技術背景

本發(fā)明涉及阻變存儲器領域，具體地說，涉及一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器及其制備方法。

背景技術：

存儲器是電子設備最基本的元器件之一，是現(xiàn)代信息技術的重要組成部分。隨著現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)的處理能力不斷增強，數(shù)據(jù)量急劇增長，因此，人們希望可以獲得性能優(yōu)良、價格低廉的存儲芯片來存儲海量的數(shù)據(jù)。近年來，一類基于器件阻值變化的新型的非易失性存儲器（阻變存儲器），因其擁有器件結構簡單、讀寫速度快、擦寫耐受力高、數(shù)據(jù)保持時間長等優(yōu)勢，在半導體存儲領域快速發(fā)展。

其中，非易失性一次寫入多次讀?。╳orm）存儲器，因其信息存儲狀態(tài)不依賴外界電源供并且具備一寫多讀的數(shù)據(jù)存儲性能，使得它在降低系統(tǒng)能耗以及信息存儲可靠性、安全性以及永久性等方面起了重要作用。而目前的worm阻變存儲器由于制備工藝復雜、制作成本高等缺點，限制了其在工業(yè)化應用的廣泛發(fā)展。

lai、liu等人通過對存儲介質(zhì)材料中的絕緣聚合物進行摻雜金屬或者導電聚合物改性的方法，在實加電壓的過程中，通過改性后的存儲介質(zhì)層能夠?qū)﹄娮拥牟东@和釋放，從而實現(xiàn)阻變存儲性能，但是該方法制備工藝復雜。而中國專利，申請?zhí)枮?01510271467.4，發(fā)明名稱為“低形成電壓的阻變存儲器及其制備方法”，該專利中的存儲器雖然具備低功耗寫入電阻的功能，但是制備工藝復雜，制備成本高。

所以，急需一種制備工藝簡單、成本低的、具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器的制備方法，以攻克現(xiàn)有技術中的技術難題。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器及其制備方法，該存儲器材料易得，成本低廉，制備方法簡單。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器，包括襯底，襯底之上依次為底電極、存儲介質(zhì)層、頂電極，所述的存儲介質(zhì)層是純絕緣性聚合物層。

進一步的技術方案，所述的純絕緣性聚合物層的制備方法是將純絕緣性聚合物溶于溶劑后，旋涂于底電極上，烘干。

進一步的技術方案，所述的純絕緣性聚合物層中的純絕緣性聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚苯乙烯（ps）、聚乙烯吡咯烷酮（pvp）。

進一步的技術方案，所述的存儲介質(zhì)層的厚度為60nm-80nm。

進一步的技術方案，所述的襯底是硅片襯底，所述的頂電極是al電極、ag電極中的一種。

進一步的技術方案，所述的底電極是還原氧化石墨烯電極。

一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器的制備方法，包括以下步驟：

（1）底電極的制備：通過高溫熱還原氧化石墨烯的方法在襯底上制備還原氧化石墨烯膜；

（2）存儲介質(zhì)層的制備：將純絕緣性聚合物溶于溶劑后，旋涂于底電極上，烘干；

（3）頂電極的制備：用熱蒸鍍的方法在存儲介質(zhì)層上形成金屬al電極，即得存儲器。

進一步的技術方案，所述的步驟（1）中襯底在使用前需預處理，具體方法是：將襯底依次采用乙醇、異丙醇、乙醇超聲10-20min，氮氣吹干，用氧氣等離子清洗機在10-50w的功率下處理3-8min。

進一步的技術方案，所述的步驟（1）中高溫熱還原氧化石墨烯的方法是在襯底上旋涂氧化石墨烯溶液，得氧化石墨烯薄膜，然后在氬/氫混合氣氛中在1000-1200℃的高溫下還原0.5-3小時，得還原氧化石墨烯膜。

進一步的技術方案，所述的步驟（2）中旋涂采用旋涂儀，轉(zhuǎn)速為800-1200rpm。

有益效果

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用的原料易得，成本低廉，制備出的存儲器是一次寫入多次讀取存儲器，具有非易失性的存儲特性，存儲器在低功耗下便能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，并且存儲窗口值大、誤讀率低、開關比高、穩(wěn)定性高。

2、本發(fā)明的制備方法簡單，底電極是通過高溫熱還原氧化石墨烯制得，導電性能好；存儲介質(zhì)層的材料為純絕緣性聚合物，通過全濕法旋涂在底電極上制備存儲介質(zhì)層，整個制備步驟簡單。

3、本發(fā)明的存儲介質(zhì)層選用純絕緣性聚合物，本身是無法實現(xiàn)存儲的，但在我們存儲器中通過采用還原氧化石墨烯電極，由于石墨烯電極表面的形貌，石墨烯表面會有褶皺，在施加電壓的過程中，電荷積聚在這些褶皺的地方，到一定階段，就會發(fā)生隧穿，由此實現(xiàn)存儲，實現(xiàn)存儲的過程與現(xiàn)有技術不同，但是制備的存儲器質(zhì)量高，方法簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的存儲器的結構示意圖。

圖2是實施例1中的存儲器易存儲過程的i-v關系曲線。

圖3是實施例2中的存儲器易存儲過程的i-v關系曲線。

圖4是實施例3中的存儲器易存儲過程的i-v關系曲線。

圖中標號：1、襯底，2、底電極，3、存儲介質(zhì)層，4、頂電極。

具體實施方式

下面結合實施案例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

以下所述僅是本發(fā)明的具體實施方式，本領域技術人員可以通過該說明書所闡述的內(nèi)容輕易的了解本發(fā)明的各項細節(jié)與應用，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改善和潤飾，這些改善改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器的制備方法，包括以下步驟：

（1）襯底處理：將硅片襯底分別采用乙醇，異丙醇，乙醇分別超聲10min，氮氣吹干，然后用氧氣等離子清洗機在50w的功率下處理3min。

（2）底電極的制備：先在硅片襯底上旋涂氧化石墨烯溶液，獲得大面積的氧化石墨烯薄膜，然后在氬/氫混合氣氛中在1000℃的高溫下還原2小時，獲得還原氧化石墨烯膜。

（3）存儲介質(zhì)層的制備：將絕緣性聚合物pmma溶于甲苯溶液中，然后旋涂在底電極上，旋涂儀轉(zhuǎn)速為1000rpm，烘干，存儲介質(zhì)層的厚度為70nm；

（4）頂電極的制備；通過熱蒸鍍的方法，在存儲介質(zhì)層上制備金屬al電極，即得存儲器。其結構如圖1所示。

對上述存儲器通過半導體參數(shù)分析儀進行性能測試，可以看出器件為典型的非易失性一次寫入多次讀取存儲器，能在較低的電壓下完成數(shù)據(jù)存儲，并且都具有高開關比，性能優(yōu)異，如圖2所示的存儲器的i-v關系曲線圖，當施加正向電壓在0-2.7v范圍時，器件首先呈現(xiàn)出“高阻態(tài)”。當我們繼續(xù)加大掃描電壓時，電流快速上升，表明器件由“高阻態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤暗妥钁B(tài)”，該過程即存儲器的“寫入”過程。在“寫入”之后，掃描電壓從5v至-5v的過程中，存儲器的電流一直保持在較高水平。該過程即為器件的非易失性存儲過程，此時存儲器中“寫入”的數(shù)據(jù)不能再被修改，表明存儲器在信息安全領域具有潛在應用價值。當掃描電壓從-5v降低至5v時，電流仍然處于較高水平，無法回到“高阻態(tài)”，為典型的非易失性一次寫入多次讀取，在永久信息存儲領域具有潛在應用價值。

實施例2

一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器的制備方法，包括以下步驟：

（1）襯底處理：將硅片襯底分別采用乙醇，異丙醇，乙醇分別超聲15min，氮氣吹干，然后用氧氣等離子清洗機在30w的功率下處理5min。

（2）底電極的制備：先在硅片襯底上旋涂氧化石墨烯溶液，獲得大面積的氧化石墨烯薄膜，然后在氬/氫混合氣氛中在1100℃的高溫下還原1.5小時，獲得還原氧化石墨烯膜。

（3）存儲介質(zhì)層的制備：將絕緣性聚合物ps溶于二氯代苯溶液中，然后旋涂在底電極上，旋涂儀轉(zhuǎn)速為800rpm，烘干，存儲介質(zhì)層的厚度為75nm；

（4）頂電極的制備；通過熱蒸鍍的方法，在存儲介質(zhì)層上制備金屬al電極，即得存儲器。

對上述存儲器通過半導體參數(shù)分析儀進行性能測試，如圖3所示的存儲器的i-v關系曲線，為典型的非易失性一次寫入多次讀取，當施加正向電壓0-2.4v時，器件電流緩慢增加，但是電流較低，器件仍處于“高阻態(tài)”。一旦電壓超過2.4v，電流急速增加，器件由“高阻態(tài)”向“低阻態(tài)”轉(zhuǎn)變。從圖中可以觀察到，一旦器件“寫入”數(shù)據(jù)，器件將不會再次回到初始狀態(tài)，在永久信息存儲領域具有潛在應用價值。

實施例3

一種具有普適性的非易失性一次寫入多次讀取存儲器的制備方法，包括以下步驟：

（1）襯底處理：將硅片襯底分別采用乙醇，異丙醇，乙醇分別超聲20min，氮氣吹干，然后用氧氣等離子清洗機在10w的功率下處理8min。

（2）底電極的制備：先在硅片襯底上旋涂氧化石墨烯溶液，獲得大面積的氧化石墨烯薄膜，然后在氬/氫混合氣氛中在1200℃的高溫下還原1小時，獲得還原氧化石墨烯膜。

（3）存儲介質(zhì)層的制備：將絕緣性聚合物pvp溶于乙醇溶液中，然后旋涂在底電極上，旋涂儀轉(zhuǎn)速為1200rpm，烘干，存儲介質(zhì)層的厚度為65nm；

（4）頂電極的制備；通過熱蒸鍍的方法，在存儲介質(zhì)層上制備金屬al電極，即得存儲器。

對上述存儲器通過半導體參數(shù)分析儀進行性能測試，如圖4所示的存儲器的i-v關系曲線，當施加正向電壓0-3.9v時，器件電流較低，處于“高阻態(tài)”。一旦電壓超過3.9v，電流急速增加，器件由“高阻態(tài)”向“低阻態(tài)”轉(zhuǎn)變。從圖中可以觀察到，一旦器件“寫入”數(shù)據(jù)，不管施加多大的方向電壓，器件將不會再次回到初始狀態(tài)。這說明該器件具有非易失性一次寫入多次讀取的存儲性能，在永久信息存儲領域具有潛在應用價值。