[發明專利]一種基于氧族化合物薄膜的選通器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010587497.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111725399A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 宋成;孫一鳴;潘峰;喬磊磊;曾飛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

本發明公開了一種基于氧族化合物薄膜的選通器及其制備方法。本發明通過在制備過程中調控氧族元素(包括O、S、Se、Te等)在化合物薄膜中的化學計量比，實現對于選通器工作電流上限的調控，可以根據不同的需求制備出符合要求的選通器，更有利于其在高密度集成和神經計算電路中的應用。

技術領域

本發明屬于信息電子材料領域，具體涉及一種基于氧族化合物薄膜的選通器及其制備方法。

背景技術

存儲器作為一種集數據存儲和數據處理為一身的半導體器件，在半導體市場中一直占據著舉足輕重的地位。作為下一代新型的非易失性存儲器，包括相變隨機存儲器、鐵電隨機存儲器、磁阻隨機存儲器和阻變隨機存儲器，在基于交叉陣列結構進行高密度集成的過程中必須解決串擾電流問題。目前，串擾電流最有效的解決方案就是將存儲單元與選通器串聯起來形成1S1R結構再進行陣列集成。選通器的基本原理是：利用電信號控制選通器的開關，施加高于閾值電壓的偏壓時，選通器打開，由高阻態變為低阻態；撤去外加偏壓時，選通器關閉，自主從低阻態回到高阻態。近年來，基于金屬陽離子遷移的選通器與阻變存儲器結構與機理類似，兼具制備方法簡單、與CMOS工藝兼容等眾多優勢，成為學界和業界的研究熱點。

從目前的研究現狀來看，選通器領域的發展方向是高選擇性(或開關比)、高于存儲器的工作電流、低漏電流、低閾值電壓、快響應速度、高壽命、高均一性的方向發展。其中，選通器的核心指標是工作電流，其工作電流必須高于所串聯存儲器的工作電流，且需要根據所串聯器件的不同進行調整。同時，調節這種選通器件的工作電流可以將器件的應用范圍擴展到其他領域，包括人工突觸與神經元模擬電路、隨機數發生器等等。因此，如何通過器件設計制備出工作電流可調的選通器是其面向陣列化及其他應用的重要課題。

發明內容

針對現有背景，本發明的目的在于提供一種基于氧族化合物薄膜的選通器及其制備方法，能夠獲得各項指標均優異且工作電流可調的選通器。

本發明提供的選通器，其結構由下至上依次包括基片、底電極、選通功能層和頂電極；

所述選通功能層為不同化學計量比的氧族化合物薄膜。

上述選通器中，所述襯底為商用Pt(～120nm)/Ti(～15nm)/SiO2/Si基片或Si基片。

所述底電極和頂電極均選自活性金屬中的任意一種；具體選自Ag和Cu中任意一種；

所述氧族化合物薄膜中，所述氧族化合物選自氧化物、硫化物、硒化物和碲化物中至少一種；

更具體的，所述氧化物選自氧化鉭、氧化鉿和氧化鋅中至少一種；

所述硫化物選自硫化鉿、硫化鋅和硫化銀中至少一種；

所述硒化物選自硒化銻和硒化鍺中至少一種；

所述碲化物選自碲化鋅、碲化鍺中至少一種。

所述基片的厚度為200-800μm；

所述底電極的厚度為5～100nm；具體為10nm；

所述選通功能層的厚度為5-60nm；具體為10-30nm；

所述頂電極的厚度為5～100nm；具體為50nm。

本發明還要求保護一種調控所述選通器的工作電流(或工作電流的上限)的方法，該方法包括：在按照所述方法制備選通器時，通過控制所述氧族化合物中氧族元素與金屬元素的化學計量比，以調控所述選通器的工作電流(或工作電流的上限)。

上述方法中，所述控制所述氧族化合物中氧族元素與金屬元素的化學計量比的方法選自調節制備方法所用氣氛、采用不同化學計量比的靶材和調節共濺射靶材的濺射功率中至少一種。