[發明專利]一種基于硫化鎢納米片的阻變存儲器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811172693.7
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109461813B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 閆小兵;秦翠亞;任德亮
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 白海靜

本發明提供了一種基于硫化鎢納米片的阻變存儲器及其制備方法，所述憶阻器的結構從下到上依次包括Pt襯底、在所述Pt襯底上形成的第一ZrO₂阻變層、在所述第一ZrO₂阻變層上形成的WS₂納米片介質層、在所述WS₂納米片介質層上形成的第二ZrO₂阻變層以及在所述第二ZrO₂阻變層上形成的Ag電極層。本發明提供的阻變存儲器通過性能檢測證明其具有良好的阻變特性，呈現出較為穩定的阻值變化，高電阻值和低電阻值之間相差較大，不容易造成誤讀，而且該WS₂納米片阻變存儲器在高阻態和低阻態下的抗疲勞特性均比較優異。

技術領域

本發明涉及阻變存儲器技術領域，具體涉及一種基于硫化鎢納米片的阻變存儲器及其制備方法。

背景技術

近年來，集成電路工藝的尺寸已經深入到20納米以下，傳統的非揮發性存儲器件已經接近物理極限，開發新一代非揮發性存儲器已成為各國科學家研究的熱門領域。目前，非揮發性存儲器的主要類型有磁存儲器，相變存儲器和阻變存儲器。其中阻變存儲器具有功耗低，讀寫速度快，數據保持能力好，制作簡單，易于集成等優點，是極具應用前景的新一代存儲器。

阻變存儲器的一般結構是典型的三明治結構，有上下電極和設置在上下電極之間能夠產生阻變現象的變阻材料。在外加偏壓的作用下，會使器件的電阻狀態發生高低阻態的轉變，從而實現0和1的存儲。對于阻變存儲器而言，選擇不同的阻變層材料對于器件而言會產生較大影響，可以說阻變層材料是阻變存儲器的核心。

科學研究表明，能夠作為阻變層的材料種類繁多，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出雙極性存儲特性，但是這類材料制備工藝難度大，與傳統的器件不兼容。二是過度金屬氧化物，過渡金屬二元氧化物具有成分簡單、成本低廉、易于制備、制造與CMOS工藝相兼容等優點，雖然基于過渡金屬二元氧化物的阻變存儲器件有很多優點，但其阻變機理尚不完全明確，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展和應用，這類阻變器件的發展前景并不是很明朗。三是固態電解質，這類阻變存儲器具有典型的三明治結構，包括電化學活性電極（Ag、Cu等）、電化學惰性電極（W、Pt等）和固態電解質材料構成的阻變功能層。它們的阻變特性是由于活性金屬電極材料發生電化學反應所產生的金屬陽離子在電場作用下遷移而引起的金屬導電細絲的形成與斷裂所導致。當在活性金屬電極施加適當的正向電壓時，該活潑金屬會發生氧化反應，變成相應的金屬陽離子，在電場作用下經固態電解液材料向惰性電極遷移，到達惰性電極表面之后獲得電子，發生還原反應產生金屬原子。金屬原子沉積在陰極，金屬細絲首先在惰性電極一側生長，當細絲完全生長并連接金屬的活性電極后，形成導電通道，存儲器由高阻態變為低阻態，器件導通。施加反向電壓后，金屬導電細絲會發生電化學溶解現象，形成導電通道的金屬被氧化成金屬陽離子，并在電場的作用下向活性電極遷移，此時導電通道斷裂，存儲器由低阻態轉變為高阻態，器件切換為關閉狀態。四是有機材料，目前有機材料制作簡單，成本低廉，利用有機材料的雙穩態特性制作阻變存儲器的研究較為廣泛。與無機材料相比，有機材料最大的優勢在于種類繁多，可選擇的余地大。盡管有機材料具有很多優點，但大多有機材料本身的穩定性和存儲性能較差，不耐高溫，耐久性和數據記憶特性也不好，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材料在阻變存儲器件領域的應用。因此，進一步研究阻值變化穩定、存儲性能好、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器件是行業內積極探索的課題。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種阻變存儲器，以解決現有阻變存儲器阻變穩定性和抗疲勞耐久性不理想的問題。

本發明的目的之二在于提供一種阻變存儲器的制備方法。