[发明专利]NiO/Nb:SrTiO3光电双控多级阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有稳定光电双控性能的氧化镍‑铌钛酸锶（NiO/Nb:SrTiO₃）结在多级阻变存储器方面的应用，属于半导体非易失性存储技术领域。本发明的阻变材料是NiO/Nb:SrTiO₃P‑N结，所述存储器由P型氧化镍（NiO）薄膜、N型掺铌碳酸锶（Nb:SrTiO₃）基底，铟（In）上、下电极组成。本发明提供的具有稳定光电双控性能的多级阻变存储器，具有良好的稳定性，耐疲劳，能反复循环使用。无论单电源，单光源还是光电双控都能使其工作，是一种光源和电源均可触发的高开关比的多级阻变存储器。在不方便连接电源的场合（如野外，宇宙空间等）可以仅依靠光源触发。由于其高开关比和优良的稳定性，所以在使用过程中，有效地避免了误操作现象的出现。原料全部采用氧化物，制备温度低，工艺简单，节能环保，应用场合广泛。

技术领域

本发明涉及半导体非易失性存储器技术领域，尤其涉及一种基于氧化镍/铌钛酸锶（NiO/Nb:SrTiO₃）P-N结的光电双控多级阻变存储器的制备和调控方法。

背景技术

在电场作用下，阻变存储器的电阻值可以在高、低阻态之间转换。高阻态时器件的存储状态为 0，低阻态时器件的存储状态为 1。高、低阻态的比值称为开关比。阻变存储器具有存储密度高，擦写速度快，重复次数多，多值存储等优点。文献资料显示，阻变存储器目前仍没有大批量生产应用的原因有以下几点：1、很多器件的开关比小，易造成误操作。2、单纯依赖电场，应用场合必须要有电源。3、稳定性差，易疲劳。4、原料昂贵，制备温度高，工艺复杂。此外，目前常规的阻变存储器的触发模式为电触发，即阻变存储器的电阻值在电场触发下发生变化，关于光触发和光电双控的阻变存储器研究还较少。

发明人已经在肖特基结的光电双控多级阻变存储器研究方面做了一些探索。发现特定的制备工艺可以在铟（In）金属和铌钛酸锶（Nb:SrTiO₃）之间形成肖特基结。在电场和光源的调控下，可以实现多级存储。虽然肖特基结的电流-电压和电容-电压特性与 PN 结的相似，但肖特基结的电流-电压曲线的正向开启电压和反向击穿电压较低。造成肖特基结在实际应用中更易击穿，在稳定性，循环特性和保持性上不如 P-N 结表现突出。因此，寻找一种性能优良的 P-N 结将其应用于光电双控多级存储器，是一个颇具研究意义和应用前景的课题。

P 型氧化镍（NiO）薄膜由于具有优良的电学、磁学、光学、热学以及机械性能，在热敏元件、玻璃、功能陶瓷、催化剂、涂料、气敏元件和电子元件方面得到了广泛的应用。基于NiO 薄膜制成的电阻开关器件还具有卓越的可重复性，保持性和透明性。另外，P 型 NiO薄膜的制备温度不高，工艺简单易重复，原材料低廉。因此，对于制备 P-N 结光电双控多级存储器而言，NiO 薄膜是一种非常具有吸引力的材料。

发明内容

本发明公开了一种具有稳定光电双控性能的NiO/Nb:SrTiO₃结在多级阻变存储器方面的应用，属于半导体非易失性存储技术领域。本发明的阻变材料是 NiO/Nb:SrTiO₃ P-N 结，所述存储器由 P 型 NiO 薄膜、N 型 Nb:SrTiO₃基底，In 上、下电极组成。本发明提供的光电双控性能的多级阻变存储器，具有良好的稳定性，耐疲劳，能反复循环使用。无论单电源，单光源还是光电双控都能使其工作，是一种光源和电源均可触发的高开关比的多级阻变存储器。在不方便连接电源的场合（如野外，宇宙空间等）可以仅依靠光源触发。由于其高开关比和优良的稳定性，所以在使用过程中，有效地避免了误操作现象的出现。原料全部采用氧化物，制备温度低，工艺简单，节能环保，应用场合广泛。

本发明的目的是提供一种具有高开关比的多级阻变存储器，有效避免误操作现象的出现。且此阻变存储器不仅能够电触发，而且还能实现光触发，扩大了阻变存储器的应用场合，进一步降低能耗。本发明采用下述技术方案：