[發明專利]一種多功能憶阻器及其調控方法

在審

• 申請號: 202111287968.3
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114203900A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 楊蕊;夏劍;繆向水
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;湖北江城實驗室
• 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: 胡秋萍

本發明公開了一種多功能憶阻器及其調控方法，其調控方法包括：在底電極上形成原始薄膜，所述原始薄膜為包括含In和Se的化合物薄膜；通過氧等離子體工藝對所述原始薄膜進行處理，將原始薄膜表層氧化為氧化層，形成阻變層，所述阻變層包括氧化層和剩余的原始薄膜；在所述阻變層上制備頂電極，形成憶阻器；其中，在形成阻變層期間，通過調控氧等離子體工藝的處理參數，調控阻變層內導電細絲的形態，改變憶阻器的易失性或非易失性。本申請可以基于一種材料，通過改變器件制備期間的工藝參數，得到不同性能的憶阻器，基于同一種材料實現憶阻器的多功能調控，有利于簡化大規模集成電路的工藝與結構。

技術領域

本發明屬于半導體領域，更具體地，涉及一種多功能憶阻器及其調控方法。

背景技術

憶阻器，是一種基于“記憶”外加電壓或電流歷史而動態改變其內部電阻狀態的電阻開關。自2008年惠普實驗室首次從實驗上驗證了憶阻器模型的存在后，憶阻器迅速得到了科學界和企業界的關注。憶阻器憑借其簡單的結構、高存儲密度、與CMOS工藝兼容等優點，成為半導體信息領域的研究熱點。

目前報道的阻變式憶阻器依據阻變特性來分類主要有兩類：非易失性和易失性。對于非易失性憶阻器，可用于信息存儲和模擬長時突觸可塑性等。對于易失性憶阻器，可用于模擬神經元的工作過程，短時突觸可塑性，適用于大規模的選擇器陣列。然而，目前制備非易失性憶阻器和易失性憶阻器時，需選擇完全不同的阻變層材料制備，即目前報道的憶阻器多為單一功能器件，多功能的實現需要同其它材料或者器件進行結合，這會導致在大規模集成中面臨著較為復雜的工藝。因此，如何基于同種材料、簡單的結構實現非易失性和易失性的功能仍是目前研究的一個難點。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多功能憶阻器及其調控方法，其目的在于解決憶阻器功能單一且難以調控的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種多功能憶阻器的調控方法，其包括：

在底電極上形成原始薄膜，所述原始薄膜為包括含In和Se的化合物薄膜；

通過氧等離子體工藝對所述原始薄膜進行處理，將原始薄膜表層氧化為氧化層，形成阻變層，所述阻變層包括氧化層和剩余的原始薄膜；

在所述阻變層上制備頂電極，形成憶阻器；

其中，在形成阻變層期間，通過調控氧等離子體工藝的處理參數，調控阻變層內導電細絲的形態，改變憶阻器的易失性或非易失性。

優選地，所述原始薄膜包括InSe、In₂Se₃或其中間過渡態化合物中的至少一種。

優選地，通過調控氧等離子體工藝的處理參數，調控阻變層內導電細絲的形態，改變憶阻器的易失性或非易失性，包括：

當預形成易失性憶阻器時，通過調控氧等離子體工藝的處理參數，形成的氧化層和剩余的原始薄膜的厚度比小于1；

當預形成非易失性憶阻器時，通過調控氧等離子體工藝的處理參數，形成的氧化層和剩余的原始薄膜的厚度比大于1。

優選地，其特征在于，通過調控氧等離子體工藝的處理參數，調控阻變層內導電細絲的形態，包括：

當預形成易失性憶阻器時，縮短工藝時長，減小氧化層的厚度；

當預形成非易失性憶阻器時，加長工藝時長，增加氧化層的厚度。

優選地，

在氧等離子工藝之前，原始薄膜的厚度范圍為6-20nm，在氧等離子工藝期間，設置氧等離子體工藝壓強范圍為10-30Pa，工藝功率范圍為20-60W；

當預形成易失性憶阻器時，控制工藝時長范圍為2-5min；