[发明专利]导电桥半导体器件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种导电桥半导体器件及其制备方法。该导电桥半导体器件自下而上包括：下电极、阻变功能层、离子阻挡层和活性上电极，其中，离子阻挡层上开设有供活性导电离子通过的孔洞。基于此结构可以制备导电桥阻变存储器以及导电桥选择器，通过调控离子阻挡层孔洞的数量、直径及密度，实现对基于导电桥的存储器与选择器的导电通路的精确调控。

技术领域

本发明涉及微电子行业存储器技术领域，尤其涉及一种导电桥半导体器件及其制备方法。

背景技术

随着微电子及半导体技术的不断革新，FLASH存储技术正面临一系列的瓶颈问题，如浮栅不可能随技术发展而无限制减薄，数据保持时间有限，操作电压过大等问题。诸多新型存储器中，阻变存储器由于具备较低操作功耗、耐久力(Endurance)好、结构简单、器件面积小等优点而逐渐成为目前新型非易失性存储器中的研究重点。基于导电桥的器件，外加偏压去除后，导电通路依然保持，则该非易失性器件可应用于阻变存储器；外加偏压去除后，导电通路不能保持，则该易失性器件可应用于阻变存储器交叉阵列中的选择器，用以消除交叉阵列中漏电通道引起的读写串扰问题。然而，非易失性阻变存储器导电通路的随机形成，极大的削弱了导电桥阻变存储器的记忆特性，即阻态的保持特性，更不利于实现低限流下器件的低功耗特性。

同时，基于交叉阵列架构的阻变存储器，在阵列中的读取操作存在交叉串扰的问题，导致所存储信息的错误读取。对于如何解决交叉串扰问题，最常见的是选择器与阻变存储器集成的解决方案，包括一个晶体管一个RRAM(1T1R)结构，一个单向二极管一个RRAM(1D1R)和一个双向选择器一个RRAM(1S1R)结构。1T1R结构中存储器单元面积主要取决于晶体管的面积，无法发挥RRAM优良的可缩小性优势；1T1R结构中二极管通常仅有单向导通的特性；1S1R结构中的选择器分为两种类型，一种是以电子导电为主导的电子型选择器，该类型选择器通常具有缓变的电学特性，较小的选择比，并且不能给阻变存储器提供较高的操作电流。另外一种是以活性金属导电桥为主导的导电桥选择器，该类型选择器基于导电桥脆弱的保持特性，通常具有突变的电学特性，较高的选择比。然而，该类型选择器在较大操作电流运行时，导电桥保持特性发生变化，不易断裂，变为非挥发的存储特性，无法实现器件的选通。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种导电桥半导体器件及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种导电桥半导体器件。该导电桥半导体器件自下而上包括：下电极、阻变功能层、离子阻挡层和活性上电极，其中，离子阻挡层上开设有供活性导电离子通过的孔洞。

优选地，本发明导电桥器件为导电桥阻变存储器，离子阻挡层上的孔洞为1个，该孔洞的径向宽度介于5nm～200nm之间。

优选地，本发明导电桥器件中，孔洞位于离子阻挡层的中央位置。

优选地，本发明导电桥器件中，离子阻挡层采用石墨烯材料制备，孔洞的径向宽度介于5nm～100nm之间。

优选地，本发明导电桥器件为导电桥选择器，离子阻挡层上的孔洞的数量大于或等于1个，孔洞的径向宽度小于5nm。

优选地，本发明导电桥器件中，孔洞在离子阻挡层上随机分布，其面密度介于10⁷/cm²～10¹⁴/cm²之间。

优选地，本发明导电桥器件中，离子阻挡层采用石墨烯材料制备，孔洞的面密度为n×10¹⁰/cm²，n为正整数。

优选地，本发明导电桥器件中，孔洞的形状为长方形、椭圆形、三角形或六边形。