[发明专利]阻变氧化物材料Lu2O3薄膜制备方法及其应用

说明书

一、技术领域

本发明涉及微电子材料领域，具体涉及一种阻变氧化物Lu₂O₃薄膜和制备方法及其在制备可快速读写的高密度非易失性阻变存储器件中的应用。

二、背景技术

微电子产业长久以来一直在寻求高密度、高存储速度、低能耗的非易失性数据存储器，即使在没有电源支持的时候仍能够保存原来的数据。阻变存储器兼顾了Flash电子存储器非易失性和动态随机存储器(DRAM)高速度存储的优点而避免了它们自身的缺点，引起了人们的广泛关注。动态随机存储技术普遍应用于当今电脑产业中，但是数据保存必须依靠电源支持，是易失性的。另一方面，Flash存储器是一种非易失性存储器，但其存储数度不够理想，而且写入/擦除次数有限，因此不能应用于须要高速重复性读些的计算机内部存储。当微电子产业发展到2016年22nm工艺后，传统的存储将技术到达尺度极限。其主要原因是传统的存储技术都基于电荷存储，而日趋缩小的器件中难以稳定保持足够的电子。占当今市场小份额的磁存储和铁电存储同样面临器件小型化的挑战。

阻性存储单元结构简单，具有电阻开关(resistive switching)特性的氧化物薄膜材料夹于两电极(例如Pt)之间，这里电阻开关是指材料在电压扫描过程中能够表现出稳定的高、低电阻态。因而可通过外加电压调制存储材料的电阻状态从而实现布尔代数(Boolean algebra)中“1”和“0”码的编制。氧化物阻性存储器被视为可行性高，最具竞争力和应用前景的非易失性存储器件之一。它兼具动态随机存储器快速写入/擦除的能力以及flash存储器非易失性存储的特点，同时具有低工作电压及低能耗，并可实现高存储密度，能够为计算机主存和外存提供新的技术方案。

近半个世纪以来，集成电路的发展基本遵循了G.E.Moore提出的预言：“单个芯片上集成的元件数每十八个月增加一倍”。当硅基CMOS器件的尺寸逐渐缩小到纳米量级，传统器件将走近物理和技术的极限。所以，发展新型的存储技术，设计新型的存储器件，已经成为当前信息技术发展中一个重要的方面。其中，新型存储材料的开发是当前存储技术发展的关键。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种阻变氧化物Lu₂O₃薄膜和制备方法及其在非易失性阻变存储记忆元件中的应用。

本发明技术方案是：一种阻变氧化物Lu₂O₃薄膜，其特征在于该薄膜为非晶态，薄膜的厚度为50±20nm。阻变氧化物Lu₂O₃薄膜的制备步骤如下：

a)Lu₂O₃陶瓷靶材的制备：将购买的氧化镥粉末经研钵研磨后冷压成圆柱形薄片，并在箱式电阻炉中烧结，温度范围为：1400±100℃，得到致密的Lu₂O₃陶瓷靶材；

b)将烧结好的Lu₂O₃靶材4固定在脉冲激光沉积成膜系统(如图1所示)的靶台5上，衬底1固定在衬底台9上，他们都位于脉冲激光沉积成膜系统的生长室6中；

c)依次用机械泵和分子泵将生长室6内真空抽到约8±3×10^-5Pa。激光沉积Lu₂O₃薄膜的厚度至50±20nm；

d)将沉积好的薄膜置于快速热退火炉中，在氩气气氛保护下200℃退火60±30秒。

激光沉积时启动准分子激光器2，使激光束通过聚焦透镜3聚焦在Lu₂O₃靶材4上；

根据该薄膜在能量密度为1.5mJ/cm²、频率为5Hz的生长条件下生长速率为0.5A/S，确定沉积时间，在衬底1上沉积厚度为～50nm厚的Lu₂O₃薄膜；生长薄膜的条件可为室温沉积。

上述制备方法步骤a)中冷压的压力为12Mpa，压成Φ22×4mm圆柱形薄片。

所述衬底为金属薄膜(如Au、Pt、Ti)、SiO₂或Si(111)衬底。

上述制备方法制备的薄膜，经测试薄膜处于非晶态。

上述的阻变氧化物Lu₂O₃薄膜在制备非易失性阻变存储记忆元件中的应用：