[發明專利]一種低溫存儲器件的制備和調控方法

有效

• 申請號: 202011517515.0
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112635490B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 陳立明;周健;丁健翔;張驍;孫正明;徐東
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: H10B51/30
• 分類號: H10B51/30;H01L29/47;H01L29/51;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 安徽順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 徐文恭

本發明公開了電子科學技術領域的一種低溫存儲器件，具有低溫高電流開關特性且可實現外場電控，以鐵電材料BaTiOsubgt;3/subgt;作為隧穿層，分別以鐵磁金屬氧化物Lasubgt;0.7/subgt;Srsubgt;0.3/subgt;MnOsubgt;3/subgt;、n型摻雜Nb:SrTiOsubgt;3/subgt;和Au作為低溫存儲器件的上電極、底電極和頂電極；本發明通過代替傳統貴金屬電極設計的鐵磁金屬氧化物電極/鐵電層/半導體電極型鐵電隧道結存儲器件，在35K的低溫下可以實現電流開關比(電流開關比ON/OFF，開態隧穿電流值與關態隧穿電流值之比)達到～10supgt;5/supgt;，此外，本發明制備工藝簡易，操作簡便，成本低廉，可在低溫下保持較好的信息存儲及轉換的性能，本發明中的低溫存儲器件通過電場調控及溫度調控克服傳統鐵電隧道結在低溫下性能缺陷，拓寬了Lasubgt;0.7/subgt;Srsubgt;0.3/subgt;MnOsubgt;3/subgt;/BaTiOsubgt;3/subgt;/Nb:SrTiOsubgt;3/subgt;鐵電隧道結存儲器使用范圍和使用性能。

技術領域

本發明涉及電子科學技術領域，具體為一種低溫存儲器件的制備和調控方法。

背景技術

基于未來的社會挑戰和信息技術領域的相關要求，如與實現萬物互聯的物聯網相關的“大數據”計算、存儲和處理的不斷革新，最終將會推動系統存儲和訪問數據的方式必須發生根本性的改變。其中，非破壞性讀取、高密度、高速度和低損耗等關鍵因素是當今信息存儲的新要求。阻變隨機存儲器(ReRAM)被認為是可以替代閃存的主要器件。在近幾年里ReRAM技術取得了突破性的進展，但隨著極地探索等領域研究不斷深入，常溫狀態下的電子器件很難適應低溫、低壓等極端環境的使用。

根據量子機制，在鐵電隧道結中隧穿透過率與隧穿層與金屬電極之間的勢壘寬度和勢壘高度的密切相關。若能夠很好地調制隧道結中的勢壘的幾何形態，就可以增強鐵電隧道結的隧穿電阻效應(TER)。然而，在傳統的金屬/鐵電/金屬組成的鐵電隧道結中，因為受到金屬電極屏蔽長度太短的限制，導致其無法獲得較高的TER。近期，通過發現一種新的隧穿異質結構，即正常的鐵電隧道結中通過重摻雜半導體電極來替換金屬電極。在這種金屬/鐵電/半導體(Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3)鐵電隧道結中，由于鐵電場效應，不僅可以電場調制勢壘的高度，而且還可以電場調制勢壘的寬度。然而這種金屬/鐵電/半導體型隧道結器件僅局限于室溫下實現信息存儲調制，在低溫下很難實現隧穿效應，導致電流開關比(ON/OFF，開態隧穿電流值與關態隧穿電流值之比)比降低。

因此，如何制備在低溫下高開關效應的鐵電存儲器件并進行有效調控是當下亟待解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低溫存儲器件的制備和調控方法，以解決上述背景技術中提出問題。

為實現上述目的，本發明提供如下方案予以實現：本發明提供了一種低溫存儲器件，具有低溫高電流開關特性且可實現外場電控，以鐵電材料BaTiO₃作為隧穿層，分別以鐵磁金屬氧化物La_0.7Sr_0.3MnO₃、n型摻雜Nb:SrTiO₃和Au作為低溫存儲器件的上電極、底電極和頂電極。

本發明提供了一種低溫存儲器件的制備方法，具體包括以下步驟：

S1：將13.8wt％氧化鑭粉末、50.3wt％氧化鍶粉末和35.9wt％氧化錳粉末均勻混合，得到混合粉末A；將85wt％鈦酸鋇粉末和15wt％氧化鈦粉末均勻混合，得到混合粉末B，將混合粉末A、球磨介質和酒精按質量比1:1.25:1.2置于球磨罐內球磨，得到球磨粉末A；將混合粉末B、球磨介質和酒精按質量比1:1.25:1.2置于球磨罐內球磨，得到球磨粉末B；