[发明专利]一种基于掺杂氧化锌薄膜的电阻式存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非挥发性存储器技术领域，涉及一种基于掺杂氧化锌薄膜的电阻式存储器及其制备方法。

背景技术

存储器是现代信息社会不可或缺的重要电子器件，在电子市场中占有相当大的份额。随着电子信息产业的不断发展，存储器朝着更高密度、更高速度、更低能耗、非挥发性的方向发展。传统的动态存储器和静态存储器读写速度快，但断电后储存的信息迅速丢失，需要不断刷新来维持存储的信息，因此能耗较大。非挥发性存储器具有断电后能够长期保持存储信息的优点，不需要刷新，因而能耗很低，目前已经广泛地应用在手机、数码相机和移动存储等产品上。据统计，全球非挥发性闪存的容量在过去的十年间以每年翻一翻的速度增长,市场规模越来越大。然而与动态存储器和静态存储器等挥发性存储器相比，目前所用非挥发性闪存的器件结构与工作原理决定了其较低的存储速度，因此研究开发新一代既具动态存储器或静态存储器相当的存储速度，又具有非挥发性存储器断电后保持信息特性的新一代存储器具有非常重要的意义。

作为一种新型的非挥发性随机存储器，电阻式存储器具有功耗低、结构简单、存储速度快、可高密度集成等优点，有望成为下一代通用的非挥发性存储器。但是，作为新型的非挥发性存储器，电阻式存储器的读写寿命以及稳定性较差，远低于动态存储器和静态存储器高达10¹⁶的读写寿命，直接阻碍了电阻存储器进入实际应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于掺杂氧化锌薄膜的电阻式存储器及其制备方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案：

一种基于掺杂氧化锌薄膜的电阻式存储器，该存储器由重掺硅衬底、掺杂氧化锌薄膜、金属薄膜电极构成，掺杂氧化锌薄膜位于重掺硅衬底、金属薄膜电极之间，重掺硅衬底作为电阻式存储器的下电极，金属薄膜电极作为电阻式存储器的上电极。

所述的重掺硅衬底的电阻率小于0.1Ω·cm。

所述的掺杂氧化锌薄膜的厚度范围为10～100nm。

所述的掺杂氧化锌薄膜中掺杂所形成的氧化物的标准吉布斯自由能低于Zn金属氧化形成ZnO的标准吉布斯自由能，掺杂氧化锌薄膜中掺杂材料选用钛、铝或镁，掺杂浓度范围为0～10%。

所述的金属薄膜电极为在温度100℃下呈固体的金属材料，金属材料选用金、铂、铜、铝、钛或镍。

制备上述电阻式存储器的方法，包括以下步骤：

步骤1.采用半导体标准清洗工艺清洗重掺硅衬底；

步骤2.以重掺硅为衬底材料，采用金属锌靶与掺杂金属靶共溅射在衬底上沉积掺杂氧化锌薄膜；

步骤3.在掺杂氧化锌薄膜上采用电子束蒸发制备金属薄膜电极。

在步骤2中，利用磁控溅射法制备掺杂氧化锌薄膜，具体条件为：氩气与氧气流量比例范围为9～1，锌靶溅射时功率为24W，通过改变掺杂金属靶的溅射功率来改变掺杂浓度,变化范围为0～50W。

本发明的有益效果：与普通电阻式随机存储器的存储单元相比，本发明通过采用金属薄膜电极/掺杂氧化锌薄膜/重掺硅衬底结构作为电阻式存储器的存储单元，可简化存储器的制作工艺，并能很好地与硅集成电路工艺相兼容。同时，通过对氧化锌薄膜进行掺杂，可以获得良好的电阻转变特性，提高器件的稳定性及读写寿命，且所制备的器件具有较长的信息保持特性。

附图说明

图1是本发明电阻式存储器的结构示意图；

图2是实施例1所制备的不同钛掺杂浓度的氧化锌基电阻式存储器的形成电压、置位电压和复位电压；

图3是实施例1所制备的不同钛掺杂浓度的氧化锌基电阻式存储器的复位电流；

图4是实施例1中钛的掺杂浓度为2%时器件的置位和复位电压随电阻开关循环次数的变化；

图5是实施例1中钛的掺杂浓度为2%时器件的高阻态和低阻态阻值随时间的变化。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方案作进一步详细描述。

本发明采用的技术方案是：

如图1所示，一种电阻式存储器的存储单元，包括：金属薄膜电极/掺杂氧化锌薄膜/重掺硅衬底结构的电阻存储器。该存储器由重掺硅衬底1、掺杂氧化锌薄膜2、金属薄膜电极3构成。其中，作为存储单元上电极的金属薄膜，可以为金、铂、铜、铝、钛、或镍。掺杂氧化锌薄膜2作为存储单元的工作层，起电阻转变作用，掺杂种类可以为钛、铝或镁，掺杂浓度范围为0～10%。重掺硅作为存储单元的下电极及衬底。