[发明专利]一种可擦写可读出的薄膜型电阻开关器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件和功能薄膜技术领域，具体涉及一种可擦写、可读出的薄膜型电阻开关器件及其制作方法。

技术背景

具有电阻开关特性的电双稳器件由于具有二种不同电阻值的稳定状态，可以作为开关和存储器件来使用，这方面具有广阔的市场前景，已引起学术界和产业界的高度重视。在本领域中，开发出高性能的材料以及简单可行的工艺技术已成为研发人员努力的方向。

硫氰是一种典型的拟卤素，为黄色液体，分子式为：(SCN)₂。如果以乙醚或者二氯甲烷做溶剂，硫氰溶液在0℃以下可以稳定存在。在研究过程中，我们发现硫氰非常容易在铜膜表面吸附成膜，在室温干燥条件下则自发固化成聚合物薄膜。经过细致的探索研究，我们发现这种固化薄膜不仅有很高的稳定性，而且可以作为电子器件的功能介质层来使用。

为此，本发明提出基于硫氰固化薄膜的可擦写、可读出的薄膜型电阻开关器件。我们还发展出一种极端简单的制作方法，这种简单工艺对于实际应用非常有利。此外，由于底电极采用铜，因此可以和微电子技术中的铜互连兼容。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可擦写、可读出的薄膜型电阻开关器件及其制作方法。

本发明提出的可擦写、可读出的薄膜型电阻开关器件，采用夹层结构，如图1所示。器件的结构依次为：金属底电极(M₁)、功能介质层、金属顶电极(M₂)，即金属-功能介质层-金属(M₁-Functional layer-M₂)结构。其中，二端的金属层(M₁和M₂)作为电极。该器件可通过正向和反向的电压脉冲激发来实现信号的写入和擦除，用小电压脉冲信号读出。

本发明还提出可擦写、可读出的薄膜型电阻开关器件的具体结构：底电极采用铜膜(Cu)，厚度为150nm-300nm；顶电极采用铝膜(Al)，厚度为80nm-150nm；中间的功能介质层为聚硫氰薄膜，功能介质层聚硫氰(polythiocyanogen)薄膜由硫氰膜自然固化形成。即本发明器件为Cu-polythiocyanogen-Al结构。

本发明还提出可擦写、可读出的薄膜型电阻开关器件的制备方法：其中的底电极(Cu)和顶电极(Al)采用真空热蒸发方法成膜；中间的功能介质层采用铜底电极在硫氰溶液中吸附硫氰成膜，然后经过溶剂清洗，再让吸附膜自然固化形成聚硫氰功能介质层。

本发明提出在制备聚硫氰功能介质层前，需预先配制硫氰溶液，具体如下：在0℃以下(0℃--10℃)，将化学合成获得的硫氰液体溶于乙醚或者二氯甲烷中，配成溶液保存备用；在使用前，用乙醚或者乙醇将该溶液稀释至浓度为10^-1～10^-5M，温度维持在0℃以下。

本发明提出薄膜型电阻开关器件的制作步骤如下：在平整的绝缘基板上蒸镀一层较厚的铜膜作为底电极(厚度150～300纳米)；然后在0℃以下将底电极浸入到经过稀释的硫氰溶液中(硫氰溶液浓度为10^-1～10^-5M)，浸泡3分钟～10小时(溶液浓度大，浸泡时间短；溶液稀，需要相对较长的浸泡时间)，取出铜底电极，用大量溶剂洗涤，自然凉干或者用电吹风吹干，在洁净的大气环境中放置2～10小时；在底电极上形成聚硫氰薄膜；然后在聚硫氰薄膜上蒸镀铝层作为顶电极(厚度80～150纳米)。每个器件的大小可以根据具体的掩膜来确定。铜底电极和铝顶电极的交叉重叠部分为一个面积为0.2-0.3mm²薄膜器件的尺寸。

本发明的电阻开关嚣基本结构与通常的一致，即底电极为横向条状，均匀排列，顶电极为纵向条状，均匀排列，底电极与顶电极的纵横交叉点组成一个开关器件，面积为0.2-0.3平方毫米(mm²)。所有的底电极和顶电极交叉点组成一个开关器件阵列。