[发明专利]一种基于钛银合金的低功耗CBRAM器件及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于钛银合金的低功耗CBRAM器件及其制备方法和应用，该低功耗CBRAM器件包括：底电极；插入层，位于底电极一侧表面；阻变层，位于插入层远离所述底电极一侧表面；顶电极，位于阻变层远离所述底电极一侧表面；其中，插入层的材料为Ti、Ag合金材料。本申请制备得到的基于钛银合金的低功耗CBRAM器件，采用Ti、Ag合金代替传统的Ag制备的CBRAM器件，其高低阻态的电阻分布更加集中，进一步提高了器件性能的稳定性；本申请制备得到的基于钛银合金的低功耗CBRAM器件可以在更低的功耗下实现电导的连续调控，这为低功耗忆阻器阵列的搭建以及低功耗类脑神经形态芯片的研制提供了新的可能。

技术领域

本发明涉及信息存储技术领域，尤其涉及一种基于钛银合金的低功耗CBRAM器件及其制备方法和应用。

背景技术

随着5G时代的到来，人们对信息存储的要求越来越高，然而目前主流的闪存(Flash)存储器面临着操作电压大、操作速度慢、功耗高等一系列缺点，这严重限制了Flash在高科技领域的广泛应用。因此，研究者开始对下一代非挥发性存储器进行研究。

在近几年，阻变存储器(RRAM)由于其具有与互补金属氧化物(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺兼容、操作速度快、功耗低、结构简单、单元尺寸小、易于三维集成等一系列优点，被认为是下一代非挥发性存储器的候选者之一。其通过在薄膜材料上施加电压，引起器件的电阻发生变化，而储存数据。

被称为可编程金属化单元(PMC)的导电桥式随机存储器(Conducting BridgingRandom Access Memory,CBRAM)是一种非常有潜力的RRAM。传统的CBRAM一般为三明治结构，一个电极为活泼金属，如Cu或Ag；中间层一般为固态电解质，如Ag₂S等；另一个电极为惰性金属，如Pt或Au。现在的CBRAM也可以通过在中间层掺杂活泼金属或者在电极和中间层之间加入含有活泼金属的插入层来制得。CBRAM的阻变机制一般被认为是金属阳离子在中间层中迁移导致连接底电极和顶电极的导电细丝形成或断裂，进而表现出低阻态或者高阻态。然而，传统的CBRAM在制备好之后需要施加一个很大的Forming电压(一般大于5V)才能使器件发生阻态的转变；在进行电阻转变时也需要施加1V左右的电压；同时器件的稳定性欠佳，这些缺点使得CBRAM很难大规模阵列中使用。同时，CBRAM作为一种非线性电阻，其电导值可以随着施加电压的不同而发生连续的变化并且能够在断电的情况下保持该变化，因此在神经突触仿生方面具有很大的潜力。然而，在人的大脑中，信息的传递、储存等过程所消耗的能量很低，这在实际器件中很难实现。因此，降低器件的功耗是必然选择。

基于目前CBRAM存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于钛银合金的低功耗CBRAM器件及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

第一方面，本发明提供了一种基于钛银合金的低功耗CBRAM器件，包括：

底电极；

插入层，位于所述底电极一侧表面；

阻变层，位于所述插入层远离所述底电极一侧表面；

顶电极，位于所述阻变层远离所述底电极一侧表面；

其中，所述插入层的材料为Ti、Ag合金材料。

可选的，所述的基于钛银合金的低功耗CBRAM器件，所述底电极的材料为Ti、Pt、W或TiN中的一种；所述阻变层的材料为含氧碲化锗材料，所述顶电极的材料为Pt或Ti中的一种。

可选的，所述的基于钛银合金的低功耗CBRAM器件，所述底电极的厚度为150～200nm，所述插入层的厚度为20～50nm，所述阻变层的厚度为50～100nm，所述顶电极的厚度为80～120nm。