[发明专利]一种基于氧化铒薄膜的忆阻器件及其制备方法

说明书

本发明公开了基于氧化铒薄膜的忆阻器件及其制备方法，所述忆阻器括顶电极、氧化铒薄膜以及底电极，所述氧化铒薄膜位于顶电极和底电极之间，其中，顶电极和底电极的材料分别为氧化铟锡或银。一种上述基于氧化铒薄膜的忆阻器的制备方法，包括以下步骤：S1：清洗衬底；S2：采用磁控溅射法，以氧化铟锡或银靶材为溅射源，在基片上溅射沉积底电极；S3：采用射频溅射法，以氧化铒靶材为溅射源，在底电极上沉积功能层Er₂O₃薄膜；S4：采用直流溅射法，以氧化铟锡或银靶材为溅射源，在氧化铒薄膜表面沉积上电极。器件结构简单、性能优异、稳定、重复性好，制备方法步骤简单，在新型存储器、振荡器等电子器件领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体薄膜器件领域，具体涉及一种基于氧化铒薄膜的忆阻器件及其制备方法。

背景技术

随着信息科学的发展，电子信息产业也得到了飞速的发展。电子器件作为信息产业的基础，电子元器件不断的技术革新是促进信息科学技术迅猛发展的强大动力。同时，人们对电子器件性能的要求也越来越高，无疑的这是现代人们对科学界提出的挑战。忆阻器作为一种新型电子元器件以其独特的非易失性的电学特性和优越的性能而备受研究者广泛地关注。并且忆阻器被认为是下一代新概念存储器中最具有应用前景的候选者之一。

忆阻器，全称记忆电阻。在1965-1971年间，科学家们已经在部分二元氧化物薄膜制备的金属-氧化物-金属三明治结构中观测到了电流(I)-电压(V)滞后曲线,然而当时研究者对其现象认识只停留在表面上，更不清楚这样器件表现出来的性质和用途。随后最早提出忆阻器概念的人是华裔的科学家蔡少棠教授，时间是1971年，当时蔡教授在研究电压(v)、电流(i)、磁通量(φ)以及电荷量(q)等四个基本量之间的关系时，根据数学逻辑关系的完整性提出忆阻器的存在。直到2008年，惠普公司的研究人员Dmitri B.Strukov等研究者在实验上证明了忆阻器的存在，并且将其研究论文发表在2008年的《Nature》期刊上，题为《寻找下落不明的忆阻器》文章与蔡少棠教授在1971年发表的《忆阻器，下落不明的电路元件》遥相呼应。忆阻器是典型的“三明治”(MIM)结构，其上下电极之间的功能层一般采用能够发生电阻转变的阻变层材料。在一个外加电压脉冲信号的作用下，该器件的电阻能在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间发生转换，从而实现“0”和“1”的存储。

自从2008年以来，忆阻器以其独特的优点，诸如器件的结构简单，高的存储密度，低的功耗，快的读写速度等优点备受研究者的青睐。世界各国科学家掀起了忆阻器的研究高潮,不仅对忆阻器的工作原理，对忆阻器的信息存储的时效性和以及读写次数，开关比率被一次次刷新。研究者开始寻找性能更优，廉价，环保，且益于获取的忆阻材料，同时有大量的文献报道了具有忆阻的材料和忆阻器的制备方法。制备忆阻器的方法有：真空溅射、气相沉积、分子束外延、热蒸发、旋涂、电沉积和水热法等常规的薄膜制备工艺制备。对于无机材料一般采用真空溅射的方法制备器件，因为真空溅射相对比较廉价，可以大规模化生产，且制备的薄膜厚度可控，均匀性良好等优点。对于有机薄膜的制备一般采用旋涂的技术制备薄膜。研究者根据大量的实验证实了忆阻效应不仅依赖于使用的功能层材料，而且还依赖器件的电极材料。尽管有关忆阻器的报道有很多，但是还有许多的基础工作尚未解决，如合成忆阻效应更为明显的材料和更先进的薄膜制备技术，同时，进一步明确忆阻随机存储器的电阻转变机理。近几年以来，忆阻存储器己成为材料学、信息科学和物理学领域新的研究方向。忆阻器的发现对电子科学的发展将产生非常大的影响，特别是对电阻随机存储器的发展具有里程碑的作用。虽然目前有很多关于忆阻器的研究，但是要实现忆阻随机存储器产业化，还有许多的基础问题需要解决，如探索更先进的薄膜制备工艺性能更加优异的存储材料，忆阻效应更为明显的器件结构。进一步阐明忆阻随机存储器的阻变机理。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于氧化铒薄膜的忆阻器件及其制备方法，该忆阻器是一种实现了电极材料对RRAM存储器正负存储窗口的可控调节的电子元件，该器件结构简单、性能优异、稳定、重复性好，在下一代新概念存储器件领域具有很好的应用前景。