基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法，该选通管包括：底电极；转换层，位于所述底电极一侧表面；顶电极，位于所述转换层远离所述底电极一侧表面；其中，所述转换层的材料为钛掺杂的氧化铌。未掺杂钛的氧化铌选通管相比于本发明专利技术，需要在选通管上外加

【技术实现步骤摘要】
基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及信息存储
，尤其涉及一种基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年来，伴随着大数据、5G通信、人工智能、云计算等高新技术的兴起，所需存储和读取的信息量也是不断增加，因此就需要性能更加优良的存储器来满足这些新兴技术对数据存储的需求。目前商用的主流半导体存储器是浮栅结构的闪存(Flash)存储器，然而，近30年来，浮栅闪存存储器除了在特征尺寸上有缩小之外，在其他方面并没有特别大的改进。当前的浮栅闪存存储器的特征尺寸已经缩小到了纳米级别，此时由于面临许多理论和技术上的限制，尺寸难以进一步缩小；同时其平面集成架构也难以进一步提高存储密度来满足21世纪人们对存储信息量的需求。因此开发出基于新材料、新结构的新型存储器是必然的选择。目前所研发以基于非易失性电阻转变的阻变存储器(RRAM)为代表的新型存储器具有良好的可扩展性、低能耗、快速转换速度、较长的耐受时间和简单的器件结构等一系列优点。
[0003]然而，在将存储器进行集成，制备高存储密度的阵列以存储大量数据时，由于阵列中相邻单元的干扰，会产生非常明显的串扰效应，从而导致数据读取错误。为了解决串扰效应引起的误读问题,目前主要的解决方法是将存储器和一个选择器串联起来进行集成。目前所研究的选择器包括具有整流特性的选通管(selector)，二极管，和三极管。
[0004]其中，选通管器件是两端结构，晶体管是三端结构，选通管器件的结构比晶体管的结构简单，且可扩展性好。与二极管相比，选通管器件独特的双极对称性使得在集成后读取和写入数据时没有极性的限制。且选通管器件可以很好地控制漏电流，因此，选通管器件被认为是最有希望在新型存储器三维堆叠中最终得到应用的器件。
[0005]然而，用现有的技术所制造出来的选通管器件在制作完成后大多都需要Forming过程使器件从初始状态转变到高阻态以达到激活器件的目的，激活后器件才表现出基于易失性的阈值转变，具有选择性功能，而这增加了存储器电路操作的复杂性。考虑到目前的器件尺寸越做越小，集成度也越来越高，如果每一个器件都需要施加一个大的Forming电压来激活器件，这对电路设计施加了严格的束缚。
[0006]由于实施Forming过程通常都是在选通管上加一个大电压，这虽然激活了选通管，但同时也使得选通管的电阻发生了未知的变化。且较大的Forming电压还会对选通管的内部结构造成不可逆转的损伤，可能会降低选通管的稳定性和耐受性，这严重阻碍了选通管器件的大范围应用。在将选通管和存储器进行集成时，Forming过程的存在对电路设计提出了更高的要求。在加一个大电压进行Forming时，为了避免器件给击穿，需要对器件设置限流，在电路设计的时候就需要一个额外的高压电源模块和限流模块，这对电路设计和器件测试都是一个沉重的负担。
[0007]基于目前选通管器件在制作完成之后都需要Forming过程而存在的技术缺陷，有
必要对此进行改进。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法，以解决现有技术中的选通管器件在制作完成之后都需要Forming的技术问题。
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管，包括：
[0010]底电极；
[0011]转换层，位于所述底电极一侧表面；
[0012]顶电极，位于所述转换层远离所述底电极一侧表面；
[0013]其中，所述转换层的材料为钛掺杂的氧化铌。
[0014]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管，所述底电极的材料为Ti、Pt、W或TiN中的一种；所述顶电极的材料为Pt或Ti中的一种。
[0015]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管，所述底电极的厚度为150～180nm，所述转换层的厚度为35～230nm，所述顶电极的厚度为85～200nm。
[0016]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管，所述底电极与转换层形状相同，所述底电极为矩形，所述底电极边长为2μm～2cm；所述顶电极形状为矩形或圆形，所述顶电极边长或直径为50～300μm。
[0017]第二方面，本专利技术还提供了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，包括以下步骤：
[0018]提供底电极；
[0019]在所述底电极表面制备转换层；
[0020]在所述转换层远离底电极一侧的表面制备顶电极；
[0021]其中，所述转换层的材料为钛掺杂的氧化铌。
[0022]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，在所述底电极表面制备转换层具体包括：
[0023]以五氧化二铌、二氧化钛或金属钛为靶材，利用磁控溅射法在所述底电极表面沉积得到钛掺杂的氧化铌。
[0024]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，磁控溅射法控制的工艺条件为：压力为2～6Torr，温度为280～320K，五氧化二铌靶材的溅射功率为50～120W，二氧化钛靶材的溅射功率为20～50W或金属钛靶材的溅射功率为15～21W，五氧化二铌靶材、二氧化钛或金属钛靶材同时溅射。
[0025]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，所述顶电极的材料为Pt或Ti，以Pt或Ti为靶材利用磁控溅射法在所述转换层远离底电极一侧的表面制备顶电极。
[0026]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，制备顶电极控制的工艺条件为：压力为4Torr，温度为300K，溅射功率为40～100W。
[0027]可选的，所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，五氧化二铌靶材、二氧化钛靶材采用射频磁控溅射，金属钛靶材采用直流溅射。
[0028]本专利技术的一种基于钛掺杂的氧化铌选通管相对于现有技术具有以下有益效果：
[0029](1)未掺杂钛的氧化铌选通管相比于本专利技术，需要在选通管上外加-5.15V的
Forming电压，只有经过Forming过程选通管才能表现出阈值转变的性能。本专利技术的基于钛掺杂的氧化铌选通管，不需要Forming过程就可以直接表现出阈值转变的性能，具有Forming-free的特性，可以极大地缓解外围电路的设计压力，并保护器件免受大电压的破坏；
[0030](2)本专利技术的基于钛掺杂的氧化铌选通管，在尺寸相同的情况下，掺杂钛的选通管的ON态电流可以达到30mA，而未掺杂钛选通管的ON态电流不超过500μA，由此可见，掺杂钛的选通管的ON态电流密度增加了约100倍，大的电流密度使得器件具有抗过冲能力。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例1的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钛掺杂的氧化铌选通管，其特征在于，包括：底电极；转换层，位于所述底电极一侧表面；顶电极，位于所述转换层远离所述底电极一侧表面；其中，所述转换层的材料为钛掺杂的氧化铌。2.如权利要求1所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管，其特征在于，所述底电极的材料为Ti、Pt、W或TiN中的一种；所述顶电极的材料为Pt或Ti中的一种。3.如权利要求1所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管，其特征在于，所述底电极的厚度为150～180nm，所述转换层的厚度为35～230nm，所述顶电极的厚度为85～200nm。4.如权利要求1所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管，其特征在于，所述底电极与转换层形状相同，所述底电极为矩形，所述底电极边长为2μm～2cm；所述顶电极形状为矩形或圆形，所述顶电极边长或直径为50～300μm。5.一种基于钛掺杂的氧化铌选通管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供底电极；在所述底电极表面制备转换层；在所述转换层远离底电极一侧的表面制备顶电极；其中，所述转换层的材料为钛掺杂的氧化铌。6.如权利要求4所述的基于钛掺杂的氧化铌选通管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，陈大磊，万厚钊，桃李，张军，汪汉斌，汪宝元，沈谅平，马国坤，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：