一種基于界面氧空位實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于肖特基接觸而實(shí)現(xiàn)較優(yōu)存儲(chǔ)性能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的阻變存儲(chǔ)器件的方法。本發(fā)明利用磁控濺射方法在Nb：SrTiO3單晶襯底上濺射金屬金(Au)薄膜，而得到了Au/Nb:SrTiO3/Au平面結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，并得到了穩(wěn)定保持特性的阻變存儲(chǔ)性能。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：通過磁控濺射在單晶Nb：SrTiO3襯底上鍍金電極制備的阻變存儲(chǔ)器件工藝制作過程一步到位，器件制備工序更簡(jiǎn)單，無需其他復(fù)雜的步驟，阻變器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。性能測(cè)試結(jié)果表明，相比前面的發(fā)明，本發(fā)明中的期間具有更好的保持特性，這是決定存儲(chǔ)器性能好壞的關(guān)鍵因素之一。
【專利說明】
一種基于界面氧空位實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于Au/NSTO/Au雙肖特基結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定阻變存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)單元器件的制備方法，具體是指以金屬Au做為電極、以0.7wt%.Nb的單晶SrT13做為阻變層材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定阻變存儲(chǔ)性能上的實(shí)現(xiàn)。
技術(shù)背景
[0002]隨著當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)以及新型便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，人們對(duì)信息存儲(chǔ)器性能的要求越來越高，這迫切地要求存儲(chǔ)器材料和技術(shù)必須要取得更大的進(jìn)展。盡管Flash技術(shù)在市場(chǎng)上獲得了巨大成功，但受到自身存儲(chǔ)機(jī)理的限制，隨著特征尺寸進(jìn)一步縮小，該技術(shù)的發(fā)展面臨著諸多難題。一方面它的編程電壓不能按比例減小；另一方面隨著器件尺寸不斷縮小，隧穿氧化層厚度變得越來越薄，電荷泄漏將越來越嚴(yán)重，這使得器件的電荷保持性能下降。因此Flash存儲(chǔ)技術(shù)無法滿足信息技術(shù)迅速發(fā)展對(duì)超高存儲(chǔ)密度的要求。
[0003]阻變存儲(chǔ)(RRAM)的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作速度快、功耗低、信息保持穩(wěn)定、具有不揮發(fā)性，而且，易于實(shí)現(xiàn)三維立體集成和多值存儲(chǔ)，有利于提高集成密度等多方面的優(yōu)越性能以其在存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)速度上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是頗具潛力的下一代非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。
[0004]在各種具有電致阻變現(xiàn)象的材料中，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Nb = SrT13單晶對(duì)于研究阻變存儲(chǔ)器的阻變機(jī)制有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，單晶具有卓越的化學(xué)穩(wěn)定性；其次，單晶與多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的邊界效應(yīng)引起的復(fù)雜現(xiàn)象，阻止氧化物阻變特性出現(xiàn)多樣化的行為，為分析阻變機(jī)制提供了便利；最后，Nb = SrT13單晶作為典型的簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，其載流子濃度可以直接用摻雜濃度表示，我們可以通過改變摻雜比或者缺陷能方便地控制載流子濃度和電導(dǎo)率的大小。我們經(jīng)過長時(shí)間系統(tǒng)性的研究發(fā)現(xiàn)，基于兩個(gè)異質(zhì)結(jié)的Au/Nb:SrT13Au平面結(jié)構(gòu)的單元存儲(chǔ)器件比一個(gè)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，如Au/Nb:SrTi03/T1、Ag/Nb:SrTi03/Ti (其中Ti與Nb:SrTi03的接觸表現(xiàn)了歐姆特性)，工藝制作過程和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，在存儲(chǔ)窗口值上也有不錯(cuò)的性能，以及在存儲(chǔ)保持時(shí)間上也有比較好的穩(wěn)定特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是制備一種具有良好存儲(chǔ)性能的阻變存儲(chǔ)器件。
[0006]本發(fā)明制備Au/Nb: SrT13Au阻變存儲(chǔ)器件的方法，是采用商用的單晶Nb =SrT13作為襯底，并用射頻磁控濺射的方法在襯底上濺射沉積金屬薄膜。
[0007]一種基于界面肖特基接觸實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件方法，其特征包括如下步驟:
[0008](I)以1mmX 5mmX0.5mm大小的的單晶Nb:SrT13為襯底，并超聲清洗干凈；
[0009](2)制備含有實(shí)驗(yàn)要求圖案的掩膜板，然后將上述清洗干凈的Nb =SrT13襯底用掩膜板遮擋；
[0010](3)然后利用射頻磁控濺射方法在清洗干凈的單晶襯底上濺射金薄膜作為電極，所使用射頻磁控濺射方法時(shí)的真空度為9.7X 10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射功率為60W，革巴基距為5 cm ；
[0011]作為優(yōu)選，上述方法中所述的步驟(I)中所用的Nb =SrT13單晶襯底的晶體取向?yàn)?001)方向，單晶襯底摻Nb的含量為0.7% ;
[0012]作為優(yōu)選，上述方法中所述的步驟(2)中磁控濺射薄膜金電極的直徑為1mm，間距為 0.5mm ；
[0013]作為優(yōu)選，上述方法中所述的步驟(3)中濺射薄膜金電極的時(shí)間為8min，厚度為150nmo
[0014]經(jīng)上述方法所制得的樣品，對(duì)其進(jìn)行二值存儲(chǔ)、保持性能測(cè)試。二值存儲(chǔ)測(cè)試時(shí)寫電壓為+2V，擦電壓為-2V，讀電壓為+0.2V ;保持性能測(cè)試時(shí)，所施加的讀電壓為0.2V，寫、擦電壓分別為+2V和-2V時(shí)測(cè)試的高、低阻態(tài)隨時(shí)間變化關(guān)系。
[0015]有益效果:本發(fā)明制備過程中，所用襯底NSTO為商業(yè)產(chǎn)品，無需繁瑣制備；本發(fā)明在制備過程中，采用磁控濺射法制備金屬金(Au)薄膜，工藝可控性強(qiáng)，易操作，所得薄膜表面致密、厚度穩(wěn)定均一、結(jié)構(gòu)連續(xù)，此外無需其他制作步驟。相比較于本課題組CN102723435A和CN102593354A的發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)越性在于通過磁控濺射在單晶Nb:SrT13襯底上鍍金電極制備的阻變存儲(chǔ)器件工藝制作過程一步到位，無需其他復(fù)雜的步驟，阻變器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且具有良好的保持特性的阻變存儲(chǔ)性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是用本發(fā)明制得的Au/Nb:SrT13Au的阻變存儲(chǔ)器件的測(cè)試結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是用本發(fā)明制得的Au/Nb:SrTi03/Au在OV — +2V — OV — -2V — OV掃描電壓下的半對(duì)數(shù)坐標(biāo)的1-V曲線圖；
[0018]圖3是用本發(fā)明制得的Au/Nb:SrT13Au在常溫下所測(cè)得的二值脈沖電壓圖；
[0019]圖4是用本發(fā)明制得的Au/Nb:SrT13Au在常溫下所測(cè)得的二值脈沖存儲(chǔ)性能圖；
[0020]圖5是用本發(fā)明制得的Au/Nb:SrTi03/Au在長時(shí)間給定讀電壓下的高、低阻態(tài)的保持特性圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]取一片1mmX5mmX0.5mm規(guī)格大小的含Nb的單晶SrT13襯底，其中的單晶SrT13襯底中含有含量為0.7%的Nb,將其分別在去尚子水、丙酮、去尚子水、乙醇、去尚子水中依次超聲清洗5min、15min、5min、15min、5min,自然晾干。將清洗干凈的襯底用掩膜板遮擋，置于磁控濺射儀真空腔內(nèi)，采用射頻磁控濺射的方法在暴露的含Nb單晶SrT13襯底上濺射一層厚度為lOOnm，直徑為Imm的金屬金(Au)薄膜，該器件結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1。所使用的射頻磁控濺射方法時(shí)的真空度為9.7X 10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射時(shí)間為9min，濺射功率為60W，靶基距為5cm。用金屬銅線(Cu)將兩個(gè)金屬金(Au)電極串聯(lián)起來。其中一端金屬金(Au)做為正極，給OV — +2V — OV — -2V — OV的掃描電壓分別測(cè)試它們的1-V特性，如圖2所示為它們的1-V曲線圖和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)的1-V曲線圖，其中1、2、3、4是指Au/Nb:SrTi03/Au在不同電壓極性下的高、低電阻間的電流狀態(tài)；再分別給以一定的讀、寫、擦電壓進(jìn)行兩值存儲(chǔ)性能測(cè)試。兩值存儲(chǔ)測(cè)試時(shí)，讀、寫、擦電壓分別為+0.2V、+2V、-2V，如圖3所示為在此讀、寫、擦的脈沖電壓下，器件的高(HRS)、低(LRS)阻態(tài)周期性的變化；圖4所示則為讀電壓為+0.2V，寫、擦電壓分別為+2V，-2V時(shí)高(HRS)、低(LRS)兩阻態(tài)隨時(shí)間變化的保持特性。從圖4中可以看出，經(jīng)過200s測(cè)試后，高、低阻態(tài)間的存儲(chǔ)窗口具有良好的保持特性。以上的測(cè)試結(jié)果表明，基于Au/Nb:SrT13Au結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的保持穩(wěn)定性能，圖5是用本發(fā)明制得的AU/Nb:SrTi03/AU在長時(shí)間給定讀電壓下的高、低阻態(tài)的保持特性圖，說明對(duì)于信息的存儲(chǔ)是一個(gè)很好的選擇。
[0024]實(shí)施例2
[0025]如實(shí)施例1相同的取一片10mmX5mmX0.5mm規(guī)格大小的含Nb單晶SrT13的襯底，其中的單晶SrT13襯底中含有質(zhì)量含量為0.5%的Nb，將其分別在去離子水、丙酮、去離子水、乙醇、去離子水中依次超聲清洗5min、15min、5min、15min、5min,自然晾干。將清洗干凈的襯底用掩膜板遮擋，置于磁控濺射儀真空腔內(nèi)，采用射頻磁控濺射的方法在暴露的含Nb單晶SrT13的襯底上濺射一層厚度為lOOnm，直徑為Imm的金屬金(Au)薄膜，該器件結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1。所使用的射頻磁控濺射方法時(shí)的真空度為9.7X10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射時(shí)間為9min，濺射功率為60W，靶基距為5cm。用金屬銅線(Cu)將兩個(gè)金屬金(Au)電極串聯(lián)起來。再對(duì)本發(fā)明中產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，得出與實(shí)施例1中相似的效果。
【權(quán)利要求】
1.一種基于界面氧空位實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定存儲(chǔ)的阻變存儲(chǔ)器件方法，其特征包括如下步驟: (1)以1mmX5mmX0.5mm大小的的單晶Nb =SrT13為襯底，并超聲清洗干凈； (2)制備掩膜板，然后將上述清洗干凈的Nb=SrT13襯底用掩膜板遮擋，并露出用于制作電極的位置； (3)然后利用射頻磁控濺射方法在清洗干凈的單晶襯底上濺射金薄膜作為電極，所使用射頻磁控濺射方法時(shí)的真空度為9.7X 10_4pa，濺射氣壓為0.8Pa，濺射功率為60W，靶基距為5cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(I)中所用的Nb=SrT13單晶襯底的晶體取向?yàn)?001)方向，單晶襯底摻Nb的含量為0.7%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(2)中磁控濺射薄膜金電極的直徑為1mm，間距為0.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的步驟(3)中濺射薄膜金電極的時(shí)間為8min,厚度為150nm。
【文檔編號(hào)】H01L45/00GK104393172SQ201410704894
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】李培剛, 汪鵬超, 王順利, 陳瑞品, 朱志艷, 沈靜琴 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)