[發(fā)明專利]一種基于二維電子氣的互補(bǔ)型憶阻器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110245476.1
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113078260B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程曉敏;朱云來;何柱力;繆向水
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H10N70/20
• 分類號: H10N70/20
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

本發(fā)明公開了一種基于二維電子氣的互補(bǔ)型憶阻器及其制備方法，屬于集成微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過對上下電極進(jìn)行改進(jìn)，利用異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生的二維電子氣作為電極，由于二維電子氣的局域傳導(dǎo)特性，導(dǎo)致器件上下雙極性憶阻器導(dǎo)電絲定向生長，從而可以提高互補(bǔ)型憶阻器的高低阻態(tài)和操作電壓(Set和Reset電壓)的一致性。由于該互補(bǔ)型憶阻器結(jié)構(gòu)阻變開關(guān)層采用的是突變異質(zhì)結(jié)一部分，所以器件本身電阻很大，這導(dǎo)致器件操作電流小，具有低功耗的特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于二維電子氣的互補(bǔ)型憶阻器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著數(shù)碼電子產(chǎn)品的不斷普及，非易失存儲(chǔ)器在現(xiàn)代人的生活中逐漸成為不可或缺的一部分。因而，對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的采集、存儲(chǔ)以及處理提出了更高的要求，打破傳統(tǒng)存儲(chǔ)器固有的缺陷和尺寸極限是現(xiàn)代存儲(chǔ)器研究的焦點(diǎn)。憶阻器具有速度快、高密度存儲(chǔ)和低功耗的特點(diǎn)，被認(rèn)為是取代現(xiàn)有傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的有力競爭者之一。憶阻器結(jié)構(gòu)簡單，在器件小型化上具有巨大的優(yōu)勢，集成上可以采用高集成度的十字交叉陣列結(jié)構(gòu)。雖然可以實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)，但是單元陣列之間存在著嚴(yán)重的串?dāng)_電流。

為了解決十字交叉結(jié)構(gòu)中陣列之間的串?dāng)_問題，互補(bǔ)型憶阻器結(jié)構(gòu)被看作是有效的途徑之一。互補(bǔ)型憶阻器與傳統(tǒng)憶阻器相比，通常采用兩個(gè)雙極性憶阻器背靠背串聯(lián)成一個(gè)存儲(chǔ)單元，因此其基本構(gòu)成是一個(gè)五層的結(jié)構(gòu)。在外加電壓激勵(lì)下，互補(bǔ)型憶阻器可以在高低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)變獲得四個(gè)狀態(tài)。在初始態(tài)時(shí)，因?yàn)榻M成兩個(gè)雙極性的電阻都處于高阻態(tài)，整個(gè)器件必然處于高阻態(tài)。當(dāng)施加一個(gè)合適的外加電壓，使得其中一個(gè)雙極性憶阻器轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)另一個(gè)處于高阻態(tài)，特別的，當(dāng)互補(bǔ)型憶阻器上面一個(gè)雙極性憶阻器呈低阻，而下面的雙極性憶阻器呈高阻時(shí)定義為“1”態(tài)，反之則定義為“0”態(tài)。當(dāng)施加合適的激勵(lì)電壓使得兩個(gè)雙極性憶阻器都呈現(xiàn)低阻時(shí)，定義為“ON”態(tài)。由于器件的“1”和“0”態(tài)都呈現(xiàn)高阻態(tài)，所以在十字交叉陣列中可以抑制讀取過程中的串?dāng)_電流。

此外，由于互補(bǔ)憶阻器沒有附加其他的整流器件，因此其在理論上仍然可以達(dá)到最小單元面積，保持高密度存儲(chǔ)。雖然互補(bǔ)型憶阻器有這樣的優(yōu)點(diǎn)，但是還存在著一些問題，比如互補(bǔ)憶阻器的操作電流過大，因此會(huì)產(chǎn)生很大的功耗，此外，互補(bǔ)憶阻器的高低阻和操作電壓(Set和Reset電壓)一致性比較差。這是因?yàn)閱蝹€(gè)憶阻器本身的一致性就比較差，串聯(lián)后放大了這種缺陷。因此，如何提高互補(bǔ)型憶阻器的性能具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于二維電子氣的互補(bǔ)型憶阻器及其制備方法，其利用異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生的二維電子氣作為電極，將部分異質(zhì)結(jié)作為阻變開關(guān)層，使得導(dǎo)電絲生長具有導(dǎo)向性，最終能提高互補(bǔ)型憶阻器的性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于二維電子氣的互補(bǔ)型憶阻器，利用半導(dǎo)體突變異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生的二維電子氣作為上、下電極，異質(zhì)結(jié)的一部分作為阻變開關(guān)層。

進(jìn)一步的，其為五層對稱通孔結(jié)構(gòu)，分別為第一層、第二層、隔離層、第三層和第四層，其中，第一層和第二層相互貼合形成第一突變異質(zhì)結(jié)界面，第一層和第二層相互貼合形成的突變異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生的二維電子氣作為下電極，隔離層用于隔離上、下電極，第三層和第四層相互貼合形成的第二突變異質(zhì)結(jié)界面產(chǎn)生的二維電子氣作為上電極，隔離層設(shè)置有通孔，通孔內(nèi)設(shè)置有中間電極。

進(jìn)一步的，上、下電極關(guān)于隔離層對稱，且第一層和第四層的材料相同、厚度相同，第二層和第三層的材料相同、厚度相同。

進(jìn)一步的，半導(dǎo)體突變異質(zhì)結(jié)為氧化物異質(zhì)結(jié)。

進(jìn)一步的，氧化物異質(zhì)結(jié)中第一層選用的材料和第二層選用的材料均可從以下材料中進(jìn)行選取：二元氧化物、三元氧化物、二元氧化物或三元氧化物對應(yīng)的摻雜氧化物，且第一層材料和第二層材料滿足形成突變異質(zhì)結(jié)的條件。