一种基于AZO薄膜的阻变存储器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微电子技术领域，公开了一种基于氧化锌掺铝(AZO)薄膜的阻变存储器及其制备方法，所述阻变存储器为叠层结构，包括依次排列的阻变层和衬底，其中所述阻变层上设置有顶电极：所述衬底设置有底电极；其中，所述衬底为p

【技术实现步骤摘要】
一种基于AZO薄膜的阻变存储器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体地说，涉及一种基于AZO薄膜的阻变存储器及其制备方法。

技术介绍

[0002]氧化锌在常温状态下，可提供约3.4eV的宽带直接带隙。禁带宽度愈大，由于自由电子的愈少，该半导体材料的导电能力愈差，氧化锌作为一种这样的宽禁带半导体，常温状态下价带电子不可能激发到导带中。掺入Al元素后将使得氧化锌导带底生成更多载流子，费米能级升高，氧化锌的电阻率下降，电导变大，能带向低能方向漂移，利用N型导电。
[0003]采用氧化锌掺铝(AZO)陶瓷靶材制备AZO薄膜，通过在氩气与氧气的比例混合环境中进行沉积，是比较成熟的一种技术，磁控溅射法制备出来的薄膜平整度、透明度、致密性都相对较好。通过控制氧气的通入量来控制薄膜各个组元的成分比例，不需要升温操作，可在低温下合成并且环保，利于大面积薄膜的制备。AZO薄膜具有无毒、无污染、成本低、热稳定性良好的特性，因而备受研究人员的关注。目前，AZO已经被广泛应用于固态照明和显示器、催化和催化剂载体、紫外(UV)光电器件、航天器热控制涂层和微波介电器件等领域。
[0004]随着科技的迅猛发展，传统的随机存储器因其容易丢失、读写速度慢等缺点已经不能满足高速信息处理技术对存储器件密度和速度的苛求。为此，人们开始研究一些具有更高操作速度、更高存储密度、更低廉成本和更低的功耗的新型非易失存储器，如相变存储器、磁阻存储器、铁电存储器和相变存储器。其中，阻变存储器由于具有结构简单、擦写速度快、抗疲劳性好等优点被认为是下一代存储器最有力的竞争者，尤其是近年来备受关注的氧化物基阻变存储器。
[0005]阻变存储器的典型存储结构一般为金属
‑
阻变层
‑
金属的“三明治结构”，利用阻值变化来完成对信息的存储。I
‑
V曲线是决定一个器件制备出来是否具备阻变存储器的特性或者电阻值是否能随电压值的变化在高低阻值之间转换最明了、最简单的方式。
[0006]但目前大部分的阻变存储器都存在高低阻态不明显，高低阻态之比很小，且抗疲劳性差等问题，并不能真正广泛应用于信息存储产品中。

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本专利技术的目的是提供一种基于AZO薄膜的阻变存储器及其制备方法。
[0008]其具体技术方案如下：
[0009]本专利技术实施例第一方面首先提供一种基于AZO薄膜的阻变存储器，所述阻变存储器为叠层结构，包括依次排列的阻变层和衬底，其中所述阻变层上设置有顶电极：所述衬底设置有底电极；其中，所述衬底为p
‑
Si基片，所述阻变层为AZO薄膜。
[0010]在本专利技术实施例中，所述AZO薄膜的厚度为40～60nm。
[0011]在本专利技术实施例中，所述顶电极为Au、Al、Ag、W、TiN或Pt中的一种以上。
[0012]在本专利技术实施例中，所述底电极为Au、Al、TiN或Pt。
[0013]在本专利技术实施例的第二方面，还提供一种基于AZO薄膜的阻变存储器的制备方法，所述的基于AZO薄膜的阻变存储器的制备方法，包括如下具体步骤：
[0014]步骤S1.对AZO陶瓷靶材表面进行预处理；
[0015]步骤S2.用HF稀溶液将p
‑
Si基片表面生成的SiO2层去除，然后用无水乙醇超声清洗，待表面干燥后，将基片固定在托盘上；
[0016]步骤S3.打开磁控溅射设备总电源，打开循环水，打开充气阀，装好靶材和托盘，关充气阀；开机械泵，抽真空，打开真空计，待腔体内压强稳定降低到10Pa以下；开分子泵，调控分子泵板阀，待腔体内压强降到10
‑2Pa以下；开气瓶气阀，打开气体流量计，开充气阀，向腔体内通入Ar和O2；调节板阀，保持腔体内真空度在4.5～5.5Pa；打开射频电源，打开灯丝开关进行预热；
[0017]步骤S4.准备起辉，调节功率，保持电压在0.5～0.8kV且电流在280～320mA时进行预溅射清洗，去除靶材表面的杂质，然后移开挡板开始磁控溅射沉积AZO薄膜；
[0018]步骤S5.溅射结束后，按程序关闭设备电源，取出沉积了AZO薄膜的p
‑
Si基片；
[0019]步骤S6.将溅射好的AZO薄膜放入快速退火炉中，在空气气氛中进行退火处理；
[0020]步骤S7.常温下，将制备好的AZO薄膜放在带有Φ0.05mm圆孔阵列的金属掩模板下，通过磁控溅射法在AZO薄膜以及衬底表面分别镀一层金属Au点电极，即制得具有基于AZO薄膜的阻变存储器。
[0021]在本专利技术实施例中，步骤S1中所述AZO陶瓷靶材中铝的含量为10％。
[0022]在本专利技术实施例中，步骤S3中所述Ar：O2的气体流量比为40:10。
[0023]在本专利技术实施例中，步骤S3中所述Ar和O2均为高纯度气体，气体在进入真空腔体内之前混合或者分别进入真空腔体内后混合。
[0024]在本专利技术实施例中，步骤S3中所述预热的时间为5～8min。
[0025]在本专利技术实施例中，步骤S4中所述预溅射的时间为10～15min，磁控溅射的时间为30～40min。
[0026]在本专利技术实施例中，对AZO陶瓷靶材表面进行预处理包括用砂纸擦拭AZO陶瓷靶材表面的杂质，然后用无水乙醇将靶材清洗干净。
[0027]在本专利技术实施例中，步骤S4中所述预溅射和磁控溅射时靶基距为70mm。
[0028]在本专利技术实施例中，步骤S6中所述退火温度为700℃，退火时间为15min。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0030]第一、本专利技术制备的阻变存储器以AZO薄膜作为阻变层，开关比能达到两个数量级，高低阻态的阻值之比能达到20，且在100次循环测试下仍保持良好的稳定性，具有良好的阻变效应。
[0031]第二、本专利技术采用磁控溅射法制备阻变存储器，其制备工艺简单，成本低，适宜规模化生产。
[0032]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0033]图1为本专利技术提供的基于AZO薄膜的阻变存储器的结构示意图；
[0034]图2为实施例1中在700℃退火温度下制得的基于AZO薄膜的阻变存储器施加
±
8V偏压后测试的I
‑
V曲线图；
[0035]图3为实施例1中在700℃退火温度下制得的基于AZO薄膜的阻变存储器在+4V读取的高低阻态分布图；
[0036]图4为对比例1中不经退火处理制得的基于AZO薄膜的阻变存储器施加
±
4V偏压后测试的I
‑
V曲线图；以及
[0037]图5为对比例1中不经退火处理制得的基于AZO薄膜的阻变存储器在+2V读取的高低阻态分布图。
[0038]附图中：
[0039]101、顶电极；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AZO薄膜的阻变存储器，其特征在于，所述阻变存储器为叠层结构，包括依次排列的阻变层和衬底，其中所述阻变层上设置有顶电极：所述衬底设置有底电极；其中，所述衬底为p
‑
Si基片，所述阻变层为氧化锌掺铝(AZO)薄膜。2.根据权利要求1所述的基于AZO薄膜的阻变存储器，其特征在于，所述AZO薄膜的厚度为40～60nm。3.根据权利要求1所述的基于AZO薄膜的阻变存储器，其特征在于，所述顶电极包括Au、Al、Ag、W、Ti、TiN或Pt中的至少一种。4.根据权利要求1所述的基于AZO薄膜的阻变存储器，其特征在于，所述底电极包括Au、Al、TiN或Pt的任一种。5.一种基于AZO薄膜的阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤S1：对AZO陶瓷靶材表面进行预处理；步骤S2：用HF稀溶液将p
‑
Si基片表面生成的SiO2层去除，然后用无水乙醇超声清洗，待表面干燥后，将基片固定在托盘上；步骤S3：采用一内有腔体的溅射镀膜反应室，利用分子泵将腔体内压强抽至10
‑2Pa以下后，向腔体内通入Ar和O2，调节腔体内真空度在4.5～5.5Pa，并进行预热；步骤S4：准备起辉，调节功率，保持电压在0.5～0.8kV且电流在280～320mA时进行预溅射清洗，去除靶材表面的杂质，然后移开挡板开始磁控溅射沉积AZO薄膜；步骤S5：溅射结束后，按程序关闭设备电源，取出沉积了AZO薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓玲，郭晓斌，苏枫超，苏峥，邱文海，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：