一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體存儲器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]阻變存儲器(RRAM)通常由簡單三明治結(jié)構(gòu)(電極/存儲介質(zhì)/電極)構(gòu)成，通過施加電信號，改變存儲材料的電阻狀態(tài)，從而實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的存儲功能。在相同體積中，保存更多數(shù)據(jù)是存儲產(chǎn)業(yè)不斷追求的目標，也是其始終存在的根源?？s小存儲器的物理尺寸，以便獲得高存儲密度是提高存儲量的可行手段之一。這將使得在同一空間中存儲單元的數(shù)量急劇提高，從而導(dǎo)致單位體積中的焦耳熱驟增。在三維集成的發(fā)展趨勢中，這一效應(yīng)將會更加顯著，極不利于存儲性能的穩(wěn)定。因此，控制并降低工作電流，以便降低焦耳熱(或功耗)是提高阻變器件的存儲密度必然遇到的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器及其制備方法，通過厚度優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)選，實現(xiàn)了阻變存儲器工作電流和功耗的大大降低。
[0004]本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn):一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器，其特征在于:包括一襯底；一第一端電極，設(shè)置于所述襯底上，并與所述襯底形成良好電接觸；一雙層阻變介質(zhì)，設(shè)置于所述第一端電極的左側(cè)或上方；一第二端電極，若所述雙層阻變介質(zhì)設(shè)置于所述第一端電極的左側(cè)，則所述第二端電極設(shè)置于所述雙層阻變介質(zhì)的左側(cè)；若所述雙層阻變介質(zhì)設(shè)置于所述第一端電極的上方，則所述第二端電極設(shè)置于所述雙層阻變介質(zhì)的上方；
其中，所述的雙層阻變介質(zhì)是由第一氧化層與第二氧化層組成的疊層結(jié)構(gòu)；在第一氧化層與第二氧化層的層間，所述第一氧化層的吉布斯自由能低于所述第二氧化層的吉布斯自由能，所述第一氧化層的電子親和勢也低于所述第二氧化層的電子親和勢，所述第二氧化層的厚度< 15 nm且所述第一氧化層的厚度大于所述第二氧化層厚度至少2 nm。
[0005]進一步地，所述襯底為聚合物、金屬、半導(dǎo)體或絕緣體；所述端電極為導(dǎo)電金屬、金屬合金、導(dǎo)電金屬化合物或半導(dǎo)體；所述雙層存儲介質(zhì)為半導(dǎo)體或絕緣體。
[0006]進一步地，所述聚合物包括塑料、橡膠、PET、PEN、PEEK、PC、PES、PAR、PCO、PMMA以及PI ;所述導(dǎo)電金屬包括Ta、Cu、Pt、T1、Au、W、N1、A1以及Ag ;所述金屬合金包括Pt/T1、Ti/Ta, Cu/Ti, Cu/Au, Ti/ff以及Al/Zr ;所述導(dǎo)電金屬化合物包括TiN、Tiff, TaN以及WSi ；所述半導(dǎo)體包括S1、ZrOx、Ge、ZnO、IT0、GZ0、AZ0、Hf0x、Ge0x以及FTO ;所述絕緣體包括MgO、Zr0x、Hf0x、Ge0x以及 S1x。
[0007]本發(fā)明還采用以下方法實現(xiàn):一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
步驟S1:在襯底上通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸發(fā)制作第一端電極；
步驟S2:在所述第一端電極的左側(cè)或上方通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶膠凝膠法或蒸發(fā)法制作第二氧化層，并與所述第一端電極形成良好電接觸；
步驟S3:在所述第二氧化層的左側(cè)或上方通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶膠凝膠法或蒸發(fā)法制作第一氧化層，并與所述第二氧化層形成良好電接觸，從而形成雙存儲介質(zhì)層；
步驟S4:在所述第一氧化層的左側(cè)或上方通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸發(fā)法制作第二端電極，并形成良好電接觸，從而形成具有雙介質(zhì)層的阻變存儲器。
[0008]進一步地，若所述步驟S2中，在所述第一端電極的左側(cè)制作第二氧化層，則所述步驟S3中，在所述第二氧化層的左側(cè)制作第一氧化層；若所述步驟S2中，在所述第一端電極的上方制作第二氧化層，則所述步驟S3中，在所述第二氧化層的上方制作第一氧化層；
進一步地，若所述步驟S3中，在所述第二氧化層的左側(cè)制作第一氧化層，則所述步驟S4中，在所述第一氧化層的左側(cè)制作第二端電極；若所述步驟S3中，在所述第二氧化層的上方制作第一氧化層，則所述步驟S4中，在所述第一氧化層的上方制作第二端電極。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果提供了一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器及其制備方法，在雙介質(zhì)層間引入電子輸運過程中必須克服的能量，從而大大降低了阻變存儲器的工作電流，具有很強的實用性和廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明中阻變存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明中電子在雙介質(zhì)層中輸運的示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明中單介質(zhì)層和雙介質(zhì)層阻變存儲器的電流-電壓特性。
[0013]圖示說明:01_第二端電極，02-第一氧化層，03-第二氧化層，04-第一端電極，05-襯底。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明提供優(yōu)選實施例，只用于本發(fā)明做進一步的說明，不應(yīng)該被認為僅限于在此闡述的實施例，也不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。下述優(yōu)選實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。在圖示中，襯底、第一端電極、阻變存儲介質(zhì)、第二端電極等結(jié)構(gòu)為理想化模型，不應(yīng)該被認為嚴格規(guī)定其參數(shù)、幾何尺寸。在此，參考圖是本發(fā)明理想化實施例的示意圖，本發(fā)明所示的實施例不應(yīng)該被認為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括能夠?qū)崿F(xiàn)相同功能的其他形狀。
[0015]本實施例提供一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器，如圖1所示，包括: 一襯底05 ;
一第一端電極(右電極或下電極)04，設(shè)置于所述襯底05上，并與所述襯底05形成良好電接觸；
一第二氧化層03，設(shè)置于所述第一端電極04的左側(cè)或上方； 一第一氧化層02，若所述第二氧化層03設(shè)置于第一端電極04的左側(cè)，則所述第一氧化層02設(shè)置于所述第二氧化層03的左側(cè)；若所述第二氧化層03設(shè)置于第一端電極04的上方，則所述第一氧化層02設(shè)置于所述第二氧化層03的上方；
一第二端電極01，若所述第一氧化層02設(shè)置于第二氧化層03的左側(cè)，則所述第二端電極01設(shè)置于所述第一氧化層02的左側(cè)；若所述第一氧化層02設(shè)置于第二氧化層03的上方，則所述第二端電極01設(shè)置于所述第一氧化層02的上方；
其中，所述第一氧化層的吉布斯自由能低于所述第二氧化層的吉布斯自由能，所述第一氧化層的電子親和勢也低于所述第二氧化層的電子親和勢，所述第二氧化層的厚度< 15nm且所述第一氧化層的厚度大于所述第二氧化層厚度至少2 nm。
[0016]在本實施例中，所述襯底05為聚合物、金屬、半導(dǎo)體或具有絕緣功能的襯底；所述第一端電極04和第二端電極01的材質(zhì)為導(dǎo)電金屬、金屬合金、導(dǎo)電金屬化合物或半導(dǎo)體；由所述第一氧化層02和第二氧化層03形成的雙層存儲介質(zhì)的材質(zhì)為半導(dǎo)體或絕緣體。
[0017]在本實施例中，所述聚合物包括塑料、橡膠、PET、PEN、PEEK、PC、PES、PAR、PCO、PMMA以及PI ;所述導(dǎo)電金屬包括Ta、Cu、Pt、T1、Au、W、N1、Al以及Ag ;所述金屬合金包括Pt/T1、Ti/Ta, Cu/Ti, Cu/Au, Ti/ff以及Al/Zr ;所述導(dǎo)電金屬化合物包括TiN、Tiff, TaN以及WSi ；所述半導(dǎo)體包括S1、ZrOx、Ge、ZnO、IT0、GZ0、AZ0、Hf0x、Ge0x以及FTO ;所述絕緣體包括MgO、Zr0x、Hf0x、Ge0x以及 S1x。
[0018]在本實施例中，一種基于雙存儲介質(zhì)層的低功耗阻變存儲器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
步驟S1:在襯底上通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸發(fā)制作第一端電極；
步驟S2:在所述第一端電極的左側(cè)或上方通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶膠凝膠法或蒸發(fā)法制作第二氧化層，并與所述第一端電極形成良好電接觸；
步驟S3:在所述第二氧化層的左側(cè)或上方通過磁控濺射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶膠凝