[發(fā)明專利]一種基于氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910166030.2
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109888092B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張楷亮;李闖;王芳;魏俊青;沈稼強;邸希超
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: H10N70/20
• 分類號: H10N70/20;H10B63/00
• 代理公司: 天津耀達(dá)律師事務(wù)所 12223
• 代理人: 張耀

一種基于氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器及其制備方法，由上電極Ru、阻變層氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭和下電極TiN構(gòu)成，上下氧化鉭層成分均為TaOx，其中2x2.5,氧化鉭介質(zhì)層厚度為10?50nm，且上下氧化鉭層厚度相同；黒砷磷介質(zhì)層成分為b?AsP，厚度為0.85?10nm。本發(fā)明優(yōu)點：1)該結(jié)構(gòu)將新型二維材料黒砷磷引入阻變層，豐富了阻變存儲中的介質(zhì)層材料體系，拓展了二維黒砷磷的應(yīng)用領(lǐng)域；2)該阻變器件為單純的垂直疊層結(jié)構(gòu)，工藝簡單、成本低廉并且易于集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器。

技術(shù)背景

當(dāng)下半導(dǎo)體存儲器中的非易失存儲器主要是Flash，但隨著特征尺寸的縮小，將面臨物理極限上的諸多限制。阻變存儲器(RRAM)是可以解決傳統(tǒng)多晶硅浮柵技術(shù)瓶頸的代表性候選技術(shù)之一,RRAM通過材料電阻的可逆轉(zhuǎn)變實現(xiàn)存儲,與傳統(tǒng)閃存相比具有明顯優(yōu)勢,包括器件結(jié)構(gòu)簡單、單元尺寸小、可微縮性好、操作速度快、功耗低、與CMOS工藝兼容、易于三維集成等,成為重要的下一代存儲技術(shù)之一,并被認(rèn)為是最適合三維集成的新型存儲器之一,在不同的應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)了可大規(guī)模商業(yè)化的前景。

電阻轉(zhuǎn)變指材料的電阻在電壓電場作用下存在兩個或兩個以上的電阻態(tài),并且這種電阻的改變不隨時間而變化。通常把器件從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變到低阻態(tài)的這一過程稱為set過程,反之,把器件從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變到高阻態(tài)的過程稱為reset過程。

近年來，雖然阻變存儲器的研發(fā)工作取得了不凡的成果，但還有許多問題需要解決，其中介質(zhì)層材料對阻變存儲器的性能影響是最直接的。

二維黒磷是一種傳統(tǒng)的二維材料，德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)(TUM)、雷根斯堡大學(xué)、美國南加州大學(xué)(USC)和耶魯大學(xué)的研究人員通過把單個磷原子替換成砷原子，進而制得了一種新型二維材料黒砷磷。當(dāng)材料中砷的濃度達(dá)到83％時，它具有僅0.15電子伏特的極小帶隙。通過簡單地調(diào)整砷濃度，研究人員可以精確控制帶隙的大小。這種材料非常適合用作傳感器。而且極有可能應(yīng)用到柔性電子設(shè)備當(dāng)中。

2011年Feng?Miao等在Room?temperature?high-detectivity?mid-infraredphotodetectors?based?onblack?arsenic?phosphorus，研究了新型窄帶隙二維材料“黑砷磷”(b-AsP)，制備了場效應(yīng)光晶體管，在室溫下觀察到8.05微米中波紅外的響應(yīng)，成功進入紅外的第二個大氣窗口。并將不同摻雜的n型MoS₂與b-As_0.83P_0.17(p型)堆疊在一起形成范德華異質(zhì)結(jié)，有效降低了暗電流和噪聲。室溫探測率比被廣泛使用的PbSe紅外探測器的峰值探測率高了近1個量級，實現(xiàn)了對現(xiàn)有中波紅外室溫光電探測商用技術(shù)性能的超越，為推動窄帶隙二維材料在下一代光電探測技術(shù)中的應(yīng)用提供了物理基礎(chǔ)。

根據(jù)上述技術(shù)背景，新型二維材料黒砷磷在在阻變存儲器方面的應(yīng)用還沒有出現(xiàn)，本發(fā)明制備了一種氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器，拓寬了黒砷磷的應(yīng)用領(lǐng)域，豐富了阻變介質(zhì)材料的種類，填補了這方面空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對目前新型二維材料黒砷磷在阻變存儲器方面的空白，提出了一種氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器結(jié)構(gòu)，通過將新型二維材料黒砷磷引入阻變存儲器的阻變層，將新型二維材料黒砷磷應(yīng)用于阻變存儲器。

本發(fā)明方案：

一種基于氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器件，由氧化硅襯底、TiN下電極、阻變層氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭疊層及上電極Ru組成。各層厚度為：TiN下電極50-200nm、二維黒砷磷層0.85-10nm，上下氧化鉭層均為10-50nm，且厚度一致。

一種基于氧化鉭/二維黒砷磷/氧化鉭的三層異質(zhì)阻變存儲器的制備方法，步驟如下：