[发明专利]一种基于掺杂铁酸铋的阻变存储器及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明具体是一种基于掺杂铁酸铋的阻变存储器及其制备方法，属于信息存储技术领域。 

背景技术

阻变随机存储器（RRAM）是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器（NVM）器件。近年来， NVM器件由于其高密度、高速度和低功耗的特点，在存储器的发展当中占据着越来越重要的地位。硅基flash存储器作为传统的NVM器件，已被广泛投入到可移动存储器的应用当中。但是，工作寿命、读写速度的不足，写操作中的高电压及尺寸无法继续缩小等瓶颈已经从多方面限制了flash存储器的进一步发展。作为替代，多种新兴器件作为下一代NVM器件得到了业界广泛的关注，这其中包括铁电随机存储器（FeRAM）、磁性随机存储器、相变随机存储器等。然而，FeRAM及MRAM在尺寸进一步缩小方面都存在着困难。在这样的情况下， RRAM器件因其具有相当可观的微缩化前景，在近些年已引起了广泛的研发热潮。

早在1967年,Simmons和Verderber就研究了Au/SiO/Al结构的电阻转变行为。由于受实验手段和需求的影响，直到2000年，美国休斯顿大学的Ignatiev研究小组报道了Pr_xCa_1-xMnO₃氧化物薄膜电阻转换特性后，人们才开始投入大量的精力和财力对RRAM进行研究。阻变存储器主要是利用薄膜材料在不同电激励的作用下出现高低组态之间的可逆转变现象来进行数据的存储。阻变存储器的结构和电容器相类似，为两个金属电极中间夹着一层绝缘体材料的三明治结构。由于其简单的结构，易于制成交叉阵列结构，从而实现阻变存储器件集成化，获得较高的存储密度。到目前为止，已经发现的具有阻变现象的材料非常丰富，如二元过渡金属氧化物（ZrO₂、NiO、Al₂O₃、TiO₂）、钙钛矿结构的氧化物（SrTiO₃、SrZrO₃）和固态电解质材料（SiO₂、WO₃、Cu₂S）等材料。

铁酸铋是一种典型的多铁性材料，具有远高于室温的反铁磁奈尔温度(1103 K)和铁电居里温度(643 K)。作为室温单相多铁性材料，铁酸铋不但具有优越的铁电、铁磁特性，同时由于电、磁、应变之间的耦合作用，可以实现用电场控制磁化以及磁场控制极化，是研究新型多态磁电存储器的首选材料。最近，越来越多的研究者在铁酸铋材料中获得了稳定的阻变效应，而我们也在研究掺杂铁酸铋铁电性能时，发现了阻变特性，在外加电压作用下可以具有明显的高阻态和低阻态，在此基础上设计的新型非挥发阻变存储器，可以替代市场上的多种存储器，具有极大的应用潜力和商业前景。

发明内容

技术问题： 本发明要解决的问题在于提供一种基于掺杂铁酸铋的阻变存储器及其制备方法。掺杂铁酸铋薄膜的电阻值在外加电压作用下可以具有稳定高阻态和低阻态，可以用来分别代表信息记录状态“0”和“1”，利用这种特性，制作出全新的基于掺杂铁酸铋薄膜的阻变存储器。

技术方案：本发明基于掺杂铁酸铋的阻变存储器及其制备方法具体为：

掺杂铁酸铋的阻变存储器的基本结构主要分为四层，依次包括衬底、底电极、阻变存储层和顶电极；

所述衬底为半导体材料或者玻璃等；

所述底电极和顶电极材料为金属，如：Au、Pt、Ag、Cu、Al、Ti等；

所述阻变存储层为掺杂的铁酸铋，掺杂可以是A位掺杂，掺杂元素包括稀土金属元素（如La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等）和碱土金属元素（如Mg、Ca、Sr、Ba等），也可以是A位与B位共掺杂，B位掺杂元素主要是3d过渡金属元素（如V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu等）；

所述的掺杂铁酸铋的阻变存储器的的制备方法为：

a.用固相反应法制备掺杂的铁酸铋，烧结得到陶瓷靶材；

b.选择合适衬底，利用磁控溅射的方法制备金属底电极；

c.在制备好的底电极上沉积掺杂铁酸铋薄膜；

d.最后在掺杂铁酸铋薄膜上制备金属顶电极。