[發明專利]一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器

有效

• 申請號: 202110305417.9
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113206191B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 黃安平;張靜靜;高勤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;C23C14/08;C23C14/35;C25D11/02
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，整體結構由下至上依次包括底電極層、多孔緩沖層、氧化物層、頂電極層；其特征在于：所述底電極層為P型(100)高摻硅，電阻率0.0015Ω*m；所述多孔緩沖層為羽毛狀多孔Si/SiO_x，羽片之間呈現規則的緊密插層排列，作為氧化物層的金屬離子輸運通道并為金屬離子提供穩定的存儲位點；所述氧化物層作為阻變功能層，在最初狀態下氧化物層為絕緣體，當施加電壓時，氧化物層中的金屬離子從氧化物層中脫出，所述的金屬離子為Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺，使氧化物層由絕緣體變成半導體或導體，離子遷移并穩定的存儲在多孔緩沖層內，實現器件從高阻態向低阻態的轉變；當施加反向電壓時，金屬離子從多孔緩沖層中脫出，回嵌到氧化物層中，完成器件從低阻態向高阻態的轉變；所述頂電極層為惰性金屬Pt，厚度80～100nm；

所述Si/SiO_x制備過程如下：以體積濃度為10％的HF溶液作為電解液，P型(100)高摻硅作為陽極，Pt片作為陰極，設置電化學工作站為恒電流模式，根據電化學陽極氧化發生的條件限制，設置電流密度范圍為：0.01mA/cm²～0.1mA/cm²，進行電化學陽極氧化；將注射泵調為抽取模式，根據設備的限制及所用電解液體積，設置抽取流速范圍為：0.1ml/min～0.5ml/min，將注射泵的注射器吸管固定在電解槽中，電化學陽極氧化時間按照抽取進程為主，直至硅片完全脫離電解液界面。

2.根據權利要求1所述的一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，其特征在于：電壓范圍為2V-10V。

3.根據權利要求1所述的一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，其特征在于：氧化物為鈷酸鎂MgCo₂O₄、鈷酸鋰LiCoO₂、鈷酸納NaCoO₂或鈷酸鉀KCoO₂中的一種。

4.根據權利要求1所述的一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，其特征在于：對電化學陽極氧化結合提拉法的產物采用掃描電子顯微鏡SEM進行微結構形貌表征。

5.根據權利要求1所述的一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，其特征在于：所述多孔緩沖層的單片羽毛寬30-100nm，長100-300nm。

6.根據權利要求1所述的一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，其特征在于：所述氧化物層采用磁控濺射系統進行沉積鍍膜；所述頂電極層采用磁控濺射系統進行沉積鍍膜。

7.根據權利要求1所述的一種基于羽毛狀多孔氧化物憶阻器，其特征在于：進行憶阻行為的測試是基于Keithley吉時利4200半導體參數分析儀，測試流程如下：將底電極接地，對頂電極施加正向電壓，在正向電壓下，所述氧化物層中的金屬離子沿著電場遷移至羽毛狀多孔緩沖層中，并穩定存儲，實現器件從高阻態向低阻態的轉變；將底電極接地，對頂電極施加負向電壓，在負向電壓下，嵌入多孔緩沖層中的金屬離子實現脫嵌，并沿著電場向頂電極方向遷移，回嵌入氧化物層中，完成器件從低阻態相高阻態的轉變；對器件進行正向與負向的循環測試：將底電極接地，對頂電極施加循環的正向電壓；將底電極接地，對頂電極施加循環的負向電壓。