[发明专利]一种超晶格忆阻器功能层材料、忆阻器单元及其制备方法

权利要求书

1.一种超晶格忆阻器功能层，其特征在于，所述功能层至少由第一金属氧化物层和第二金属氧化物层交替堆垛在第一平面方向形成层叠结构；

其中，所述第一金属氧化物层的氧离子迁移势垒不同于所述第二金属氧化物层的氧离子迁移势垒，以使在所述第一、第二金属氧化物层之间垂直于第一平面方向的取向形成电接触；

其中，所述电接触包括氧离子在第一外激励作用下在所述第一、第二金属氧化物层间迁移，在撤销第一外激励或受第二外激励作用下因不同的氧离子迁移势垒的限制而无法迁移回氧空位，以使所述功能层呈现非易失性阻态；在第三外激励作用下，所述氧离子迁移回所述氧空位，使所述电接触断开；

所述超晶格忆阻器功能层的厚度为5~10nm，所述第一金属氧化物层的厚度为2~15个原子层，所述第二金属氧化物层的厚度为1~3个原子层，且不同金属氧化物原子层成键结合，形成具有多层异质结的超晶格结构；

所述第一外激励和/或第三外激励的施加，所述超晶格忆阻器功能层阻值缓变，电导连续可调。

2.根据权利要求1所述的超晶格忆阻器功能层，其特征在于，所述第一、第二金属氧化物层的材料包括二元金属氧化物，其中所述金属包括Hf、Al、Ti、Ta、Cu、W、Ni、Zn、Zr、Fe、Mn和Nb中一种或几种。

3.一种具备如权利要求1或2所述的超晶格忆阻器功能层的忆阻器单元，其特征在于，所述超晶格忆阻器功能层位于第一电极和第二电极之间。

4.根据权利要求3所述的忆阻器单元，其特征在于，所述第一电极由TiN、TaN、Pt、Au、Pd、Ir中至少一种材料制备，且其厚度为20~200nm。

5.根据权利要求3所述的忆阻器单元，其特征在于，所述第二电极由Ti、Ta、Hf、Al中至少一种材料制备，且其厚度为20~200nm。

6.一种如权利要求3~5中任一项所述的忆阻器单元的调制方法，其特征在于，包括：

施加第一外激励，使所述第一、第二金属氧化物层中氧离子在所述第一、第二电极之间迁移，形成电接触；撤回所述第一外激励或者施加第二外激励，所述氧离子受迁移势垒影响，无法迁移回氧空位；

施加第三外激励，所述氧离子迁移回所述氧空位，使所述电接触断开。

7.根据权利要求6所述的调制方法，其特征在于，所述第一、第二电极之间电接触的通断可实现所述忆阻器单元高低阻态之间的切换。

8.一种具备如权利要求 1中所述的超晶格忆阻器功能层的忆阻器单元的制备方法，其特征在于，包括：

提供衬底，在所述衬底表面沉积第一电极；

在所述第一电极表面交替沉积第一、第二金属氧化物层，形成超晶格忆阻器功能层；

在所述超晶格忆阻器功能层表面沉积第二电极；

所述第一、第二金属氧化物层的材料包括二元金属氧化物，其中所述金属包括Hf、Al、Ti、Ta、Cu、W、Ni、Zn、Zr、Fe、Mn和Nb中一种或几种；

所述第一金属氧化物层的厚度为2~15个原子层，所述第二金属氧化物层的厚度为1~3个原子层，所述超晶格忆阻器功能层的厚度为5~10nm；且不同金属氧化物原子层成键结合，形成具有多层异质结的超晶格结构；

所述第一电极与所述第二电极接收所述第一外激励和/或第三外激励的施加，所述超晶格忆阻器功能层阻值缓变，电导连续可调。

9.根据权利要求8所述的忆阻器单元的制备方法，其特征在于，包括以原子层沉积方法在所述第一电极表面交替沉积第一、第二金属氧化物层。

10.根据权利要求9所述的忆阻器单元的制备方法，其特征在于，在所述第一电极表面交替沉积第一、第二金属氧化物层的温度为200~300℃。

11.一种超晶格忆阻器，包括权利要求3-5中任一项所述的具备超晶格忆阻器功能层的忆阻器单元。