[發明專利]基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011357101.6
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112490358A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 韓傳余;方勝利;安磊;劉衛華;韓崢嶸;張騏智;王小力
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

1.一種基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器，其特征在于：

包括下電極(3)、沉積在下電極(3)上的阻變層(2)、以及沉積在阻變層(2)上的上電極(1)；所述下電極(3)和上電極(1)均為惰性電極；

所述阻變層(2)包括堆疊的N個阻變材料層及位于相鄰阻變材料層之間的阻擋層，2≤N≤8；所述阻擋層為惰性金屬材料；

所述阻變材料層為導電細絲型阻變材料或者氧化還原反應型阻變材料；所述氧化還原反應型阻變材料是由活性金屬材料沉積在富氧層阻變材料上形成；

所述下電極(3)、阻變層(2)和上電極(1)形成N個相同或不同的單憶阻器；N個所述單憶阻器縱向頭尾相連。

2.根據權利要求1所述基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器，其特征在于：所述N個阻變材料層的導電細絲型阻變材料為HfO₂、Al₂O₃、TaO_x、TiO₂、SiO₂及鈣鈦礦中的一種或多種；

所述N個阻變材料層的富氧層阻變材料為TaO_x、MoO_x及TiO_x中的一種或多種；所述N個阻變材料層的活性金屬材料為Mg、Hf、Ni、Ti、Al、Fe及Zn中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器，其特征在于：所述下電極(3)為Pt、Pd或Au；所述上電極(1)為Pt、Pd或Au；所述惰性金屬材料為Pt、Pd及Au中的一種或多種。

4.根據權利要求1或2或3所述基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器，其特征在于：還包括襯底，所述下電極(3)沉積在襯底上；所述襯底為硬性光滑襯底或柔性襯底；所述硬性光滑襯底包括二氧化硅、硅或ITO；所述柔性襯底包括PEN、PET或PI。

5.根據權利要求4所述基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器，其特征在于：位于相鄰阻變材料層之間的阻擋層為兩層，且兩層惰性金屬材料不同。

6.根據權利要求5所述基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器，其特征在于：所述下電極(3)厚度90～110nm；所述阻變材料層厚度15～35nm；所述阻擋層厚度5～25nm；所述上電極(1)厚度90～110nm。

7.一種基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用薄膜生長工藝在襯底上沉積一層下電極；

2)利用薄膜生長工藝在下電極上沉積一層導電細絲型阻變材料；

3)利用薄膜生長工藝在導電細絲型阻變材料上沉積一層惰性金屬材料或兩層不同材料的惰性金屬材料；

4)利用薄膜生長工藝在惰性金屬材料上沉積一層導電細絲型阻變材料；

5)重復步驟3)和步驟4)，直至沉積N層導電細絲型阻變材料，以及位于導電細絲型阻變材料之間的惰性金屬材料，2≤N≤8；

6)利用薄膜生長工藝在最上層導電細絲型阻變材料上沉積一層上電極。

8.根據權利要求7所述基于串聯結構的高穩定多阻態憶阻器的制備方法，其特征在于：所述襯底為硬性光滑襯底或柔性襯底；所述硬性光滑襯底包括二氧化硅、硅或ITO；所述柔性襯底包括PEN、PET或PI；

所述N層導電細絲型阻變材料為HfO₂、Al₂O₃、TaO_x、TiO₂、SiO₂和鈣鈦礦中的一種或多種；

所述上電極材料為Pt、Pd或Au；

所述下電極材料為Pt、Pd或Au；

所述惰性金屬材料為Pt、Pd或Au；

所述薄膜生長工藝采用磁控濺射、電子束蒸發、熱蒸發或原子層沉積。