[发明专利]一种基于氧化石墨烯的高稳定性阻变存储器

说明书

本发明公开了一种基于氧化石墨烯的高稳定性阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于两电极之间的阻变功能层，所述的阻变功能层为掺杂有TiO₂纳米颗粒的氧化石墨烯乙醇溶液经磁力搅拌器上搅拌，旋涂在底电极表面，形成的薄膜，所述的薄膜再经过紫外光照射处理；与没有掺杂TiO₂纳米颗粒的阻变存储器相比，开启电压值明显小于对照器件相应的值，可有效降低细丝形成过程中的电功耗；连续100次开关操作的V_set和V_reset累积概率分布相对集中，电学参数均一；对照器件在连续开关600次以后，器件高低阻态相互交迭从而器件失效；高低阻态在连续1000次开关操作后依旧保持较大的开关比例（R_off/on～20），工作稳定性高。

技术领域

本发明属于微电子器件领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯的高稳定性阻变存储器。

背景技术

随着传统闪存器件的特征尺寸接近理论极限，其存储密度的进一步提高面临严峻挑战，在现代社会对信息存储量的需求日益增加的背景下，急需寻找新的解决方案。在众多的新型存储器如铁电存储器（FeRAM）、磁存储器（MRAM）、相变存储器（PRAM）、阻变存储器（RRAM）中，RRAM因其结构简单，存储密度高，读写速度快，功耗低，与传统CMOS工艺兼容等优点脱颖而出，被认为是下一代极具发展潜力的非易失性存储器。其工作原理可解释为：通过在器件的电极两端施加电压激励，来调控器件的电阻在高、低两种阻态下发生可逆转变，从而实现信息存储。金属氧化物、硫化物及碳基材料均可用于展示阻变行为，并应用于RRAM器件。其中氧化石墨烯材料因其独特的2D结构、高杨氏模量、大的拉伸强度、大的比表面积、超薄透明等优异性能，被广泛地应用在工程制造和科学研究中。同时它也是一种很好的水溶性材料和绝缘材料，可通过简单的旋涂或滴涂工艺等制成薄膜，适用于阻变存储器的阻变功能层，为发展高密度、柔性、透明的阻变存储器提供了可靠依据。其阻变原理可用导电通道机制加以解释，即在电场和焦耳热的作用下，通过控制氧化石墨烯的部分还原和再氧化，来调控sp²导电通道的形成和断裂，从而实现器件的开启和关闭。然而RRAM器件中的导电通道常常受限于形成和断裂的随机性，使得器件运行存在较大的波动性。

针对上述问题，基于金属导电细丝工作的RRAM，一种有效的解决方案是在薄膜中掺杂特定的金属纳米颗粒，降低导电通道形成与断裂的随机性。然而考虑到氧化石墨烯基RRAM所形成的sp²导电通道的特殊性，传统的掺杂方法难以解决其导电通道的随机性问题。

发明内容

本发明的目的为了解决基于氧化石墨烯基RRAM所形成的sp²导电通道的特殊性，传统的掺杂方法难以解决其导电通道的随机性问题，而提供一种基于氧化石墨烯的高稳定性阻变存储器。

一种基于氧化石墨烯的高稳定性阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于两电极之间的阻变功能层，所述的阻变功能层为掺杂有TiO₂纳米颗粒的氧化石墨烯乙醇溶液经磁力搅拌器上搅拌，旋涂在底电极表面，形成的薄膜，所述的薄膜再经过紫外光照射处理；

所述的TiO₂纳米颗粒的粒径为 10nm～20nm；

所述的掺杂有TiO₂纳米颗粒的氧化石墨烯乙醇溶液，其中氧化石墨烯的含量为0.5mg/ml～2mg/ml；TiO₂纳米颗粒与氧化石墨烯两者的质量比为1:30～1:5；

所述的搅拌时间为5～10小时；

所述的阻变功能层其厚度为50nm～200nm；

所述的紫外光照射处理为光照时间为2～15分钟；

所述的紫外光波长为320～400nm；

所述的光强度为2～8mW/cm²；