[發明專利]一種銅摻雜的金屬氧化物雙功能層憶阻器

有效

• 申請號: 202210412902.0
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114512604B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 李玉霞;袁方;張鵬;鄧玥;于相成
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明涉及微電子材料與半導體器件技術領域，具體涉及一種銅摻雜的金屬氧化物雙功能層憶阻器。該憶阻器自下而上依次設置為襯底、底電極、第一功能層、第二功能層和頂電極；所述第一功能層和第二功能層為納米堆疊結構薄膜材料，其中，第一功能層的材料采用HfO_y薄膜，第二功能層的材料采用Cu摻雜的TiO_x薄膜。本發明中第一功能層HfO_y薄膜材料獲取簡單，易于實現，并且具有高開關比，第二功能層TiO_x薄膜中摻入Cu可以加快導電細絲的生成速率，增強導電細絲的穩定性，從而增大憶阻器的開關比，進而實現雙功能層提高憶阻器的穩定性、增大憶阻器的開關比，對新一代存儲器的研究具有重要意義。

技術領域

本發明涉及微電子材料與半導體器件技術領域，具體涉及一種銅摻雜的金屬氧化物雙功能層憶阻器，以及其制備的方法。

背景技術

1971年加州大學伯克利分校的蔡少堂教授首次提出憶阻器的概念，憶阻器作為一種非線性電子元器件，可以表示電流與磁通的關系，與電阻、電容和電感并稱為四種基本電子元器件。2008年惠普公司首次研制出憶阻器實物，激發了各國研究員對憶阻研究的熱情。憶阻器是一種具有記憶功能的無源器件，其阻值會隨著流經它的電流而改變，并且憶阻器會保持斷電前最后時刻的阻值，因此憶阻器具有非易失性存儲功能。這種特性使憶阻器具有較為廣泛的應用前景，例如隨機存儲器的制備、人工神經網絡等。

目前憶阻器的研究主要基于氧化物體系，氧化物憶阻器的工作原理是氧空位在電場作用下的遷移，由于氧空位遷移速度緩慢，頂電極和底電極之間很難形成導電細絲，因此氧化物憶阻器的低阻態較難實現，開關比較小，所需偏置電壓較大，穩定性較差，隨機性過強，這些不利因素很大程度上限制了實物憶阻器的發展。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供了一種銅摻雜的金屬氧化物雙功能層憶阻器，采用的技術方案為：

一種銅摻雜的金屬氧化物雙功能層憶阻器，包括自下而上依次設置為襯底、底電極、第一功能層、第二功能層和頂電極；

所述第一功能層和第二功能層為納米堆疊結構薄膜材料，其中，第一功能層的材料采用HfO_y薄膜，第二功能層的材料采用Cu摻雜的TiO_x薄膜，其中，0x≤2，0y≤2。

優選的，所述頂電極和底電極的材料采用單層金屬電極層、雙層復合電極層中的任意一種，所述襯底采用拋光玻璃、硅晶片和導電玻璃中的任意一種。

優選的，所述單層金屬電極層的材料采用W、Al、Cu、Ag、Pt、Au、Ti、Zr、Ta中的任意一種；所述雙層復合電極層的材料采用Ag/Ti、Au/Ti、Pt/Ti、Ag/Cu、Au/Cu、Pt/Cu中的任意一種。

優選的，所述襯底為拋光玻璃，底電極為Au/Ti復合電極，頂電極為Au電極。

優選的，所述底電極、第一功能層、第二功能層、頂電極采用磁控濺射、電子束蒸發或化學氣相沉積的任一種工藝形成。

優選的，其制備方法包括以下步驟：

(1)清洗襯底：將拋光玻璃使用無水酒精擦拭后烘干備用；

(2)打磨靶材：依次使用粗砂紙和細砂紙打磨Ti靶材、Cu靶材、HfO_y靶材和TiO_x靶材，再用無塵布擦拭其表面；

(3)制備Au薄膜：使用離子鍍膜儀，以Au靶材作為濺射源，調節離子鍍膜儀的電流維持在6.5mA～8.5mA，濺射得到厚度10nm～50nm的Au薄膜；