[發明專利]一種基于非晶碳的低電流熱穩定互補型憶阻器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210823850.6
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115207214A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 趙曉寧;田巧玲;王中強;徐海陽;劉益春
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 王海波

本發明公開了一種基于非晶碳的低電流熱穩定互補型憶阻器及其制備方法，屬于微電子材料器件領域，其結構由下至上依次包括基片、底電極層、含有限活性金屬非晶碳層、有限活性金屬、純非晶碳介質層、頂電極層；所述含有限活性金屬非晶碳層提供有限數量的活性金屬，通過電化學氧化還原反應，活性金屬的耗盡可以在單個器件中產生互補電阻開關行為并且具有高溫穩定性。除此之外，通過限制含有限活性金屬非晶碳層中活性金屬的摻雜濃度，可獲得低開啟電流，有利于降低器件運行電流和高溫下穩定工作，有利于解決高密度集成陣列的串擾電流問題，利于商業化推廣實用。

技術領域

本發明屬于微電子材料器件領域，涉及一種基于非晶碳的低電流熱穩定互補型憶阻器及其制備方法。

背景技術

當今社會已經步入大數據信息時代,,隨時都有海量信息需要處理，對信息存儲器件的性能提出了更高要求。目前流行的Flash型存儲器由于摩爾定律發展規律的制約,隨著器件尺寸進一步縮小,會造成器件漏電流的持續增大,很大程度上降低了信息儲存的可靠性。為了滿足未來高密度數據儲存的需要,幾種新型非易失性存儲器被提出,包括鐵電存儲器、磁存儲器、相變存儲器、阻變存儲器等。其中，阻變存儲器具有結構簡單、功耗低、集成密度高等優點,被認為是下一代最具有應用前景的非易失性存儲器。

針對高密度集成和進一步的多用途應用，阻變存儲器可以在由一組平行的底電極和垂直的頂電極組成的無源交叉陣列中制造，中間為介質層。在每個交叉點，通過尋址特定的器件，二進制信息可以存儲為高阻態(即“0”)或低阻態(即“1”)，對于高密度存儲器集成非常有吸引力，因為器件尺寸可以減少到4F²(F是最小特征尺寸)。但是，實現高密度集成的憶阻交叉陣列的關鍵阻礙之一是串擾電流問題。具體來說，當被編程/讀取的器件處于高阻態，而周圍的器件處于低阻態時，這個器件的狀態可能會被誤讀，從而降低了陣列的可靠性。

為了解決這一問題，傳統互補型憶阻器通過將兩個高電阻狀態編碼為邏輯狀態0和1，提供了一種不集成任何外部組件的有效途徑。然而，基于非晶碳的傳統互補型憶阻器是將兩個雙極非晶碳阻變存儲器背靠背組合在一起，缺少單個基于非晶碳的互補型憶阻器。同時，具有低電流和熱穩定性的互補型憶阻器將是低功耗存儲和苛刻電子設備的理想選擇。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種基于非晶碳的低電流熱穩定互補型憶阻器及其制備方法，來解決無源交叉阻變存儲器陣列中存在的串擾電流問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于非晶碳的低電流熱穩定互補型憶阻器，所述的低電流熱穩定互補型憶阻器由下至上依次包括底電極層、含有限活性金屬非晶碳層L1、純非晶碳介質層L2、頂電極層；所述有限活性金屬非晶碳層L1中活性金屬包括銅或銀，活性金屬含量的原子比為0.1％-2.5％。

所述的含有限活性金屬非晶碳層的厚度為10-30納米，其中的活性金屬為銅Cu或銀Ag，活性金屬含量(原子比)為0.1％-2.5％。

所述的底電極層和頂電極層的厚度均為20-30納米，均采用惰性金屬，具體為鉑Pt、金Au、鎢W中的一種。

所述的純非晶碳介質層5的厚度為20-50納米。

上述基于非晶碳的低電流熱穩定互補型憶阻器的制備方法，步驟如下：

步驟一：采用熱蒸鍍或磁控濺射方法制備底電極層2；

步驟二：采用磁控濺射或原子層沉積脈沖激光沉積方法生成含有限活性金屬非晶碳層3；

步驟三：熱退火含有限活性金屬非晶碳層3，在高溫惰性氛圍下退火處理，退火氛圍為純氬氣或者純氮氣的一種，退火溫度為200-300℃，退火時長為3-10分鐘；

步驟四：采用磁控濺射或原子層沉積脈沖激光沉積生成純非晶碳介質層5；

步驟五：采用熱蒸鍍或磁控濺射方法制備頂電極層6。