[實用新型]一種基于氧化鈮選通管和氧化鋯阻變層的1S1R器件

有效

• 申請號: 201820359199.0
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN208127244U
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 王浩;陳欽;陳傲;馬國坤;何玉立
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本實用新型涉及一種基于氧化鈮選通管和氧化鋯阻變層的1S1R器件。本實用新型的1S1R器件從下至上依次包括底電極層、氧化鋯阻變層、氧化鈮轉換層和頂電極層；所述底電極層的厚度為100～300nm，所述阻變層的厚度為15～30nm，所述轉換層的厚度為30～80nm，所述頂電極層的厚度為50～300nm。本實用新型采用氧化鋯作為阻變層，氧化鈮選通管作為轉換層，制得的基于氧化鈮選通管和氧化鋯阻變層的1S1R器件具有較大的非線性值，能夠有效減小漏電流、可實現十字交叉陣列的高密度集成，因此非常具有發展潛力和應用價值。

技術領域

本實用新型涉及信息存儲技術，更具體地說，本實用新型涉及一種基于氧化鈮選通管和氧化鋯阻變層的1S1R器件。

背景技術

阻變存儲器作為下一代非易失性存儲器的巨大優勢之一就是其優異的小型化潛力。其簡單的三層結構可以采用理論上最高集成度(4F²)的十字交叉結構。但是十字交叉結構存在嚴重的串擾電流問題，會導致器件發生信息誤讀。串擾電流問題還會增加功耗并限制交叉開關陣列的大小，從而將會嚴重影響存儲器的性能。

目前，為解決潛行路徑問題，有幾種解決思路，第一種方法就是抑制電流反向流過器件，而至允許電流從一個方向流經器件。這種方法通常通過集成額外的整流器件，如晶體管、二極管或者利用具有整流效應的材料來實現；第二種方法是設計全新的存儲單元結構和信息讀取方式，例如采取互補型阻變存儲器結構；第三種方法通常通過將器件在低阻態時的電流曲線變成非線性的，非線性的電流電壓曲線使得所有存儲單元在小電壓讀取時都表現出高阻態，再配合以特定的讀取方式就可以抑制串擾電流。

由于與CMOS工藝的兼容性，構成晶體管-電阻器(1T1R)結構，利用晶體管作為整流器件來抑制串擾電流。器件操作時，對應晶體管打開，其它閉合，這樣就避免串擾電流的問題。但是1T1R是一種有源結構，器件面積取決于晶體管的大小，不利于高密度集成。另一方面，晶體管結構復雜并且制備過程中所需要的加工溫度非常高，不利于獲得成本低并且性能穩定的阻變存儲器。二極管-電阻器(1D1R)結構只適用于單極性阻變存儲器，雙極性阻變器件不能采用。CRS結構過于復雜，制備困難且成本較高，且破壞性讀取方式。

選通管-電阻器(1S1R)結構是指串聯一個阻變存儲器和一個雙向選通管器件來共同構成一個存儲單元。選通管可以看作是一種非線性電阻，其在低電壓和高電壓下的阻值差距非常大，常常有幾個數量級的差別。不同于二極管單向導通的特點，雙向選通管具有對稱的電流電壓曲線。在雙向選通管器件與阻變器件組成的1S1R結構中，在正向掃描時，當掃描電壓大于選通管器件的正向開啟電壓時，選通器件打開，但是整個器件 (1S1R)要到阻變單元的轉變電壓才會轉變到低阻態。在電壓降至正向保持電壓之前選通管器件始終保持為開啟狀態。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對解決上述漏電流問題，提供一種基于氧化鈮選通管和氧化鋯阻變層的1S1R器件，本實用新型的1S1R器件，具有優異的抗串擾能力，為RRAM 的大規模集成提供了技術支撐。

為了實現本實用新型的上述目的，發明人經過大量的試驗研究，開發出了一種基于氧化鈮選通管和氧化鋯阻變層的1S1R器件，所述1S1R器件從下至上依次包括底電極層、阻變層、轉換層和頂電極層，其中：所述底電極層為FTO、ITO、ZTO或TiN材料中的任一種，所述阻變層為氧化鋯薄膜材料，所述轉換層為氧化鈮薄膜材料，所述頂電極層為Pt薄膜材料，所述的氧化鈮為NbO_x。

進一步地，上述技術方案中所述的氧化鈮為五氧化二鈮。

進一步地，上述技術方案中所述底電極層的厚度為100～300nm，所述阻變層的厚度為15～30nm，所述轉換層的厚度為30～80nm，所述頂電極層的厚度為50～300nm。