[发明专利]一种基于界面氧空位实现多值存储的阻变存储器件方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Au/NSTO/Ag双肖特基结构实现多值阻变存储的阻变存储单元器件的制备方法，具体是指以金属Au和Ag分别做为上下电极、以0.5wt%掺Nb的单晶SrTiO₃做为阻变层材料的异质结构在多种阻变存储性能上的同时实现。

技术背景

近年来，鉴于阻变存储器（RRAM）的存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、信息保持稳定、具有不挥发性，而且，易于实现三维立体集成和多值存储，有利于提高集成密度等多方面的优越性能，因此，研究人员对它的研究越来越关注，并成为新一代存储技术研究的热点。其中，RRAM采用MIM三明治结构的存储器件，由上、下电极及中间的阻变层材料构成。当在两个电极之间施加一定幅度和一定宽度的脉冲电压，阻变层材料就会在高、低两个稳定的阻态之间进行可逆的转换。因而，可以进行“0”和“1”信息稳定的存储。可以实现可逆电阻转换的阻变层材料非常多，主要有钙钛矿氧化物，过渡金属氧化物，固态电介质材料，有机材料，以及其他材料。但是，对于如此众多的可用于阻变存储的忆阻材料会经历一个淘汰选择的过程，一方面要考虑材料的制备工艺，特别要考虑和CMOS工艺兼容。另一方面，要深入理解材料电阻转变的机制以及如何提高器件的综合存储性能。即包括要综合考虑RRAM的操作电压、存储窗口值、记忆保持时间、多值存储、耐受性、可缩小型等多个存储性能都达到最优值时，阻变层材料则完成了被选择从而进行保持稳定存储信息的使命。我们的研究旨在从如此纷繁众多可用于阻变存储的忆阻材料中寻找一种具有优异综合存储性能的阻变层材料。我们经过长时间系统性的研究发现，基于两个异质结的Au/Nb:SrTiO₃/Ag三明治结构的单元存储器件比一个异质结构的存储器件，如Au/Nb:SrTiO3/Ti、Ag/Nb:SrTiO3/Ti（其中Ti与Nb：SrTiO3的接触表现了欧姆特性），在存储窗口值上有显著的提高，表现在两个数量级以上的提升，以及在记忆保持时间上也有显著的提高，高、低阻态分别经过4个多小时的测试后仍能保持完美的稳定特性，而对于其中的一个异质存储结构表现出的操作电压低及多值存储的性能在Au/Nb:SrTiO₃/Ag结构中仍可以保留不变。因此，使Au/Nb:SrTiO₃/Ag结构的存储器件在上文中提到的多个存储性能方面则都能同时达到最优化，在当前对存储材料进行淘汰选择的过程中表现出优越的综合存储性能，成为众多存储材料的有力竞争者。

发明内容

本发明的目的是制备一种具有良好存储性能的阻变存储器件。

本发明制备Au/Nb:SrTiO₃/Ag存储器件的方法，是采用商用的单晶Nb：SrTiO₃作为衬底，并用射频磁控溅射的方法在衬底上溅射沉积金属薄膜。

一种基于界面氧空位实现多值存储的阻变存储器件方法，其特征包括如下步骤：

（1）先取一片10mm×5mm×0.5mm大小的含Nb单晶SrTiO₃为衬底，并超声清洗干净，自然晾干；其中的单晶SrTiO₃衬底中含有质量含量为0.5%的Nb；

（2）将上述清洗干净的含Nb单晶SrTiO₃衬底用掩膜板遮挡，然后使用射频磁控溅射方法在含Nb单晶SrTiO₃衬底上溅射一层厚度为150nm-200nm、面积为1mm²的金属金（Au）薄膜做为电极，制成样品；

（3）将步骤（2）的样品剥离掩膜板，在含Nb单晶SrTiO₃衬底上涂覆面积为1mm²的金属银（Ag）做为另一电极使用；

（4）将步骤（3）的样品用金属铜（Cu）线将金属金（Au）电极与金属银（Ag）电极连接起来。

作为优选，上述方法中所述的步骤（2）中所使用的射频磁控溅射方法时的真空度为7×10^-4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为20min，溅射功率为60W，靶基距为5cm。

作为优选，上述方法中所述的步骤（2）中射频磁控溅射方法所得到的金属金薄膜的厚度约为150nm，面积为1mm²。