忆阻器及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种忆阻器，其包括衬底以及设置在衬底上的间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；其中，第一电极功能层和第二电极功能层之间通过纳米线或纳米带连接以实现电子导通。本发明专利技术的忆阻器改变了传统的“三明治结构”的忆阻器，通过在衬底上的同一平面上设置两部分间隔的电极功能层，并利用纳米线或纳米带实现二者之间的电子导通，能够保证该忆阻器在循环的正负电压下进行高电阻和低电阻切换，并且得到高电阻值/低电阻值(HRS/LRS)。本发明专利技术还提供了上述忆阻器的制作方法，其简化了工艺，也使器件的测试更为便利。

Memristor and its fabrication method

The invention provides a memristor comprising a substrate and a first and second electrode functional layers spaced on the substrate, in which the first and second electrode functional layers are connected by nanowires or nanobelts to achieve electronic conduction. The memristor of the invention changes the traditional \sandwich structure\ memristor. By setting two partially spaced electrode functional layers on the same plane on the substrate and realizing electronic conduction between the two layers using nanowires or nanoribbons, the memristor can ensure high resistance and low resistance switching under cyclic positive and negative voltage, and obtain high resistance/low resistance (HRS/L). RS). The invention also provides the fabrication method of the memristor, which simplifies the process and makes the device test more convenient.

【技术实现步骤摘要】
忆阻器及其制作方法
本专利技术属于半导体器件领域，具体来讲，涉及一种忆阻器及其制作方法。
技术介绍
突触可塑性是学习与记忆的重要分子基础，因此突触仿生和突触可塑性模拟被认为是实现高效类脑人工神经网络的第一步。忆阻器作为第四种基本电路元件，拥有独特的类神经突触非线性电学传输特性，它的出现和发展为实现这一目标提供了可能。突触和忆阻器有着十分相似的传输特性，单个忆阻器便可能模拟一个突触的基本功能；与传统使用的由多个晶体管和电容器相结合的互补金属氧化物半导体(CMOS)来模拟一个突触相比，忆阻器减少了很多能耗，也降低了集成电路的复杂性。忆阻器是非线性、无源、双端电学器件，其具有或展现作为偏置历史的函数的瞬态电阻水平，其最大的特点为：它的电阻值非恒定，而是随着外加电压或电流的大小、极性而发生变化，并且这些变化具有非易失性，可以在很长一段时间内被保留下来。传统的忆阻器通常是采用从上至下依次为顶电极、中间介质层、底电极的三明治结构，通常采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射等真空气相沉积制备，通过调节两个金属电极层之间的电压来改变电阻，实现低阻态和高阻态，制备工艺较为复杂。目前忆阻器的研究主要基于氧化物材料的体系，其工作机理主要依赖离子、氧空位在电场作用下迁移和聚集。然而，基于离子、氧空位迁移的过程速度较慢，很难在顶电极和底电极之间形成导电丝，给低阻态的实现造成了阻碍，得不到很高的开关比，所需偏置电压很大造成功耗大，且受到热效应的影响而使得稳定性较差，随机性很大，难以控制，且很容易受到外界环境的影响，这些都限制了忆阻器的发展。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种忆阻器及其制作方法，该忆阻器通过设置同一平面上的两部分电极功能层，并利用纳米线或纳米带实现二者之间的电子导通，能够使该忆阻器在循环的正负电压下进行高电阻和低电阻切换，并且得到高HRS/LRS(高电阻值/低电阻值)值。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种忆阻器，包括衬底以及设置在所述衬底上的间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；其中，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间通过纳米线或纳米带连接以实现电子导通。进一步地，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间的最小宽度为50nm～50μm。进一步地，所述第一电极功能层远离所述衬底的顶面和所述第二电极功能层的远离所述衬底的顶面齐平，并且所述纳米线或纳米带的顶面不低于所述第一电极功能层及所述第二电极功能层的顶面。进一步地，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的厚度均为1nm～600nm；所述纳米线或纳米带的厚度为1nm～1000nm。进一步地，所述纳米线或纳米带的材料为Ge2Sb2-xBixTe5；其中，0≤x≤2。进一步地，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的材料均选自Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Mg、Na、Sn中的任意一种。进一步地，所述忆阻器还包括设置在所述衬底和所述第一电极功能层之间的第一导电电极、以及设置在所述衬底和所述第二电极功能层之间的第二导电电极。优选地，所述第一导电电极和所述第二导电电极的材料均选自Pt、Ni、Mn、Mo、Nb、Pd、Ru、RuO2、Ta、TaN、W、WN、Ti及钛的氧化物中的任意一种；和/或，所述第一导电电极和所述第二导电电极的厚度均为1nm～600nm。进一步地，所述忆阻器还包括设置在所述衬底和所述第一导电电极之间的第一电极吸附层、以及设置在所述衬底和所述第二导电电极之间的第二电极吸附层。优选地，所述第一电极吸附层和所述第二电极吸附层的材料均选自Cr、Ti、Ni中的任意一种；和/或，所述第一电极吸附层和所述第二电极吸附层的厚度均为0.1nm～100nm。进一步地，所述忆阻器还包括环绕设置于所述第一电极功能层和所述第二电极功能层周围的阻变层。优选地，所述阻变层的材料为Ge2Sb2-xBixTe5；其中，0≤x≤2。优选地，所述阻变层的远离所述衬底的顶面与所述纳米线或纳米带的顶面齐平。本专利技术的另一目的还在于提供了一种如上任一所述的忆阻器的制作方法，其包括步骤：S1、在衬底上制作间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；S2、至少在所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间沉积阻变材料，以形成阻变源层；S3、采用飞秒激光于所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间的阻变源层上进行划线，在所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间形成纳米线或纳米带；其中，若要求所述忆阻器的开关比不低于1000，则去除非划线区域的阻变源层；若要求所述忆阻器的开关比小于1000，则不去除或部分去除非划线区域的阻变源层。本专利技术通过在衬底上的同一平面上设置两部分间隔的电极功能层，并利用纳米线或纳米带实现二者之间的电子导通，能够保证该忆阻器在循环的正负电压下进行高电阻和低电阻切换，并且得到高HRS/LRS(高电阻值/低电阻值)值。本专利技术的忆阻器改变了传统的“三明治结构”的忆阻器。本专利技术的具有全新结构的忆阻器的制作方法简化了工艺，也使器件的测试更为便利。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的第一种忆阻器的剖面结构示意图；图2是根据本专利技术的第二种忆阻器的剖面结构示意图；图3是根据本专利技术的第三种忆阻器的剖面结构示意图；图4-图6是根据本专利技术的第一种忆阻器的制作方法的工艺流程图；图7-图8是根据本专利技术的第二种忆阻器的制作方法的局部工艺流程图；图9-图11是根据本专利技术的第三种忆阻器的制作方法的局部工艺流程图；图12是根据本专利技术的实施例1的忆阻器电流-电压特性曲线；图13是根据本专利技术的实施例2的忆阻器电流-电压特性曲线。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。基于现有技术中忆阻器一般所具有的“三明治结构”，其将导致难以在顶电极和底电极之间形成导电丝，从而给低阻态的实现造成阻碍，得不到很高的开关比，所需偏置电压很大造成功耗大，且受到热效应的影响而使得稳定性较差，随机性很大，难以控制，且很容易受到外界环境的影响。为此，本专利技术提供了具体全新结构的忆阻器。具体参阅图1，本专利技术提供了第一种结构的忆阻器，其包括衬底1以及设置在该衬底1上的间隔的第一电极功能层21和第二电极功能层22；其中，第一电极功能层21和第二电极功能层22之间通过纳米功能部3连接以实现电子导通。在该忆阻器中，第一电极功能层21和第二电极功能层22的材料可具体选自Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Mg、Na、Sn中的任意一种。如此，该第一电极功能层21和第二电极功能层22内的金属离子能够更好地通过纳米功能部3形成导电通路，从而加快了该忆阻器低阻态的形成、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种忆阻器，其特征在于，包括衬底以及设置在所述衬底上的间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；其中，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间通过纳米线或纳米带连接以实现电子导通。

【技术特征摘要】
1.一种忆阻器，其特征在于，包括衬底以及设置在所述衬底上的间隔的第一电极功能层和第二电极功能层；其中，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间通过纳米线或纳米带连接以实现电子导通。2.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层之间的最小宽度为50nm～50μm。3.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的远离所述衬底的顶面齐平，并且所述纳米线或纳米带的顶面不低于所述第一电极功能层及所述第二电极功能层的顶面。4.根据权利要求3所述的忆阻器，其特征在于，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的厚度均为1nm～600nm；所述纳米线或纳米带的厚度为1nm～1000nm。5.根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述纳米线或纳米带的材料为Ge2Sb2-xBixTe5；其中，0≤x≤2。6.根据权利要求1-5任一所述的忆阻器，其特征在于，所述第一电极功能层和所述第二电极功能层的材料均选自Ag、Cu、Al、Zn、Fe、Mg、Na、Sn中的任意一种。7.根据权利要求6所述的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器还包括设置在所述衬底和所述第一电极功能层之间的第一导电电极、以及设置在所述衬底和所述第二电极功能层之间的第二导电电极。8.根据权利要求7所述的忆阻器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，戴阳，陶华露，易成汉，李文杰，钟国华，杨春雷，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44