本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)。

背景技術(shù)：

微波開(kāi)關(guān)在雷達(dá)，通訊和電子對(duì)抗系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。在如今電子戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)代，通常要求在更寬的帶寬和更高的頻率下進(jìn)行電子的干擾和反干擾。為了實(shí)現(xiàn)通信信道切換，信號(hào)收發(fā)的轉(zhuǎn)換和高速雷達(dá)多波束的掃描，開(kāi)關(guān)速度要求越來(lái)越快，同時(shí)對(duì)于日漸繁雜的電磁環(huán)境，開(kāi)關(guān)的功率容量要求也越來(lái)越大，信號(hào)才能免受敵方噪聲干擾，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)更遠(yuǎn)目標(biāo)的跟蹤探測(cè)。例如對(duì)于一個(gè)多頻段的通信終端，要求濾波器同時(shí)具有高的選擇性，窄的帶寬，低的插入損耗和寬的諧調(diào)能力是很難實(shí)現(xiàn)的，在這種情況下，只有利用微波開(kāi)關(guān)將整個(gè)頻域分成若干個(gè)小的頻段再通過(guò)濾波器進(jìn)行選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。如今最常用的微波開(kāi)關(guān)為pin二極管開(kāi)關(guān)，但是這種開(kāi)關(guān)在射頻電路中會(huì)存在寄生參數(shù)，且封裝復(fù)雜。相比較而言，相變材料微波開(kāi)關(guān)在應(yīng)用中不需要能量來(lái)維持開(kāi)態(tài)和關(guān)態(tài)，從而減少了功率的消耗，同時(shí)相變開(kāi)關(guān)易與cmos和mems技術(shù)集成，并具備更低的柵電壓，而且相變開(kāi)關(guān)具有高關(guān)/開(kāi)比、速度快、尺寸小、低寄生電容、低功耗等優(yōu)良特性，擁有成為新一代高速可重構(gòu)射頻模塊的巨大潛力。但是基于相變材料微波開(kāi)關(guān)仍存在循環(huán)效果差，使用壽命短等缺點(diǎn)，主要原因是相變材料的在相變前后的性能不夠穩(wěn)定所致。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種具有更大變阻范圍和更長(zhǎng)使用壽命的變阻裝置，以及制備方法。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，變阻裝置，包括襯底、底電極、電絕緣層、gete薄膜層和頂電極，其特征在于，在gete薄膜層和頂電極之間，設(shè)置有石墨烯薄膜層。

所述石墨烯薄膜層的厚度為6～12nm。

本發(fā)明提供的變阻裝置的制備方法包括下述步驟：

1)選用(100)si/sio2基片，清洗，吹干；

2)用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在基片上沉積一層nicr作為附著層，并沉積au薄膜作為底電極；用pecvd沉積一層sio2作為電絕緣層和熱絕緣，用正膠光刻出底電極與gete薄膜的接觸孔；

3)在光刻好的sio2層上涂一層光刻膠，對(duì)其進(jìn)行一次曝光和泛曝光后顯影出與接觸孔相同的圖形，用射頻磁控濺射濺射gete薄膜，在丙酮中剝離出gete薄膜圖形；

4)在剝離完好的圖形上涂一層光刻膠，對(duì)其進(jìn)行一次曝光和泛曝光后顯影出與接觸孔相同的圖形，最后沉積一層石墨烯薄膜，在丙酮中剝離出圖形；

5)電子束蒸發(fā)au薄膜作為上電極。

所述步驟2)中，nicr厚度為50nm～70nm，au薄膜厚度為300nm～400nm，sio2厚度為600nm～700nm。

本發(fā)明的變阻裝置的阻值變化范圍更大，倍數(shù)可達(dá)10⁵，使用壽命更長(zhǎng)。本發(fā)明優(yōu)化了gete薄膜的相變性能。本發(fā)明應(yīng)用于微波開(kāi)關(guān)中，增加了開(kāi)關(guān)的循環(huán)次數(shù)，使開(kāi)關(guān)使用壽命更長(zhǎng)，同時(shí)穩(wěn)定了開(kāi)關(guān)隔離度，使其微波性能更加穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1為對(duì)比技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為對(duì)比技術(shù)的脈沖測(cè)試結(jié)果曲線圖。

圖4為本發(fā)明的脈沖測(cè)試結(jié)果曲線圖。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1基片，2附著層，3底電極，4電絕緣層，5gete，6上電極，7石墨烯。

具體實(shí)施方式

使用直流電壓脈沖觸發(fā)薄膜相變，當(dāng)施加一個(gè)窄而高的直流電壓脈沖時(shí)，相變層局部溫度上升，超過(guò)gete薄膜的熔點(diǎn)溫度(約720℃)，然后脈沖突然結(jié)束，局部的熔融點(diǎn)以很快的速度驟冷，使局部非晶化，材料表現(xiàn)為高阻特性；當(dāng)施加一個(gè)寬而矮的直流電壓脈沖時(shí)，相變層局部溫度上升到gete薄膜的結(jié)晶溫度點(diǎn)(約190℃)但低于熔點(diǎn)溫度，使非晶區(qū)晶化，材料表現(xiàn)為低阻特性。脈沖的電壓幅度和寬度是由相變材料本身，介質(zhì)，器件結(jié)構(gòu)等決定的。使用射頻磁控濺射法沉積的gete薄膜為非晶態(tài)，電阻高達(dá)10mω,使用脈沖使其結(jié)晶后電阻低達(dá)5ω左右，但再施加脈沖使其非晶時(shí)，電阻只能達(dá)到幾mω，如此反復(fù)下去，非晶態(tài)電阻會(huì)逐漸降低，為了保持開(kāi)關(guān)的開(kāi)/關(guān)態(tài)電阻比保持在5個(gè)數(shù)量級(jí)，使非晶態(tài)阻值保持在兆歐級(jí)，本發(fā)明在薄膜與電極之間沉積一層薄的石墨烯薄膜，來(lái)加快gete薄膜從晶態(tài)到非晶態(tài)的散熱速率，使薄膜更大程度的非晶化，同時(shí)幾乎不影響薄膜的晶化速度。

對(duì)比技術(shù)：在(100)si/sio2襯底上，制備一層nicr/au薄膜作為底電極，用pecvd沉積一層sio2作為電絕緣層，然后濺射一層500nm的gete薄膜，最后蒸發(fā)nicr/au薄膜作為上電極，結(jié)構(gòu)如圖1。用數(shù)字源表測(cè)試上下電極之間薄膜的電阻為mω級(jí),用脈沖發(fā)生器在上下電極之間施加5v，980ns的直流電壓脈沖后，器件電阻變?yōu)榈妥钁B(tài)，然后施加8v，20ns的直流電壓脈沖，電阻變?yōu)楦咦钁B(tài)，如此循環(huán)測(cè)試下去。

本發(fā)明實(shí)施例：在(100)si/sio2襯底上，制備一層nicr/au薄膜作為底電極，然后用pecvd沉積一層sio2作為電絕緣層，然后濺射一層500nm的gete薄膜，然后鍍一層石墨烯薄膜(6nm～12nm)，最后制備au薄膜，測(cè)試上下電極之間薄膜的電阻,在上下電極之間施加直流電壓脈沖，測(cè)試器件電阻如此循環(huán)測(cè)試。

對(duì)比技術(shù)：

1、選用(100)si/sio2基片，首先用h2so4：h2o2＝3:1的溶液清洗基片，然后依次用丙酮和酒精水浴加熱處理，最后用去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈伞?/p>

2、用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在250℃的環(huán)境下沉積一層60nm的nicr作為附著層，在300℃下沉積300nm左右的au薄膜作為底電極。

3、用pecvd沉積一層700nm的sio2作為電絕緣層和熱絕緣，用正膠光刻出200umx200um的底電極與gete薄膜的接觸孔。

4、在光刻好的sio2層上涂一層az5214光刻膠，對(duì)其進(jìn)行一次曝光和泛曝光后顯影出與接觸孔相同的圖形，用射頻磁控濺射濺射500nm的gete薄膜，在丙酮中剝離出gete薄膜圖形。

5、最后蒸發(fā)300umx30um的au薄膜作為上電極，器件結(jié)構(gòu)如圖。

用數(shù)字源表測(cè)試上下電極之間薄膜的電阻為1mω左右,在上下電極之間施加5v，980ns的直流電壓脈沖后，器件電阻變?yōu)?.7ω，然后施加8.6v，20ns的直流電壓脈沖，電阻變?yōu)?.7mω，如此循環(huán)下去測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

實(shí)施例：

1、選用(100)si/sio2基片，首先用h2so4：h2o2＝3:1的溶液清洗基片，然后依次用丙酮和酒精水浴加熱處理，最后用去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈伞?/p>

2、用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在250℃的環(huán)境下沉積一層60nm的nicr作為附著層，在300℃下沉積300nm左右的au薄膜作為底電極。

用pecvd沉積一層700nm的sio2作為電絕緣層和熱絕緣，用正膠光刻出200um×200um的底電極與gete薄膜的接觸孔。

3、在光刻好的sio2層上涂一層az5214光刻膠，對(duì)其進(jìn)行一次曝光和泛曝光后顯影出與接觸孔相同的圖形，用射頻磁控濺射濺射500nm的gete薄膜，在丙酮中剝離出gete薄膜圖形。

4、在剝離完好的圖形上涂一層az5214光刻膠，對(duì)其進(jìn)行一次曝光和泛曝光后顯影出與接觸孔相同的圖形，最后沉積一層10nm的石墨烯薄膜，在丙酮中剝離出圖形。

5、最后電子束蒸發(fā)300um×300um的au薄膜作為上電極，器件結(jié)構(gòu)如圖。用數(shù)字源表測(cè)試上下電極之間薄膜的電阻為1.2mω,在上下電極之間施加5v，980ns的直流電壓脈沖后，器件電阻變?yōu)?.7ω，然后施加10v，22ns的直流電壓脈沖，電阻變?yōu)?00kω左右，如此循環(huán)下去測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

本發(fā)明加入石墨烯薄膜使器件更好的從晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)，當(dāng)加入高幅度的直流脈沖時(shí)，薄膜快速升溫，晶粒作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并且熱量急速散失，晶粒保持無(wú)定形狀態(tài)。最終表現(xiàn)出與沉積態(tài)相當(dāng)?shù)姆蔷B(tài)阻值。