[发明专利]一种基于氧化物的透明RRAM及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于基本电器元件领域，具体涉及一种阻变存储器件及其制备方法。

背景技术

透明固态电子器件在如透明显示、电子纸以及其他大面积透明电子系统中有着应用前景。作为电子系统中的重要组成部分，通过传统存储器制造工艺较难实现高性价比的透明存储器器件。基于氧化物的阻变材料随机存储器（RRAM，Resistive Random Access Memory）是具有显著耐久性和数据传输速度的可擦写内存器件，具有优秀的器件特性以及存储功能，因此在透明电子器件应用中具有极大前景。

传统透明氧化物薄膜可以通过溅射（例如专利CN102623569A）、化学气相淀积（例如专利CN102881729A）、原子层淀积等方法实现，但使用溶胶凝胶方法制造工艺在低成本与大面积薄膜制备上具有极大优势。RRAM器件通常具有金属-绝缘体-金属的结构，在两层导电金属间通过上述工艺方法，加入一层具有阻变特性，如TiO₂，HfO₂，ZrO₂，WO₃等金属氧化物材料的介质薄膜材料，可通过在导电金属两端施加电压，造成阻变材料在高低阻态的转变，从而实现数据的擦写。

透明电极材料ITO、FTO等通常采用溅射工艺（例如专利CN102324271A）制备，设备投资大。大面积器件制备时则面临生产成本高、工艺重复性难以保证。

另外，阻变特性一致性的问题以及低阻抗的上电极的制作是待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好透明阻变特性的新型阻变存储器RRAM，本发明的另一个目的是提出基于完全的溶胶凝胶工艺制备RRAM的方法，实现低成本高生产率。

实现本发明目的的技术方案为：

一种基于氧化物的透明RRAM，包括三层结构：上电极，阻变层薄膜和下电极，所述上电极的材料为透明导电材料，选自ITO（氧化铟锡）、FTO（氧化氟锡）、ZTO（氧化锌锡）中的一种；上电极由多个上电极单元组成，每个单元一端浮置，一端连接阻变层。

所述阻变薄膜材料为ZrO₂；阻变薄膜为单个单元，每个单元一端接上电极，一端接下电极。

所述下电极的材料为透明导电材料，选自ITO、FTO、ZTO中的一种。下电极为单个单元，每个单元一端接阻变层薄膜单元，一端浮置。

所述下电极还包括生长有ITO、FTO或ZTO的玻璃基底。

本发明所述透明RRAM的制备方法，包括步骤：

1）清洗基底：用丙酮和乙醇清洗生长有ITO、FTO或ZTO的玻璃基底；

2）制备阻变层薄膜：向正丁醇锆的醇溶液中滴加乙酰丙酮，然后再滴加乙酸，然后旋涂在清洗后的玻璃基底上；所述正丁醇锆的醇溶液、乙酰丙酮、乙酸的体积比为10:1-2:1-3；

步骤2）中可选用[Zr(O₄H₉)₄]作为前驱材料，乙酰丙酮(C₅H₈O₂)作为稳定剂。在滴加或混合过程中，保持对溶液500-3000rpm转速的搅拌。

3）制备上电极：制备ITO、FTO或ZTO的溶液，通过旋涂法或丝网印刷法涂在阻变层薄膜上。

所述步骤1）中，清洗时加热至40-60℃，优选在丙酮和乙醇中各超声清洗4-10min。

其中，所述步骤2）中，所述正丁醇锆的醇溶液为质量浓度70-85%正丁醇锆的正丁醇溶液中加入2-5倍体积的乙醇、正丁醇或乙二醇制得。

其中，所述步骤2）的旋涂之后还包括在120-160℃下烘烤3-10min的过程。每层薄膜制作完毕后才150℃的热板上烘烤5分钟，除去有机成分，完成阻变层薄膜的制作。阻变层薄膜可旋涂1-3层。旋涂一层的工艺条件最为简单，可得到10-90纳米厚度的阻变层薄膜。通常上电极厚度也是10-90nm。

其中，所述步骤3）中选取硝酸铟、锌硝酸或氟化铵溶于乙醇和乙酰丙酮中，然后与氯化亚锡或氯化锡的乙醇溶液混合，制得ITO、FTO或ZTO的溶液该溶液为胶体溶液，但丝网印刷有困难，需要加粘稠剂。所述硝酸铟、硝酸锌或氟化铵(g或Kg)与乙醇（mL或L）、乙酰丙酮（mL或L）的质量体积比（g/mL或kg/L)为2-8：10：0.5-1。

在所述溶液混合时，溶液温度为55-65℃，溶液混合后再保温4-10min。