一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器，包括自下而上依次设置的衬底、底电极、阻变层和顶电极，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为5

【技术实现步骤摘要】
一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器
[0001]
：
[0002]本技术涉及存储器
，特别是涉及一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器。
[0003]
技术介绍
：
[0004]人脑神经能够摆脱传统冯诺依曼计算机瓶颈限制，并行处理大量的实时数据任务，在模式识别、图像思维、联想记忆等方面显示出巨大的优势。如何从人脑神经系统中得到启发，构造新型电子神经器件，搭建类人脑神经系统电路，成为首要解决的任务和当前研究热点。目前基于忆阻器的类脑神经模拟研究还处于初始阶段，国际上研究人员主要是将具有存储功能的忆阻器作为电子突触器件并实现突触可塑性这一人脑认知的关键功能，并取得了一系列开创性进展。
[0005]神经元传输的信号称为神经脉冲或者动作电位，大多数细胞的动作电位在
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10
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100mV之间。哺乳动物的神经细胞的动作电位为
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70mV，骨骼肌细胞为
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90mV，人的红细胞为
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10mV。目前性能优良的金属氧化物器件的操作电压大部分也在0.5
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5V之间，而生物神经元对信息处理的电位只有几十毫伏。这种差距将非常不利于类脑神经元模拟和大规模类脑神经网络的应用。
[0006]
技术实现思路
：
[0007]本技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过在Ta2O5薄膜中掺杂Al，形成阻变层，降低了氧离子在Ta2O5中的扩散势垒，及阻变存储器的工作电压，并提高阻变存储器的阻态保持性能的性能可调控且稳定性高的阻变存储器。
[0008]本技术的技术方案是：一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器，包括自下而上依次设置的衬底、底电极、阻变层和顶电极，其特征是：所述阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为5
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200nm。
[0009]进一步的，所述阻变层的厚度为10nm
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50nm。
[0010]进一步的，所述底电极和顶电极分别为金属W和Au。
[0011]进一步的，所述底电极的厚度为10nm
‑
50nm。
[0012]进一步的，所述顶电极的厚度为50
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200nm。
[0013]进一步的，所述衬底材料为Ti/SiO2/Si。
[0014]进一步的，所述阻变层中Al的摩尔掺杂浓度为1%
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10%。
[0015]本技术的有益效果是：
[0016]1、本技术通过在Ta2O5薄膜中掺杂Al，形成阻变层，降低了氧离子在Ta2O5中的扩散势垒，及阻变存储器的工作电压，并提高阻变存储器的阻态保持性能的性能。
[0017]2、本技术通过铝元素对Ta2O5掺杂，通过掺杂改变Ta2O5中氧空位的形成能和扩散势垒能，进而改变氧空位扩散激活能，实现对氧空位的扩散激活能的调控，进而对器件的工作电压进行调控，制备工艺简单，易于操作，得到的器件工作电压低，能够应用于大规模电子突触。
[0018]附图说明：
[0019]图1性能可调控且稳定性高的阻变存储器的结构示意图；
[0020]图2 未掺杂阻变层Ta2O5阻变存储器W/Ta2O5/Au 电流
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电压测试结果图；
[0021]图3 掺杂Al阻变层Ta2O5阻变存储器W/Ta2O5:Al/Au 电流
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电压测试结果图；
[0022]图4 Ta2O5结构示意图及扩散路径示意图；
[0023]图5 Al掺杂Ta2O5氧空位形成能随掺杂浓度变化的结果图；
[0024]图6 Al掺杂Ta2O5扩散势垒随掺杂浓度变化的结果图；
[0025]具体实施方式：
[0026]实施例：参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，图中，1
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衬底，2
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底电极，3
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阻变层，4
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顶电极。
[0027]性能可调控且稳定性高的阻变存储器，包括自下而上依次设置的衬底、底电极、阻变层和顶电极，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为5
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200nm，底电极和顶电极分别为金属W和Au，衬底材料为Ti/SiO2/Si；通过铝元素对Ta2O5掺杂，通过掺杂改变Ta2O5中氧空位的形成能和扩散势垒能，进而改变氧空位扩散激活能，实现对氧空位的扩散激活能的调控，进而对器件的工作电压进行调控，降低工作电压，并提高阻变存储器的阻态保持性能的性能。
[0028]下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。
[0029]实施例一：
[0030]衬底、底电极、阻变层和顶电极自下而上依次设置，其中，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为5nm，Al的摩尔掺杂浓度为1%；底电极和顶电极分别为金属W和Au，底电极的厚度为10nm，顶电极的厚度为50nm；衬底材料为Ti/SiO2/Si。
[0031]实施例二：
[0032]衬底、底电极、阻变层和顶电极自下而上依次设置，其中，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为10nm，Al的摩尔掺杂浓度为3%；底电极和顶电极分别为金属W和Au，底电极的厚度为20nm，顶电极的厚度为80nm；衬底材料为Ti/SiO2/Si。
[0033]实施例三：
[0034]衬底、底电极、阻变层和顶电极自下而上依次设置，其中，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为20nm，Al的摩尔掺杂浓度为5%；底电极和顶电极分别为金属W和Au，底电极的厚度为30nm，顶电极的厚度为120nm；衬底材料为Ti/SiO2/Si。
[0035]实施例四：
[0036]衬底、底电极、阻变层和顶电极自下而上依次设置，其中，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为50nm，Al的摩尔掺杂浓度为7%；底电极和顶电极分别为金属W和Au，底电极的厚度为40nm，顶电极的厚度为150nm；衬底材料为Ti/SiO2/Si。
[0037]实施例五：
[0038]衬底、底电极、阻变层和顶电极自下而上依次设置，其中，阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为200nm，Al的摩尔掺杂浓度为10%；底电极和顶电极分别为金属W和Au，底电极的厚度为50nm，顶电极的厚度为200nm；衬底材料为Ti/SiO2/Si。
[0039]本技术所述的阻变存储器采用如下方法制备而成（具体以实施例3的参数进行制备），包括如下步骤：
[0040]步骤1：Ti/SiO2/Si衬底1清洗；
[0041]步骤2：使用电子束蒸发一层Au薄膜，形成底电极2，具体沉积参数为：真空度为5
×
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4Pa，轰击电流为150mA，基底温度为180℃，基片转速6r/s，电子束电压6kV。
[0042]步骤3：利用射频磁控溅射技术，使用Al掺杂的Ta2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种性能可调控且稳定性高的阻变存储器，包括自下而上依次设置的衬底、底电极、阻变层和顶电极，其特征是：所述阻变层是掺杂有Al的Ta2O5薄膜，其厚度为5
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200nm。2.根据权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征是：所述阻变层的厚度为10nm
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50nm。3.根据权利要求1所述的性能可调控且稳定性高的阻变存储器，其特征是：所述底电极和顶电极分别为金属W...

【专利技术属性】
技术研发人员：武兴会，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：新型
国别省市：