[发明专利]一种非挥发性存储元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非挥发性存储元件及其制备方法，具体地说是一种基于MgZnO薄膜电阻开关特性的非挥发性存储元件及其制备方法，属于新型微纳电子功能器件领域。

背景技术

目前，氧化物材料如NiO、TiO₂、Pr_xCa_1-xMnO₃、SrZrO₃等的电阻开关特性，即两个不同电阻态之间的转换特性备受关注，而利用该特性制作的存储器件具有工作电流低、驱动电压小、稳定性高、存储速度快、存储容量大等技术优点，有望成为新一代非挥发性存储器，但是现有氧化物材料如NiO、TiO₂、Pr_xCa_1-xMnO₃、SrZrO₃等的电阻开关特性中，两个不同电阻态之间存在电阻比值不够高的缺点。

ZnO是很重要的一种半导体材料，通过不同含量的Mg掺杂可以实现禁带宽度在3.37～7.8eV之间连续可调，而半导体的光电性能同其禁带宽度密切相关，现有技术中还未见Mg掺杂ZnO体系(Mg_xZn_1-xO)的电阻开关特性有所报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有材料中的电阻开关特性，亦即两个不同电阻态之间电阻比值不够高的缺点，目的在于提供一种基于Mg_xZn_1-xO薄膜电阻开关特性、具有高电阻比值的Mg_xZn_1-xO薄膜存储元件。

本发明的另一目的是提供上述Mg_xZn_1-xO存储元件的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。

一种非挥发性存储元件，是由Mg_xZn_1-xO薄膜及其上下表面的Pt电极构成三明治结构的Mg_xZn_1-xO薄膜非挥发性存储元件，其中x＝0.6或0.8或1。

本发明提供的上述薄膜的制备方法包括以下步骤：

(1)制备Mg_xZn_1-xO前驱液；

(2)在Pt底电极上制备Mg_xZn_1-xO薄膜；

(3)上述Mg_xZn_1-xO薄膜在650℃下退火，然后冷却到室温；

(4)将上述经热处理后的Mg_xZn_1-xO薄膜上表面镀Pt电极，构成三明治结构的Mg_xZn_1-xO存储器件。

上述步骤(1)是将二乙醇胺同溶剂充分混合，加入醋酸锌，待溶解后加入醋酸镁混匀，滴入少量的冰醋酸，室温下搅拌2h后超声处理10min，得到Mg_xZn_1-xO溶液，调节浓度，得到制备薄膜用前驱液；

上述步骤(2)是利用Mg_xZn_1-xO前驱液在Pt/TiO₂/SiO₂/Si衬底上制备薄膜，调整甩膜参数和甩膜时间，甩膜后的湿膜在热板上预处理，经过多次甩膜-预处理-甩膜过程，得到Mg_xZn_1-xO薄膜。

所述Pt/TiO₂/SiO₂/Si衬底，是镀Pt的Si衬底，更具体地说，即在单晶硅片上先热氧化生成一层SiO₂膜，再在其上生长一层TiO₂膜，然后镀一层Pt膜(用作下电极)，即为“镀Pt的Si衬底”。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

(1)上述Mg_0.2Zn_0.8O存储器件，具有稳定且可重复的电阻开关特性，初始化电流小，高阻、低阻两状态之间转换所对应电压值低于1V，能够满足实际应用的要求；

(2)上述Mg_xZn_1-xO存储器件，除具有Mg_0.2Zn_0.8O器件的各种特性外，其高阻、低阻比值更大，达到10⁷至10⁹，有利于提高器件的信噪比，改善器件性能，并简化存储态读出过程。