[发明专利]基于氧化镓薄膜的阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开基于氧化镓薄膜的阻变存储器及其制备方法，由下电极、阻变层和上电极构成，阻变层为Ga₂O₃薄膜，本发明创新性地使用Ga₂O₃薄膜作为阻变层应用到阻变器件中。Reset过程中通过不同振幅的reset电压而得到了不同的高阻态电压，至少获得2个电阻值。使用Ta作为上电极大幅度的提高了器件的循环特性。为阻变器件的高密度、大规模集成提供了新的方向。

技术领域

本发明涉及纳米材料应用领域及微电子技术领域，更加具体地说，涉及一种基于Ga₂O₃薄膜的阻变存储器及其制备方法。

背景技术

随着现代信息技术的快速发展，数据的处理能力不断增强，数据量急剧增长。同时，人们希望可以获得性能优良、价格低廉的存储芯片来存储海量数据。当前主流的非挥发性存储技术以基于电荷存储机制的浮栅型闪存(Flash存储器)为主，随着尺寸的不断缩小，浮栅器件在操作电压、功耗、集成工艺、可靠性、电路设计等方面面临着物理和技术上的瓶颈。近年来，许多铁电存储器(FeRRAM)、磁性存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)和阻变存储器(RRAM)等受到各界的广泛关注。其中，阻变存储器作为下一代非易失性存储器的候选者所表现出来的存储潜力大大超过其他几种非易失型器件，其主要优点有结构简单、擦写速度快、存储密度高、重复擦写次数高、尺寸小、多级存储、低功耗并易于CMOS工艺相兼容等众多优点。

阻变存储器(RRAM)技术是以薄膜材料的电阻可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基本工作原理的。在上电极与下电极之间设置有阻变层。阻变层的电阻值在外加电压作用下可以具有两种不同的状态。即高阻态和低阻态，其可以分别用来表征“0”和“1”两种不同的状态。在不同外加电压的作用下，电阻转变型存储器在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间可实现逆转换，以此来实现信息存储功能。

作为一种二元氧化物材料，Ga₂O₃在阻变存储器应用的相关报道中较其他二元氧化物的报道较少，同时在已有的报道中，循环特性只有几百次。我们在报道的文献中，将上电极改为吉布斯自由能与Ga相近的Ta,极大地提升了循环特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Ga₂O₃薄膜的阻变存储器及其制备方法。该阻变存储器利用基于Ga₂O₃薄膜，为阻变器件的高密度，大规模集成提供了新的方向。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种基于Ga₂O₃薄膜的阻变存储器，自下而上由下电极、阻变层和上电极依次叠加设置而成。

而且，下电极厚度为50-200nm、阻变层厚度为10-100nm、上电极厚度为50-200nm。

而且，下电极为导电金属、金属合金、导电金属化合物或其他导电材料中的一种。

而且，上电极为导电金属、金属合金、导电金属化合物或其他导电材料中的一种。

而且，导电金属为Ta、Cu、Ag、W、Ni、Al或Pt的一种；金属合金为Pt/Ti、Ti/Ta、 Cu/Ti、Cu/Au、Cu/Al或Al/Zr合金的一种；导电金属化合物为TiN或ITO；其他导电材料如AZO、FTO、石墨烯或者纳米银线的一种。

而且，上电极、下电极的制备方法可以选择磁控溅射法、离子束溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发沉积法或原子层沉积法中的任意一种。