薄膜的阻變存儲器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術領域，具體涉及一種非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在信息時代，對爆炸式增長的信息的海量存儲和快速處理顯得極為重要。隨著微電子芯片集成度和性能遵循摩爾定律快速地提高，基于CMOS工藝的傳統(tǒng)存儲技術逐漸接近其物理極限，處理器和存儲器之間速度差造成的計算機存儲墻問題也變得越來越嚴重，這些都嚴重阻礙著計算機的進一步發(fā)展。阻變存儲器是利用某些薄膜材料在外加電場的作用下表現(xiàn)出的兩個或者兩個以上的不同電阻態(tài)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，是近十多年來受到學術界和工業(yè)界廣泛關注的一種新型非易失性存儲器概念。阻變存儲器具有擦寫速度快、存儲密度高、重復擦寫次數(shù)高、多值存儲和三維存儲潛力等眾多優(yōu)點，具有這些優(yōu)異性能的阻變存儲器是新型非易失存儲技術的有力競爭者，也是緩解甚至解決計算機存儲墻問題的非常有前景的一種技術。
[0003]阻變材料是制備阻變存儲器的基礎，目前所報道的阻變存儲器已涵蓋了多種材料類型，主要包括二元氧化物、固體電解質、單質類材料、氮化物、有機和聚合物材料、鈣鈦礦型氧化物等。其中鈣鈦礦型氧化物LaMn03屬電荷、軌道、晶格、自旋等自由度相互耦合的強關聯(lián)體系，內部存在多種復雜的相互作用，是一類具有獨特物理性質和化學性質的功能材料。目前為研究LaMn03薄膜特性，常采用激光分子束外延法、磁控濺射法制備晶態(tài)LaMnO 3薄膜。這種晶態(tài)LaMn03薄膜的制備溫度都比較高(大于450°C )，有的還需要在高溫氧氣氣氛下退火，這不利于和其它工藝兼容及實際應用。此外，晶態(tài)LaMn03薄膜發(fā)生阻變效應所需操作電壓大、薄膜厚度大，這些難以滿足高密度、高速度、低能耗非易失存儲的要求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器及其制備方法，該非晶態(tài)LaMnOJ^膜制備溫度低、能與其他工藝兼容，基于該非晶態(tài)1^1103薄膜的阻變存儲器操作電壓低、阻變性能好，易于滿足高密度、高速度、低能耗非易失存儲的要求。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為:
一種基于非晶態(tài)LaMn03薄膜的阻變存儲器，為由襯底、底電極、頂電極以及位于底電極和頂電極之間的功能層形成的疊層結構，所述功能層為非晶態(tài)LaMn03薄膜，所述非晶態(tài)LaMn03薄膜的厚度為20 nm?40nm。
[0006]上述的阻變存儲器，優(yōu)選的，所述的非晶態(tài)LaMnOJ^膜采用射頻磁控濺射方法制備的，射頻磁控濺射的濺射溫度為20°C?100°C。
[0007]上述的阻變存儲器，優(yōu)選的，所述底電極為Pt薄膜，所述Pt薄膜的厚度為100nm?300nm ;所述頂電極為Ag薄膜，所述Ag薄膜的厚度為50 nm?200nm。
[0008]作為一個總的發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種上述的阻變存儲器的制備方法，包括以下步驟:
(1)在襯底上制備底電極；
(2)在所述底電極上通過射頻磁控濺射方法制備非晶態(tài)LaMn03薄膜層；
(3)在所述非晶態(tài)LaMn03薄膜層上通過金屬掩模板用直流磁控濺射方法制備頂電極，即得到所述阻變存儲器。
[0009]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，射頻磁控濺射的工藝條件為以LaMn03陶瓷靶為濺射靶材，腔室壓力小于5X10 4Pa (盡可能減少濺射腔室中其他分子對阻變層薄膜制備帶來的干擾)，濺射溫度為20°C?100°C，濺射壓力為0.8Pa?1.5Pa，濺射功率為50W?100W，濺射氣體中氬氣流量為20sccm?40sccm，氧氣體積占濺射氣體的體積分數(shù)為10%?30%。為保證功能層的微觀結構及阻變存儲器的最終性能，本發(fā)明選擇了合適的濺射壓力(0.8Pa?1.5Pa):當濺射壓力低于0.8 Pa時，濺射原子與氬氣的碰撞次數(shù)少，能量較大，所形成的薄膜致密，這樣會導致阻變存儲器操作電壓增加；當濺射壓力高于1.5Pa時，濺射原子的平均自由程急劇減小，入射到基片上原子的動能顯著降低，所形成的薄膜又會變得疏松。本發(fā)明中薄膜功能層厚度為20nm?40nm，厚度薄，再加上疏松結構，很容易導致薄膜擊穿，為保證本發(fā)明中阻變存儲器的性能，經(jīng)過無數(shù)次的研究與驗證，最終濺射壓力選擇了 0.8Pa ?1.5Pa。
[0010]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，直流磁控濺射的工藝條件為以金屬Ag靶為濺射靶材，腔室壓力小于1 X 10 3Pa，濺射溫度為20°C?50°C，濺射壓力為1.0Pa?
2.0Pa，濺射功率為10W?20W，濺射氣體氬氣流量為20sccm?40sccm。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明的基于非晶態(tài)LaMn03薄膜的阻變存儲器，采用非晶態(tài)LaMnO 3薄膜與晶態(tài)薄膜相比，沉積溫度低、成分的選擇范圍寬、不存在晶界、各向同性，非晶態(tài)LaMnOJ^膜的離子電導性比晶態(tài)LaMn03的要高；非晶態(tài)LaMnO 3薄膜屬于離子電導弛豫和結構弛豫分離的解耦系統(tǒng)，可在其中實現(xiàn)單離子傳導，另對阻變層厚度(20nm?40nm)的控制，更加有利于銀導電細絲的形成和斷開。因此，本發(fā)明的基于非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器具有操作電壓低、阻變性能好的優(yōu)點，易于滿足高密度、高速度、低能耗非易失存儲的要求。本發(fā)明提供的一種基于非晶態(tài)LaMn03薄膜的阻變存儲器，其功能層厚度僅為20 nm?40nm，可克服阻變存儲器難以滿足高速度、低能耗非易失存儲的要求。
[0012]本發(fā)明提供的一種基于非晶態(tài)LaMn03薄膜的阻變存儲器，其制備工藝不涉及任何高溫工藝，完全在低溫下就可以實現(xiàn)，降低了能耗，節(jié)省了制備時間，有利于與其他工藝完全兼容及實際應用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明基于非晶態(tài)LaMn03薄膜的阻變存儲器結構示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例1的基于非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器典型的電流-電壓特征曲線。
[0015]圖3為本發(fā)明實施例1中基于非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器連續(xù)30次電阻開關過程的SET電壓和RESET電壓分布圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實施例2的基于非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器典型的電流-電壓特征曲線。
[0017]圖5為本發(fā)明實施例2中基于非晶態(tài)LaMnOJ^膜的阻變存儲器連續(xù)30次電阻開關過程的SET電壓和RESET電壓分布圖。
[0018]圖例說明:1、硅襯底；2、Si02絕緣層；3、Ti粘附層；4、底電極；5、非晶態(tài)LaMnOJ^膜；6、頂電極。
【具體實施方式】
[0019]為了便于理解本發(fā)明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。
[0020]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
[0021]除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場上購買的商品或者可以通過公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0022]實施例1:
一種本發(fā)明的基于非晶態(tài)LaMn03薄膜的阻變存儲器，其結構如圖1所示，為由襯底(襯底由硅襯底l、Si02絕緣層2和Ti粘附層3組成)、底電極4、頂電極6以及位于底電極4和頂電極6之間的功能層形成的疊層結構，功能層為厚度為20 nm的非晶態(tài)LaMn03薄膜5 ;非晶態(tài)LaMn03薄膜5是采用射頻磁控濺射方法制備的；底電極4