[发明专利]一种单通道忆阻器及其制备方法

说明书

本发明属于微电子器件技术领域，公开了一种单通道忆阻器及其制备方法，该单通道忆阻器包括由第一功能层(1)和第二功能层(2)堆叠形成的功能层；其中，第一功能层所采用的第一忆阻材料，与第二功能层所采用的第二忆阻材料之间，存在晶格失配，且晶格失配度不低于5％；由此基于电压作用，在第一功能层和第二功能层的界面上将能够形成导电丝，从而实现单通道忆阻功能。本发明设置第一功能层和第二功能层，利用界面不匹配的、接近完美晶格的忆阻材料界面处形成的空位、悬挂键等缺陷，构建导电细丝，从而将导电细丝限制在界面处，形成单通道的导电细丝，单通道的导电丝的形貌和通断位置相对固定，因此可以解决忆阻器件的一致性问题。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种单通道忆阻器及其制备方法。

背景技术

信息时代数据密集型、计算密集型产业的兴起，伴随着近年来的云端服务的普及浪潮，对数据的运算效率和存储的速度与密度提出更高要求。基于非易失性阻变的忆阻器是最受期待下一代存储器，电导多值可调性将在神经形态计算、滤波、逻辑和存算一体器件应用中大放异彩。对于忆阻器来说，阻碍其商业化进展的最重要因素是其机理的复杂性和性能的不稳定。忆阻器的阻变机理按目前研究，主要分为导电丝型机理、热化学机制和纯电子效应，其中导电细丝机制是适用范围最广、认可最为广泛的机制，通常认为金属原子或材料内部空位在电场作用下迁移组成导电细丝，而导电细丝的生成和断裂导致器件的阻态切换。导电细丝的断裂和生成位置随电场分布而变化，因此造成每次通断位置不固定，导电丝形貌也会随着循环的进行而发生变化，器件性能发生恶化。

目前有部分文献对单通道忆阻器进行研究，如Jeehwan Kim等人(详见Choi S,TanS H,Li Z,et al.SiGe epitaxial memory for neuromorphic computing withreproducible high performance based on engineered dislocations[J].Naturematerials,2018,17(4):335-340.)在Si上外延生长单晶SiGe层，利用单晶SiGe层材料的位错将金属导电细丝限制在一个一维通道中，避免导电细丝的随机生长，实现单通道忆阻器；但通常此类文献采取的方法比较复杂且不与CMOS工艺兼容。河南大学的魏凌等人(中国专利申请《一种细丝机制的小面积电极阻变存储器及其制备方法》，CN109980083A)公开了一种小面积电极阻变存储器的制备方法，通过制备热击穿电压比较小的绝缘介质层，实现电极通路产生位置的控制，但测试过程中探针的尺寸在微米级别，热击穿通路的尺寸具有很大随机性，导电通路的随机性仍然比较大；中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的杜刚等人(中国专利申请《阻变存储器及其制备方法》，CN106299108A)公开了一种阻变存储器及其制备方法，利用导电凸起阵列增加导电细丝在凸起处生长的概率，一定程度上降低导电通路形成和断裂的随机性，但导电通路在不断的循环操作过程中，仍然会发生形貌异变导致一致性变差，并且制备工艺相对复杂，容易引入杂质影响阻变性能。北京大学的蔡一茂等人(中国专利申请《有机阻变存储器及其制备方法》，CN103258958A)公开了一种有机阻变存储器及其制备方法，在两个聚对二甲苯层的界面处进行局部氧化修饰，从而形成有利于导电通道形成的薄弱区域，可以人为控制导电通路的位置与尺寸，但这种方法只针对于特定的有机材料。所以，研究一种调控尺寸与导电细丝尺寸接近、适用于常见忆阻材料、能实现高性能、低功耗的可控导电通路的忆阻器是非常迫切的需求。

发明内容