[发明专利]具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元及其制备方法

权利要求书

1.一种具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：依次由衬底层(1)、阻变层(2)和电极层(3)组成三明治结构，所述阻变层(2)位于所述底层(1)和所述电极层(3)之间，所述电极层(3)由阴极薄膜和阳极薄膜两个图案化的平面电极组成，形成平面电极结构，所述平面电极结构为相接触的矩形和针形电极，然后将矩形Au电极与针形Au电极接触点熔断，使矩形Au电极和针形Au电极分别形成阴极薄膜和阳极薄膜，所述阻变层(2)为掺杂有磁性元素材料的非晶碳薄膜复合材料阻变材料薄膜，在所述阻变层(2)中，其中所述磁性元素材料的掺杂质量为5～20wt％。

2.根据权利要求1所述具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述阻变层(2)的厚度为50～150nm。

3.根据权利要求1或2所述具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述电极层(3)为Au电极层，所述电极层(3)的厚度为100～200nm。

4.根据权利要求1或2所述具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述衬底层(1)采用SiO₂/Si复合材料制成。

5.一种具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元的制备方法，其特征在于，包括如下特征：

S01：衬底层的预处理，得到洁净干燥的衬底层，备用；

S02：阻变层的生长，包括以下步骤：

S021：采用掺有磁性元素的碳复合靶材，以及把经过步骤S01预处理的衬底层贴上溅射托盘；

S022：将衬底托盘放入磁控溅射装置的腔体中；

S023：开启机械泵、预抽阀，将磁控溅射装置腔体内的气压抽到5Pa以下；

S024：开启前级阀，延时30s，长按电动插板阀至PV为100％，然后关闭预抽阀；

S025：启动分子泵，将磁控溅射装置腔体内气压抽至2×10^-3Pa以下，然后关闭分子泵；

S026：开启真空计，将磁控溅射装置腔体内气压抽至2×10^-3Pa以下，开启充气阀，向腔体中通氩气；

S027：调节溅射气压为0.65Pa，溅射功率100W；

S028：开始生长掺有磁性元素材料的非晶碳薄膜，形成掺有磁性元素的非晶碳薄膜阻变层，在阻变层中，其中所述磁性元素材料的掺杂质量为5～20wt％；

S03：在步骤S028制备的阻变层之上沉积制备平面电极薄膜，完成电极层的生长制备，使衬底层、阻变层和电极层组成三明治结构；

S04：在步骤S03制备的电极层之上制备一层图案化的光刻材料层，使光刻材料层形成平面电极图形的掩膜；

S05：采用刻蚀流体，对平面电极图形刻蚀，并去除光刻材料层，从而在阻变层之上制备图案化的平面电极薄膜，得到矩形与针形相接触的平面Au电极，然后将矩形Au电极与针形Au电极接触点熔断，使矩形Au电极和针形Au电极分别形成阴极薄膜和阳极薄膜；

S06：对在步骤S05中制备的图案化的平面电极薄膜进行精整处理，使平面电极薄膜形成由阴极薄膜和阳极薄膜两个不连续的图案化的平面电极部分组成的平面电极结构，得到碳基材料阻变存储单元结构。

6.根据权利要求5所述具有单边阻变特性的碳基材料阻变存储单元的制备方法，其特征在于，所述步骤S01包括以下步骤：

S011：采用SiO₂/Si作为衬底层；

S012：分别利用去离子水、丙酮和乙醇将所述衬底层超声清洗15分钟，洗去所述衬底层的表面的杂质与有机物；

S013：利用氩气将所述衬底层吹干，得到洁净干燥的衬底层。