[发明专利]一种电阻型随机存储器的存储单元及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物与存储器技术领域，尤其涉及一种电阻型随机存储器的存储单元及其制备方法。

背景技术

数字高科技的飞速发展，对现有信息存储产品的性能提出了更高的要求，例如，高速度、高密度、长寿命、低成本和低功耗等，同时也揭示了现有随机存储技术的缺陷。动态存储器和静态存储器的弱点之一是其易失性，即在断电情况下信息丢失，并且易受电磁辐射干扰。闪存则存在读写速度慢、记录密度低等技术障碍。因此，迫切需要在存储材料和技术方面取得突破，开发具有高性能的存储产品，满足数字高科技时代发展的要求。

2000年美国休斯顿大学在金属/钙钛矿锰氧化物PrCaMnO/金属这种三明治结构中发现，在两金属电极间施加电脉冲可以使体系电阻在高低阻值上来回快速切换。随后，人们发现在多种二元过渡族金属氧化物和有机聚合物中也存在类似的电致电阻转变效应。基于该电阻转变效应，人们提出了一种新型非易失性存储器概念-电阻型随机存储器(RRAM)。电阻型随机存储器的存储单元一般包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置的第一电极，第一电极表面设置的具有电阻转变特性材料制成的中间层，以及中间层表面设置的第二电极。和其它存储器相比，电阻型随机存储器具有制备简单、擦写速度快、存储密度高、与半导体工艺兼容性好等主要优势。

目前所报道的大部分材料的阻变性能都或多或少地存在一些缺陷。例如，擦除操作电流普遍大于写入电流，由此导致操作功率较高；在交叉阵列中，需要二极管或者三极管整流以避免窜扰和误读，这样增加了器件结构的复杂型，消耗额外的能量；最大的问题在于现有的材料一致性较差，即每次操作的电压存在一定发散性，从而在脉冲操作时需要很大的电压来保证每次操作成功；而这样的大电压会使存储单元消耗不必要的能量、加速器件老化，从而使之抗疲劳型变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述电阻型随机存储器存储单元的不足，提供一种新型的电阻型随机存储器的存储单元及其制备方法，该存储单元能够实现低功耗、自整流，并且具有较好的一致性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电阻型随机存储器的存储单元，包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置第一电极，第一电极表面设置中间层，中间层的表面设置第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电脉冲时该存储单元具有电阻转变特性，其特征是：该中间层由质子酸掺杂的聚西佛碱形成的薄膜，其中，质子酸是指能够在无机溶剂或者有机溶剂中电离出氢离子的无机酸或者有机酸，质子酸掺杂的聚西佛碱是指质子酸掺杂在聚西佛碱中亚胺双键(C＝N)的氮原子上，形成具有如下结构式的聚西佛碱：

其中，其中，质子与氮原子结合，形成正四价的季铵阳离子，质子酸根以对阴离子形式存在；n为正整数；R₀为氢原子、C1-C20的脂肪或芳香基团；阴离子A为有机或者无机酸根；基本单元X、Y分别为以下结构单元(a)至(m)中的一种或两种以上的组合，

其中，A为硝基、磺酸基、磺酸盐、硝基、卤仿基、季胺基，A的取代位置可以为2，2，2’-或3，3’-；

其中，A为硝基、磺酸基、磺酸盐、硝基、卤仿基、季胺基，A的取代位置可以为2，2，2’-或3，3’-；

其中，W为二价基团，W的取代位置可以位于两个羰基的邻位、间位或者对位；R₁和R₂分别为氢原子、脂肪或芳香基团；

其中，V为二价基团，V的取代位置可以为3，3’-，4，4’-，或者3，4’-；R₃和R₄分别为氢原子、脂肪或芳香基团；

其中，R₅为氢原子、C1-C40的脂肪或芳香基团；

其中，R₆和R₇为氢原子、C1-C40的脂肪或芳香基团；

其中，R₈和R₉为氢原子、C1-C40的脂肪或芳香基团；

其中，R₁₀和R₁₁为氢原子、C1-C40的脂肪或芳香基团；

其中，R₁₂和R₁₃为氢原子、C1-C40的脂肪或芳香基团；

其中，R₁₄为氢原子、C1-C40的脂肪或芳香基团；