使用介孔材料的非易失性纳米沟道存储器件制造技术

一种使用介孔材料的非易失性纳米沟道存储器件。特别地，一种由能够形成纳米沟道的介孔材料组成的存储器件，其中具有填充入纳米沟道的金属纳米颗粒或金属离子的存储层配置在上电极和下电极之间。因而，该存储器件具有高的加工性，并显示了优异的重现性和均一的性能。

【技术实现步骤摘要】

一般地，本专利技术的实施方式涉及到使用介孔材料的非易失性(nonvolatile)纳米沟道(nanochannel)存储器，更具体地，涉及存储器件，其包含能够形成纳米沟道的介孔材料，其中具有填入纳米沟道的金属纳米颗粒或金属离子的存储层布置于上电极和下电极之间。
技术介绍
随着信息和通讯产业的快速发展，对各种存储器件的需求急剧增长。具体地，便携式终端、各种智能卡、电子货币、数码相机、游戏、MP3唱机等需要的存储器件必须是非易失性的，以使得记录的信息即使在不耗电时也不会丢失。随着大规模集成电路(LSI)技术的发展，集成在IC芯片上的存储器的比特数达到兆级，因此，需要具有亚微米的尺度的线路和间隔的宽度。虽然几乎所有通常的非易失性存储器件使用标准的硅技术制造，但由此制造的硅基器件存在缺点，比如复杂的结构和大尺寸的单个存储单元，其高容量不能实现。为了制造具有高集成度的高存储容量的硅基存储器，应该采用能减小在单位面积上的线路和间隔宽度的精密加工。这增加了加工成本并导致制造存储芯片的高成本。而且，该芯片制造技术使得难以进一步缩小芯片，因而，于是面对盈利的问题。因此，有各种努力来开发下一代的存储器件，其不同于通常的存储器件，其具有特别高的速度、高容量和低能耗，适用于便携式信息和通信系统及装置的发展以无线地处理大量信息。取决于构成半导体中的单元的材料种类，下一代的存储器件包括，例如，铁电RAM，磁RAM，相变RAM，纳米管RAM，全息存储器，有机存储器等。这些存储器件中，利用通过向提供在上和下电极之间的有机材料施加电压得到的双稳电阻值，有机存储器获得了存储容量。因此，有机存储器能克服作为通常闪速存储器(flash memory)缺点的加工性、制造成本和集成度的问题，同时不变地展示了作为闪存存储器优点的非易失性的特征。因此，有机存储器被广泛地期望成为下一代的存储器技术。在这一点上，美国的Potember于1979年首先报道了利用CuTCNQ(7，7，8，8-四氰基-对-喹啉并二甲烷)作为含有有机金属的电荷转移配合物的存储现象以及在纳秒级速度的电转换(switching)[Appl.Phys.Lett.，34(1979)405]。日本专利公开号Sho.62-956882公开了一种使用CuTCNQ的电存储器件。然而，由于使用单体，只能通过使用昂贵的蒸发器的热沉积制造以上存储器件，而不是使用简单的工艺如旋涂。因而，在加工性上没有优势。作为在施加电场后显示电双稳态的有机材料，除电荷转移材料外，导电聚合物也是已知的[Thin Solid Film，446(2004)296-300]。此外，已有报道通过利用基于酞菁的化合物作为有机染料获得存储性能[Organic Electronics，4(2003)39-44]。此外，已知由于在氧化-还原和电场下构象变化的转换/存储性能[Applied Physics Letter，82(2003)1215]。美国专利申请公开号2002-163057公开了半导体器件，其包括插入到上和下电极之间、由包含离子盐如NaCl或CsCl和导电性聚合物的混合物制成的中间层。该器件显示了利用电场下电荷分离的转换/存储性能。虽然该导电性聚合物可以用于旋涂，但其分子量和分布难于精确控制。因此，该材料的重现性是有问题的，并且不想实现器件性能的均一性。此外，美国专利号6,055,180公开了存储器件，其利用依赖于氟基聚合物，如聚(乙烯基二氟乙烯)晶相的铁电性。然而，由于氟的疏水性能，该氟基聚合物难以应用，因而降低了加工性。而且，以上专利的缺点在于因为信息只能记录一次，所存储的信息可光学地读取，器件尺寸增大和其结构变得复杂。此外，美国专利申请公开号2003-166602公开了包括有源层的存储器件，其中存在用于电荷转移的多个纳米沟道或孔，不需使用通常的半导体材料。然而，由于电荷转移通道由聚合物材料形成且提供离子的无源层必须与有源层一起存在以改变有源层的电导性能，上述器件具有复杂的结构。进一步，由USA，UCLA的教授Y.Yang通过将薄的金属纳米簇置于两个有机层之间制造的存储器件据报道具有优异的存储性能，这可理解为基于经由用作电容的金属纳米簇的充电/放电的器件总电阻的变化，或基于由J.G.Simmons和R.R.Verderber提出的MIM(金属/绝缘体/金属)存储现象。此外，利用分散于聚合物的金颗粒，IBM制造了显示MIM存储现象的存储器件。同样，上述存储器件的特征在于金颗粒用作电流通道。如上所述，因为由于使用单体，只能通过使用昂贵的蒸发器热沉积，而不是使用简单的工艺如旋涂，因此通常使用的具有双稳态的有机材料是不利的。导电性聚合物可进行旋涂，然而其精确分子量和分布难以得到。因此，该材料的重现性是有问题的，导致器件性能的非均一性。在金属纳米颗粒沉积在有机材料层之间或分散在聚合物中的情况下，电流通道变得无规并因此不可控，从而得到差的重现性和非均一的性能。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施方式是考虑到上述现有技术的问题而进行的，且本专利技术实施方式的一个目的是提供存储器件，其中使电流成为可能的金属纳米颗粒或金属离子填充到纳米沟道，形成存储层，其然后用于确保均一的电荷转移通道，从而显示优异的重现性和均一的性能。根据用以实现上述目的本专利技术实施方式的一个方面，提供存储器件，其中具有填入纳米沟道的金属纳米颗粒或金属离子的存储层布置在上电极和下电极之间。根据本专利技术实施方式的另一个方面，提供制造在上电极和下电极之间包括存储层的存储器件的方法，该方法包括利用介孔材料在下电极上涂敷存储层以形成纳米沟道；填充金属纳米颗粒或金属离子到纳米沟道中；和在存储层上沉积上电极。附图说明通过结合附图的下列详细描述，将更加清楚的理解本专利技术实施方式的上述和其它目的、特征和优点，附图中图1为示意性示出根据本专利技术实施方式的存储器件的剖视图；图2a和2b为分别示出根据本专利技术实施方式存储器件的钟型存储现象和高速转换型存储现象的电流-电压曲线图； 图3为示意性示出实施例1中使用AAO(Anodized Aluminum Oxide，阳极化氧化铝)的存储器件制造过程的图；图4为示出在实施例1中利用AAO制造的非易失性纳米沟道存储器件的透视图；图5为示出在实施例1中制造的AAO存储器件存储性能的电流-电压曲线图；图6a和6b为连续地示出在实施例1中制造的AAO存储器件的重置状态和设置状态存储性能的曲线图；图7为示出在实施例2中利用TiO2制造的非易失性的纳米沟道存储器件的剖视图；和图8a和8b为示出实施例2中利用Al和Cu作为上电极制造的TiO2存储器件的存储性能的电流-电压曲线图。具体实施例方式下面参照附图对本专利技术的实施方式进行详细描述图1为示出根据本专利技术实施方式的存储器1的示意性剖视图。如图1所示，本专利技术实施方式的存储器件1包括上电极10，下电极30，和夹在上电极10和下电极30之间的存储层20。特别地，存储层20由介孔材料形成，因而在其中具有纳米沟道。像这样，将使得电流成为可能的金属纳米颗粒或金属离子填充到纳米沟道中，因而形成电流通道。即，当电压施加到存储器件1时，存储层20的电阻值呈现双稳性，并实现存储性能。进一步，由于甚至在没有上下电极10和30时也保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器件，其包含：下电极；上电极；和存储层，其中该存储层配置在上和下电极之间并包含介孔材料，其中该存储层包含纳米沟道，其中该纳米沟道包含金属纳米颗粒或金属离子。

【技术特征摘要】
KR 2005-2-7 11290/051.一种存储器件，其包含下电极；上电极；和存储层，其中该存储层配置在上和下电极之间并包含介孔材料，其中该存储层包含纳米沟道，其中该纳米沟道包含金属纳米颗粒或金属离子。2.如权利要求1所述的存储器件，进一步包含阻挡层，其位于a)存储层和下电极之间和b)存储层和上电极之间中的至少一个位置上。3.如权利要求1所述的存储器件，其中所述介孔材料为有机材料、无机材料或有机-无机复合物。4.如权利要求1所述的存储器件，其中所述介孔材料为无机材料。5.如权利要求4所述的存储器件，其中所述无机材料为选自以下的至少一种TiO2、ZnO、CuO、SiO2、Al2O3及其混合物。6.如权利要求1所述的存储器件，其中所述纳米沟道尺寸为0.5-100nm。7.如权利要求1所述的存储器件，其中所述存储层通过将介孔材料进行热沉积、溅射、电子束蒸发、旋涂、喷墨印刷或卷-对-卷涂布而形成。8.如权利要求1所述的存储器件，其中所述存储层厚度为10nm-100μm。9.如权利要求1所述的存储器件，其中所述金属纳米颗粒或金属离子为选自铝、金、银、铂和氧化铟锡的金属的纳米颗粒或离子。10.如权利要求1所述的存储器件，其中所述金属纳米颗粒尺寸为10nm或更小。11.如权利要求1所述的存储器件，其中所述金属纳米颗粒或金属离子利用热沉积填充入纳米沟道。12.如权利要求11所述的存储器件，其中所述存储器件包含在存储层和上电极之间的阻挡层，和在利用热沉积沉积上电极的同时金属纳米颗粒或金属离子经由金属扩散填充入纳米沟道。13.如权利要求2所述的存储器件，其中所述阻挡层由选自以下的材料形成导电性聚合物、非导电性聚合物、不同于用于存储层的介孔材料的介孔材料、和能够利用热沉积形成薄膜的有机单体或无机材料。14.如权利要求12所述的存储器件，其中所述阻挡层由选自以下的材料形成导电性聚合物、非导电性聚合物、不同于用于存储层的介孔材料的介孔材料、和能够利用热沉积形成薄膜的有机单体或无机材料。15.如权利要求13所述的存储器件，其中所述导电性聚合物为至少一种选自以下的均聚物或共聚物聚(正乙烯基吡啶)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(环氧乙烷)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚(苯乙烯-磺酸)、聚(环戊二烯基甲基-降冰片烯)和聚(氨基酸)，所述非导电性聚合物为至少一种选自以下的均聚物或共聚物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI)和聚碳酸酯(PC)，所述不同于用于存储层的介孔材料的介孔材料为选自以下的任意一种利用硅氧烷或倍半硅氧烷作为基体和利用环糊精、杯芳烃或树枝状大分子作为孔-形成材料制备的薄膜，和利用硅石或嵌段三元聚合物聚环氧乙烷/聚环氧丙烷/聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)作为基体和利用表面活性剂作为孔-形成材料制备的薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：周原提，林珍亨，李光熙，李相均，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]