[实用新型]一种双极阻变存储器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种存储技术，特别是一种双极阻变存储器及其制备方法。

背景技术

目前，基于电阻改变的非易失性存储器的研究受到广泛的关注。而这些存储器大多是基于过渡金属氧化物，它们大多是多晶、非晶材料，使得器件的性能变得不稳定而且开关机理更为复杂；器件的组合方式大多采取垂直方向的结构，不利于大规模高密度集成应用；电极的制作与阻变材料的生长不能有机地结合，更加大了器件高密度集成的难度。目前针对阻变存储的机理提出了各种模型，但还不能对所有实验现象作出合理的解析。还有，相对于双极阻变存储的另外一种形式——单极阻变存储，由于其高低电阻的设置电压不稳定，也限制了其进一步的应用。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种结构简单，稳定性好的双极阻变存储器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双极阻变存储器，包括MgO单晶衬底，所述MgO单晶衬底上设有一层TiN薄膜，所述TiN薄膜外延设有一层TiO₂薄膜，所述TiO₂薄膜表面镀有金属电极，金属电极作为器件的上电极，TiN薄膜作为器件的下电极。

进一步作为优选的实施方式，所述MgO单晶衬底为100取向的MgO单晶衬底。

进一步作为优选的实施方式，所述TiN薄膜的厚度为50-100nm。

进一步作为优选的实施方式，所述TiO₂薄膜的厚度为200nm。

进一步作为优选的实施方式，所述金属电极为Ti金属电极。

进一步作为优选的实施方式，所述TiN薄膜上排布有至少1个方形或圆形的TiO₂薄膜和金属电极。

X射线衍射分析证明，上述TiN、TiO₂薄膜均为单晶薄膜。通过分子束外延法在MgO衬底上形成单晶薄膜。

电流-电压曲线测试表明，本实用新型通过在存储器Ti/TiO₂/TiN/MgO上分别用正向电压(+2V)与反向电压(-2V)设置低电阻和高电阻状态，存储器表现出非常明显的双极开关的性质。

本实用新型的有益效果是：本实用新型双极阻变存储器水平方向的结构有利于大规模高密度集成应用；电极制作与阻变材料的生长有机结合使得器件的制备方法简单，同时也降低了其高密度集成的难度；阻变材料为单晶薄膜，这样更有利于去研究Ti/TiO₂/TiN/MgO器件的开关机理。

附图说明

图1是本实用新型的Ti/TiO₂/TiN/MgO双极阻变存储器的结构示意图；

图2是本实用新型Ti/TiO₂/TiN/MgO存储器在外电压作用下电阻开关特性的示意图，电压扫描方向为0V→3V→0V→-3V→0V，如箭头所示；

图3是本实用新型的Ti/TiO₂/TiN/MgO存储器的高密度集成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种结构简单，稳定性好的双极阻变存储器，其包括MgO(100)单晶衬底1、设于MgO单晶衬底1上并作为下电极的TiN薄膜2、设于TiN薄膜2上的TiO₂薄膜3和设于TiO₂薄膜3上的金属电极4。

上面所述的金属电极4为多个独立的点电极，为金属Ti；下电极TiN薄膜2和TiO₂薄膜3均为单晶薄膜，该存储器的结构可表示为：Ti/TiO₂/TiN/MgO。

在开关特性测定过程中，我们设定电流由金属Ti电极4流向下电极TiN薄膜2的方向为正偏压方向，反之则为负偏压方向。如图2所示，当器件上面施加的电压扫描到2V时，器件的电流突然增大，说明器件从起初的高阻态被设置成低阻态；接着电压继续从3V→-3V扫描，在-2V时再一次发生电流突变的现象，器件的电流突然变小，说明器件被重新设置成高阻态。在电压扫描的过程中我们还可以看到，除了电流突变点以外，器件的电流-电压曲线基本上呈线性，说明器件被设置成高低阻态后，其状态都能很好地保持。

此外，分别对TiO₂薄膜上的所有独立电极进行上面的开关性质测试，结果发现每个独立电极测试出来的开关性质基本上一样，因此可以确定它们彼此间是不会相互影响的。