態在連續1000次開關操作后依舊保持較大的開關比例（R_off/on～20），工作穩定性高。

技術領域

本發明屬于微電子器件領域，具體涉及一種基于氧化石墨烯的高穩定性阻變存儲器。

背景技術

隨著傳統閃存器件的特征尺寸接近理論極限，其存儲密度的進一步提高面臨嚴峻挑戰，在現代社會對信息存儲量的需求日益增加的背景下，急需尋找新的解決方案。在眾多的新型存儲器如鐵電存儲器（FeRAM）、磁存儲器（MRAM）、相變存儲器（PRAM）、阻變存儲器（RRAM）中，RRAM因其結構簡單，存儲密度高，讀寫速度快，功耗低，與傳統CMOS工藝兼容等優點脫穎而出，被認為是下一代極具發展潛力的非易失性存儲器。其工作原理可解釋為：通過在器件的電極兩端施加電壓激勵，來調控器件的電阻在高、低兩種阻態下發生可逆轉變，從而實現信息存儲。金屬氧化物、硫化物及碳基材料均可用于展示阻變行為，并應用于RRAM器件。其中氧化石墨烯材料因其獨特的2D結構、高楊氏模量、大的拉伸強度、大的比表面積、超薄透明等優異性能，被廣泛地應用在工程制造和科學研究中。同時它也是一種很好的水溶性材料和絕緣材料，可通過簡單的旋涂或滴涂工藝等制成薄膜，適用于阻變存儲器的阻變功能層，為發展高密度、柔性、透明的阻變存儲器提供了可靠依據。其阻變原理可用導電通道機制加以解釋，即在電場和焦耳熱的作用下，通過控制氧化石墨烯的部分還原和再氧化，來調控sp²導電通道的形成和斷裂，從而實現器件的開啟和關閉。然而RRAM器件中的導電通道常常受限于形成和斷裂的隨機性，使得器件運行存在較大的波動性。

針對上述問題，基于金屬導電細絲工作的RRAM，一種有效的解決方案是在薄膜中摻雜特定的金屬納米顆粒，降低導電通道形成與斷裂的隨機性。然而考慮到氧化石墨烯基RRAM所形成的sp²導電通道的特殊性，傳統的摻雜方法難以解決其導電通道的隨機性問題。

發明內容

本發明的目的為了解決基于氧化石墨烯基RRAM所形成的sp²導電通道的特殊性，傳統的摻雜方法難以解決其導電通道的隨機性問題，而提供一種基于氧化石墨烯的高穩定性阻變存儲器。

一種基于氧化石墨烯的高穩定性阻變存儲器，包括底電極、頂電極以及位于兩電極之間的阻變功能層，所述的阻變功能層為摻雜有TiO₂納米顆粒的氧化石墨烯乙醇溶液經磁力攪拌器上攪拌，旋涂在底電極表面，形成的薄膜，所述的薄膜再經過紫外光照射處理；

所述的TiO₂納米顆粒的粒徑為 10nm～20nm；

所述的摻雜有TiO₂納米顆粒的氧化石墨烯乙醇溶液，其中氧化石墨烯的含量為0.5mg/ml～2mg/ml；TiO₂納米顆粒與氧化石墨烯兩者的質量比為1:30～1:5；

所述的攪拌時間為5～10小時；

所述的阻變功能層其厚度為50nm～200nm；

所述的紫外光照射處理為光照時間為2～15分鐘；

所述的紫外光波長為320～400nm；

所述的光強度為2～8mW/cm²；