[發明專利]一種實現導電細絲通道定型定位的憶阻器

在審

• 申請號: 202110529561.0
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113346015A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 孫華軍;鄒嵐清;王濤;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發明屬于微電子器件技術領域，公開了一種實現導電細絲通道定型定位的憶阻器，器件包括上電極、功能層和下電極，功能層基于同一種金屬氧化物憶阻材料，其中的氧含量呈梯度變化，且沿由下電極指向上電極的方向氧含量呈先增加、再減小的變化趨勢，由于氧空位濃度的最小值出現在功能層的中部，從而能夠使該憶阻器中的導電細絲通道的斷裂位置定位在功能層的中部。本發明通過對憶阻器件功能層的細節結構及組成進行改進，得到的憶阻器可實現對導電細絲通路形貌的定型和導電細絲通路通斷位置的定位，與現有的憶阻結構相比，有利于實現低功耗、高一致性，多阻態的憶阻性能，能夠有效解決現有技術中憶阻器件導電絲的尺寸以及形成位置的隨機性等問題。

技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，更具體地，涉及一種實現導電細絲通道定型定位的憶阻器，通過多層功能層結構的調控，可實現導電細絲通道定型定位。

背景技術

憶阻器由上、下電極和功能層的“三明治”結構組成，介質功能層作為離子傳輸和存儲的介質，功能層的選取不同會引入不同的阻變機制，進而有著不同的應用。通過外部的電壓或電流激勵，引起功能層離子運動和結構變化，進而引起器件阻值發生變化，進一步的通過電阻差異來存儲數據。

憶阻器作為新型非易失存儲器的有利候選者之一，始終還是沒有在實際的產業化發展中得到廣泛的應用，究其根本還是其阻變機制存在的隨機性與差異性。導電絲的形成嚴重受到薄膜本身非均一性的影響，在通常的導電絲型憶阻器的結構中，導電絲的尺寸以及形成位置的隨機性造成了器件性能的隨機性，隨機生成的導電絲同時伴隨氧空位或活性金屬離子的遷移的隨機性與不可控，會造成導電絲的過生長導致器件難以Reset從而失效。因此，對于憶阻器性能的提高本質上需要對導電絲形成的位置、數量、演進等進行控制。

北京科易達知識產權服務有限公司(一種高一致性憶阻器及其制備方法，CN110165050A)公開了一種高一致性憶阻器及其制備方法，它的原理是在電極與阻變材料之間插入了一層活性金屬納米插層，調控金屬導電絲的形成位置從而提高器件性能，但該方法使得這種憶阻器在一致性(高阻波動范圍在10⁵～10⁸之間)，器件循環特性，窗口值方面都存在一些不足。2012年Ryu等人通過在NiO和Pt頂部電極之間插入Ni界面層，控制氧導電細絲通路在界面處斷裂，有效地降低復位電流，但該方法同樣使得器件高低阻值的一致性差(高低阻值在10倍的窗口以內波動)。這些方法且只是縮小導電細絲生成位置的范圍，導電細絲生成位置的隨機性仍然存在。

因此，研究一種既擁有簡單的制備工藝，又可以實現導電細絲通路定型定位的憶阻器制備方法才能提高器件的整體性能。

本發明發明人在前研究得到了《基于金屬氧化物氧濃度梯度的高性能憶阻器件及其制備》(可參見中國專利文獻CN108807668A)，其中公開的一種基于金屬氧化物氧濃度梯度的憶阻器，功能層為金屬氧化物，且沿由下電極指向上電極的方向該功能層中的氧含量呈遞增或遞減變化，雖然能夠形成錐形導電通道，氧含量高的導電通道錐頂具有易通斷的特性，可實現低壓操作下的高速阻變，但由于錐形導電通道的錐形尖端靠近電極界面，若要實現導電通道的斷裂，需要克服電極和功能層之間的勢壘，而且存在一致性差(高阻波動范圍很大)，窗口范圍較小(約100)。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種實現導電細絲通道定型定位的憶阻器，其中通過對憶阻器件功能層的細節結構及組成進行改進，得到的憶阻器可實現對導電細絲通路形貌的定型和導電細絲通路通斷位置的定位，與現有的憶阻結構相比，有利于實現低功耗、高一致性，多阻態的憶阻性能，能夠有效解決現有技術中憶阻器件導電絲的尺寸以及形成位置的隨機性等問題。并且，本發明采用同質金屬氧化物材料進行堆疊形成阻變功能層保證了簡單的制備工藝。