[發明專利]一種鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜憶阻器及其制備方法

在審

• 申請號: 202211359763.6
• 申請日: 2022-11-02
• 公開（公告）號: CN115513370A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 岳建嶺;楊澤歐;胡海龍;黃小忠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 長沙瀚頓知識產權代理事務所(普通合伙) 43223
• 代理人: 吳亮;朱敏

本發明提供一種鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜憶阻器及其制備方法，其制備方法包括如下步驟：以摻鈮鈦酸鍶單晶襯底作為底電極；在摻鈮鈦酸鍶單晶襯底表面交替沉積鈦酸鍶層和另一類氧化物膜層，制備得到鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜作為存儲介質層，其中，另一類氧化物膜層選用摻釔氧化鋯、鈷酸鑭、或鐵酸鉍中的一種；在步驟S2得到的鍍有存儲介質層的基片表面再沉積金屬薄膜作為頂電極，得到含有底電極∥STO基氧化物超晶格薄膜存儲介質層∥頂電極的憶阻器。由該制備方法制備得到的鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜憶阻器可形成單晶或晶體完整性較高的超晶格薄膜，憶阻器具備低的操作電壓和高的組態穩定性。

技術領域

本發明涉及微電子器件技術領域，具體涉及一種鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜憶阻器及其制備方法。

背景技術

憶阻器是一種具有記憶功能的非線性電阻元件，主要是利用某些薄膜材料在電激勵的作用下會出現不同電阻狀態(高、低阻態)的轉變現象來進行數據的存儲，具有非易失記憶特性、高速低功耗、存算一體、易高度集成等諸多優勢，在現代信息存儲、類腦人工智能和可植入生物電子器件等領域具有巨大的應用前景，也是突破傳統馮·諾伊曼計算機架構瓶頸的重要技術路線選擇。

通常，憶阻器的基本單元是由上、下電極和中間具有憶阻功能的阻變層材料構筑的“三明治”結構。其中，對阻變層材料的開發是獲取高性能憶阻器的關鍵之一。目前，能夠實現憶阻器的阻變層材料種類繁多。其中，二元或多元金屬氧化物是制備憶阻器的常用阻變層選擇材料，相比于其它硫化物以及有機物等材料體系，金屬氧化物作為阻變活性層材料應用最早，也相對更為成熟，但如何進一步提升其性能是拓展這類材料應用的關鍵。

選擇兩種活性層材料通過周期性交替沉積，設計制備成納米多層結構或超晶格結構薄膜，調控其中的載流子遷移率，是提升作為憶阻器阻變層材料性能的新型結構設計和性能調控方法。遺憾的是，目前有關超晶格薄膜憶阻器的研究尚沒有相關的報道。基于ZrO₂(8％Y₂O₃，簡稱YSZ)和典型鈣鈦礦型氧化物(如SrTiO₃，LaCoO₃或BiFeO₃等)單獨作為活性層材料在憶阻器中已有成功應用的報道，采用超晶格或納米多層的結構設計有望顯著改善作為載流子的氧離子在其中的遷移速率，從而提高憶阻器活性層材料的電場激勵敏感性和高效性。為此，分別選用STO與YSZ(或LCO，BFO等鈣鈦礦型氧化物)作為組成材料，設計制備成STO基超晶格薄膜作為阻變活性層材料對于新型憶阻器的開發研制具有重要的指導意義。

已發表專利CN 111009609 A也提出了采用兩種氧化物制備成超晶格薄膜作為憶阻器的阻變層，但該專利選擇的是單晶硅作為襯底，然后在其表面通過物理氣相沉積(其中優選為磁控濺射技術)沉積一層20～200nm的氮化物如TiN、TaN或金屬Pt、Au、Pd、Ir中的一種作為底電極，然后在其上交替沉積兩種二元金屬氧化物(Hf、Al、Ti、Ta、Cu、W、Ni、Zn、Zr、Fe、Mn或Nb的二元金屬氧化物)，制備成超晶格薄膜。對于此類超晶格薄膜材料，由于底電極材料與其上所沉積的氧化物薄膜在晶體結構和晶格參數上均差異較大，因此制備的超晶格薄膜多以非晶態形式存在。

本發明的目的在于提供一種具有單晶或晶體完整性較高的超晶格薄膜的憶阻器的制備工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜憶阻器的制備方法，可形成單晶或晶體完整性較高的超晶格薄膜，憶阻器具備低的操作電壓和高的組態穩定性。

為了解決上述問題，本發明的技術方案如下：

一種鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜憶阻器的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1，以摻鈮鈦酸鍶單晶襯底作為底電極；

步驟S2，在摻鈮鈦酸鍶單晶襯底表面交替沉積鈦酸鍶層和另一類氧化物膜層，制備得到鈦酸鍶基氧化物超晶格薄膜作為存儲介質層，其中，另一類氧化物膜層選用摻釔氧化鋯、鈷酸鑭、或鐵酸鉍中的一種；