[發(fā)明專利]一種基于鋁摻雜氧化鈮的選通器件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110395190.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN113130744B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬國(guó)坤;桃李;萬(wàn)厚釗;段金霞;饒毅恒;董文靜;劉能帆;陳傲;王浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號(hào): H10N70/20
• 分類號(hào): H10N70/20;H10B63/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 張文俊

本發(fā)明提供了一種基于鋁摻雜氧化鈮的選通器件及其制備方法，該選通器件包括底電極；轉(zhuǎn)變層，位于底電極一側(cè)表面；頂電極，位于轉(zhuǎn)變層遠(yuǎn)離底電極一側(cè)表面；其中，轉(zhuǎn)變層的材料為鋁摻雜氧化鈮薄膜，轉(zhuǎn)變層中鋁摻雜的摩爾百分比為m，0.1％≤m＜1.5％。本發(fā)明的基于鋁摻雜氧化鈮的選通器件，轉(zhuǎn)變層為鋁摻雜氧化鈮薄膜，通過鋁摻雜提升了氧化鈮高阻態(tài)的勢(shì)壘，增加高阻態(tài)電阻，相比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換層為氧化鈮的選通管具有更高的選通比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鋁摻雜氧化鈮的選通器件及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)非易失性存儲(chǔ)器的需要越來越高。在器件尺寸不斷微縮過程中，光刻、刻蝕等工藝逐漸逼近其物理極限，傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)器在操作電壓、可靠性、功耗等方面也面臨著技術(shù)瓶頸。

新型的阻變(RRAM)存儲(chǔ)器作為一種新興的非易失性存儲(chǔ)器件，因其具有擦寫速度快、耐受性好、3D存儲(chǔ)潛力及與CMOS工藝兼容等優(yōu)異特性引起廣泛關(guān)注。為實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度，在RRAM器件陣列集成時(shí)一般采用最小特征面積(4F²)的十字交叉結(jié)構(gòu)，但是陣列中存在嚴(yán)重的串?dāng)_問題，會(huì)產(chǎn)生存儲(chǔ)信息誤讀的現(xiàn)象。除去采用特殊材料或結(jié)構(gòu)制備的自整流RRAM和互補(bǔ)型存儲(chǔ)器，目前能有效解決串?dāng)_問題的方法主要是將RRAM單元集成額外的整流元件(如晶體管、二極管、選通管)。而晶體管集成時(shí)的最小特征面積為8F²，工藝流程復(fù)雜；二極管只適用于單極性RRAM器件；因此一般選用既能滿足最小特征面積，又可以與雙極RRAM器件集成的選通管作為整流元件。

目前已經(jīng)報(bào)道過的選通管有：雙向閾值轉(zhuǎn)換選通管(OTS)(ovonic?thresholdswitch?selector)、混合電子離子傳導(dǎo)選通管(MIEC)(mixed?ionic?electronicconduction?selector)、可編程金屬化選通管(programming?metallization?selector)和絕緣體金屬轉(zhuǎn)換選通管(IMT)(insulator?metal?transition?selector)等。

OTS選通管的機(jī)理解釋主要是熱誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)變、碰撞電離和重組等，其優(yōu)勢(shì)在于導(dǎo)通狀態(tài)下具有較高的開態(tài)電流密度。但是其材料系統(tǒng)十分復(fù)雜，并且其非線性度較低。

MIEC轉(zhuǎn)化一般都是在能同時(shí)傳導(dǎo)電子電荷和離子的材料中發(fā)生的。這種選通管通常都是以銅為基底的，通過銅離子移動(dòng)來形成導(dǎo)電通道，以實(shí)現(xiàn)高的非線性比。MIEC具有非常低的漏電流，但是由于銅離子的不斷累積導(dǎo)致器件逐漸失效，因此耐受性和保持特性受到很大影響。

可編程金屬化選通器件一般采用活性金屬(Ag、Cu)做電極，基本工作原理是：在施加足夠的閾值電壓時(shí)，形成金屬導(dǎo)電細(xì)絲；而在施加偏壓移除后，導(dǎo)電絲斷裂，器件展現(xiàn)出易失的雙向閾值轉(zhuǎn)變特性。但是其耐受性太差，并且其需要低漏電流的RRAM才能集成。

IMT選通管是通過在高阻的絕緣態(tài)和低阻的金屬態(tài)之間轉(zhuǎn)變以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的，通常是在NbO₂和VO₂類金屬氧化物中觀察到的。這種轉(zhuǎn)變過程受電壓或溫度驅(qū)動(dòng)的，因此漏電流較大，但穩(wěn)定性和耐受性較好，但該選通管選通比較低。

鑒于目前的選通管存在的缺陷，提供一種耐受性好、選通比高的選通管成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于鋁摻雜氧化鈮的選通器件及其制備方法，解決或至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷。

第一方面，本發(fā)明提供了一種基于鋁摻雜氧化鈮的選通器件，包括：

底電極；

轉(zhuǎn)變層，位于所述底電極一側(cè)表面；

頂電極，位于所述轉(zhuǎn)變層遠(yuǎn)離所述底電極一側(cè)表面；