一种基于电子-离子混合导体的忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体储存相关技术领域，提出了一种基于电子

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体储存相关
，具体涉及一种基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]忆阻器是一种联系磁通量与电荷量的电路器件，其通常呈“三明治”结构，具有结构简单、体积小，功耗低，反应快等优点，在储存和运算处理领域具有巨大潜力。虽然早在1971年就从理论上提出了这一电路元件的存在，但首个忆阻器件直到2008年才由惠普公司实现。随后忆阻器逐渐得到研究者的重视，得到了快速的发展，在逻辑电路、振荡器、以及神经网络电路等领域都有广泛应用。
[0003]目前，已报道的忆阻器基于忆阻材料中金属或氧空位导电细丝的生成和熔断，导电细丝的数量，大小以及形状决定了忆阻器件的性能。这一过程通常伴随离子的长程迁移，降低了器件的响应速度，增加了器件功耗。同时，由于导电细丝的形成路径具有随机性，在经过长时间的循环后，器件很可能因成分波动导致阻态波动，使得器件失稳并失效。因此，寻找新型阻变材料并发展新型忆阻器的制备技术是必不可少的。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器及其制备方法。其中，所述忆阻器的阻变层为电子
‑
离子混合导体，阳离子的短程跃迁及各向异性的电输运特性，使得阻变层在外加电压作用下会发生取向畴的可逆转变，从而使得阻变层的电阻产生高低阻态的切换。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器，其自下而上包括衬底、底电极、阻变层及顶电极；其中，所述阻变层为电子
‑
离子混合导体，具体为Cu2Se、Cu2S、Cu2Te、Ag2Se、Ag2S、Ag2Te、Zn4Sb3、AgCrSe2、CuCrSe2、Ag8MX6(M＝Sn,Ge,Si；X＝Te,Se,S)、Ag9AlSe6、Ag9GaSe6等中的一种或多种。
[0007]按上述方案，所述阻变层的厚度为20
‑
100nm。
[0008]按上述方案，所述底电极的材料选用Cu、Al、W、Nb、Au、Mo、Ti等中的一种。
[0009]按上述方案，所述底电极的厚度为30
‑
200nm。
[0010]按上述方案，所述顶电极的材料选用Cu、Pt、Ag等中的一种。
[0011]按上述方案，所述顶电极的厚度为30
‑
200nm。
[0012]上述基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器的制备方法，在衬底上依次采用底电极材料、阻变层材料、顶电极材料进行镀膜，得到基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器。具体包括以下步骤：
[0013](a)提供衬底；
[0014](b)在所述衬底表面采用底电极材料进行镀膜，制备底电极；
[0015](c)在所述底电极表面采用阻变层材料进行镀膜，制备阻变层；
[0016](d)在所述阻变层表面采用顶电极材料进行镀膜，制备顶电极，得到基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器。
[0017]按上述方案，步骤(b)
‑
(d)中的制备方法选用真空蒸镀、磁控溅射、激光脉冲沉积或电子束蒸发等中的一种。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019](a)本专利技术采用过渡金属硫族化合物为阻变层，阻变机理显著区别已有的忆阻材料，为在外加电压作用下引起晶体取向的可逆转变，从而使得阻变层的电阻产生高低阻态的切换。
[0020](b)本专利技术所述的基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器避免了传统材料中由于离子长程迁移导致导电细丝的形成路径具有随机性，解决了器件在经过长时间的循环后，很可能因成分波动导致阻态波动，使得器件失稳并失效的问题。
[0021](c)本专利技术所述的基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器基于取向畴转变的阻变机制，还降低了操作电压(＜1V)，降低了器件的功耗。
[0022](d)本专利技术采用过渡金属硫族化合物为阻变层，避免了有毒元素的使用。
附图说明
[0023]图1为实施例1中基于电子
‑
离子混合导体Cu2Se的忆阻器的结构示意图。
[0024]图2为实施例2中基于电子
‑
离子混合导体Cu2Se的忆阻器的结构示意图。
[0025]图3为实施例3中基于电子
‑
离子混合导体Cu2Se的忆阻器的结构示意图。
[0026]图4为实施例4中基于电子
‑
离子混合导体Cu2Te的忆阻器的结构示意图。
[0027]图5为实施例5中基于电子
‑
离子混合导体Ag2Te的忆阻器的结构示意图。
[0028]图6为实施例1中制备的忆阻器中可以互相转换的两种取向畴的电子衍射。
[0029]图7为实施例2中制备的忆阻器中可以互相转换的两种取向畴界面的扫描透射电子显微(STEM)图片。
[0030]图8为实施例3中制备的忆阻器中可以互相转换的两种取向畴界面的高分辨透射电子显微(HRTEM)图片。
[0031]图9为实施例3中制备的忆阻器的直流I
‑
V曲线。
具体实施方式
[0032]为了更好的理解本专利技术，下面结合附图及实施例进一步详细说明本专利技术的内容。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]下述实施例中，所述阻变层为室温下稳定存在的过渡金属硫属电子
‑
离子混合导体，具体采用Cu2Se、Ag2Te作为代表性示例。
[0034]下述实施例中，磁控溅射或真空真镀铜膜、Cu2Se薄膜、Ag膜分别采用的市售铜靶、硒化亚铜靶材、银靶。其中，利用磁控溅射设备进行沉积膜层时，选用相应的靶材在一定的真空度(如本底真空2
×
10
‑4Pa)下，一般采用流量20
‑
30sccm的氩气，在一定工作电压下，以0.1
‑
2.0nm/s的速率沉积相应的膜层。利用真空真镀设备进行沉积膜层时，选用相应的靶材在一定的真空度(如真空度优于4
×
10
‑4Pa)下，一般采用加热电流100
‑
180A，以0.1
‑
0.5nm/s
的速率沉积相应的膜层。
[0035]实施例1
[0036]本实施例提供的基于电子
‑
离子混合导体Cu2Se取向畴转变的忆阻器的结构示意图如图1所示，其包括衬底、底电极、顶电极以及阻变层，底电极位于衬底上，阻变层位于底电极和顶电极之间。
[0037]在本实施例中，衬底采用硅衬底，底电极采用Cu，厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器及其制备方法，：所述忆阻器自下而上包括衬底、底电极、阻变层及顶电极其特征在于：所述忆阻器自下而上包括衬底、底电极、阻变层及顶电极；其中，所述阻变层为电子
‑
离子混合导体。2.根据权利要求1所述的基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器及其制备方法，其特征在于，所述阻变层为室温下稳定存在的过渡金属硫属电子
‑
离子混合导体。3. 根据权利要求1所述的基于电子
‑
离子混合导体的忆阻器及其制备方法，其特征在于，所述电子
‑
离子混合导体具体为Cu2Se、Cu2S、Cu2Te、Ag2Se、Ag2S、Ag2Te、Zn4Sb3、AgCrSe2、CuCrSe2、Ag8MX6、Ag9AlSe6、Ag9GaSe6中的一种；其中，M=Sn, Ge, Si中的一种，X=Te, Se, S中的一种。4. 根据权利要求1所述的忆阻器，其特征在于，所述阻变层的厚度为20
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴劲松，白辉，唐新峰，苏贤礼，杨东旺，唐昊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：