当与高度结晶的晶种层结合时在PCMO薄膜上获得可逆电阻转换的方法技术

一种当与高度结晶的晶种层结合时，在ＰＣＭＯ薄膜上获得可逆电阻转换的方法，其包括：通过ＭＯＣＶＤ以高度结晶的形式沉积厚度为约５０＊～３００＊的ＰＣＭＯ薄膜的晶种层；通过旋涂法将厚度为约５００＊～３０００＊的第二ＰＣＭＯ薄膜层沉积在该晶种层上以形成复合ＰＣＭＯ层；通过施加脉冲宽度为约７５ｎｓ～１μｓ的、约－４Ｖ～－５Ｖ的负电脉冲提高半导体设备中复合ＰＣＭＯ膜的电阻；通过施加脉冲宽度大于２．０μｓ的、约＋２．５Ｖ～＋４Ｖ的正电脉冲降低半导体设备中复合ＰＣＭＯ层的电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过旋涂法在由MOCVD沉积的高度结晶的PCMO晶种层上制备PCMO薄膜的方法。该PCMO薄膜具有稳定的可逆电阻转换性能，其使用负的纳秒级的短电脉冲将电阻写入高状态，并使用正的微秒级的长电脉冲将电阻重新设置为低状态。
技术介绍
通过脉冲激光烧蚀(PLA)技术使通过施加电脉冲具有可逆电阻变化的Pr0.3Ca0.7MnO3(PCMO)金属氧化物薄膜在取向生长的YBa2Cu3O7(YBCO)和部分取向生长的铂基质上生长，该脉冲激光烧蚀技术在shangqingLiu等人的“电脉冲引发的磁电阻膜中的可逆电阻变化效应”，Applied Physics Letters，Vol.76，No.19，pp.2749，2000年5月；和2001年3月2 0日授权的美国专利No.6,204,139 B1“薄膜电阻器中使用的钙钛矿材料性能的转换方法”中得到描述。2002年9月26日递交的同时待审的美国专利申请系列No.10/256,358“由短电脉冲引发的可逆电阻变化的方法”中描述了一种使用沉积技术旋涂PCMO薄膜以使用单极电脉冲制备可逆电阻转换的方法。在2003年2月27日递交的同时待审的美国专利申请系列No.10/377,244“控制通过MOCVD沉积的PCMO组合物的前提溶液和方法”中，具有可逆电阻性能的PCMO薄膜通过MOCVD形成。上述Liu等人发现通过在室温下施加双极电脉冲，PCMO膜中电阻发生变化，特别是Pr0.3Ca0.7MnO3(PCMO)薄膜。Liu等人通过脉冲激光沉积(PLD)将PCMO薄膜沉积在取向生长的YBa2Cu3O7(YBCO)和部分取向生长的铂基质上。专利技术概述一种当与高度结晶的晶种层结合时，在PCMO薄膜上获得可逆电阻转换的方法，其包括通过MOCVD以高度结晶的形式沉积厚度为约50～300的PCMO薄膜的晶种层；通过旋涂法将厚度为约500～3000的第二PCMO薄膜层沉积在该晶种层上以形成复合PCMO层；通过施加脉冲宽度为约75ns～1μs的、约-4V～-5V的负电脉冲提高半导体设备中复合PCMO膜的电阻；并且通过施加脉冲宽度大于2μs的、约+2.5V～+4V的正电脉冲降低半导体设备中复合PCMO层的电阻。本专利技术的目的是提供一种通过施加负的、纳秒长的电脉冲来将电阻写入高状态和通过施加正的、微秒长的电脉冲来将电阻重新设置为低状态以形成具有可逆电阻转换性能的PCMO薄膜的方法。本专利技术的另一目的是提供一种通过联合使用旋涂法和MOCVD制备PCMO膜的方法。本专利技术的又一目的是提供一种通过在晶种层上形成薄晶种层和形成较厚层来制备PCMO膜的方法。本专利技术的上述概述和目的有助于快速理解本专利技术的性质。通过参考以下对本专利技术优选实施方案的详细描述以及附图可以更加彻底地理解本专利技术。附图概述附图说明图1和图2描述了使用负脉冲向PCMO薄膜写入或提高电阻。图3描述了使用负脉冲重新设置PCMO薄膜的意图。图4描述了使用正脉冲重新设置或降低PCMO薄膜电阻。优选实施方案详述使用本专利技术的方法形成Pr0.3Ca0.7MnO3(PCMO)薄膜需要两步沉积步骤。本专利技术的方法通过联合使用旋涂法和MOCVD制备PCMO薄膜。首先，通过MOCVD将薄PCMO晶种层沉积以制备高度结晶的结构，然后，在该晶种层上，通过旋涂法形成厚PCMO薄膜。在第一步(MOCVD法)中，根据上述2002年9月26日递交的同时待审的美国专利申请系列No.10/256,358“由短电脉冲引发的可逆电阻变化的方法”(在此引为参考)描述的沉积方法，使用单液相PCMO前体。用MOCVD法沉积的PCMO薄膜是一种薄晶种层，其厚度为约50～300。该晶种层或第一PCMO层是高度结晶的PCMO结构。可以施加高温后退火步骤以提高该高度结晶晶种层的转换和稳定性能，例如，在约500℃～650℃的温度下，在氧气氛围中退火约10分钟～120分钟。在本专利技术方法的第二步中，使用如名称为“由短电脉冲引发的可逆电阻变化的方法”的同时待审的专利申请(在此也引为参考)所描述的旋涂法将较厚的，比如厚度为约500～3000的PCMO薄膜沉积在晶种层上。如图1、2和4所示，成品，或复合的PCMO薄膜表现出可逆的电阻转换性能，并用作半导体设备的一部分。为将电阻写入高状态或提高电阻，需施加负脉冲，如图1和2所示。对于约-5V的脉冲电压，可以在约75ns～1μs的脉冲宽度获得稳定的可逆电阻转换。当施加脉冲宽度大于1μs的负脉冲时，电阻的提高较小。已经发现正的、纳米长的脉冲会导致不稳定的可逆电阻变化，在电阻率方面只有很小的提高。为将该电阻重新设置到低状态或降低该电阻，在PCMO薄膜上施加正的、微秒长的电脉冲，如图4所示。当施加约4V、具有大于2.5μs的脉冲宽度的正脉冲时，可以将电阻从其高状态降低，并已发现当4V正脉冲宽度大于3.75μs时，电阻会达到其最低状态。使用正和负脉冲会获得最佳性能，并由图3所示得到证实，其中使用负脉冲以重新设置PCMO薄膜，当负脉冲电压为-4V时，不会导致电阻变化，并且发现当施加-5V的负脉冲电压时，电阻只降低了很小。因此，使用本专利技术的方法通过MOCVD形成厚度为约50～300的高度结晶的PCMO薄膜，并通过旋涂法在其上面沉积厚度为约500～3000的较厚的PCMO层。通过施加约-5V的、脉冲宽度为约75ns～1μs的负脉冲可以提高所得PCMO层的电阻；并且通过施加约+4V的、脉冲宽度大于2.5μs的正电压可以重新设置该PCMO层。因此，本专利技术公开了一种当与高度结晶的晶种层结合时，在PCMO薄膜上获得可逆电阻转换的方法，如后附的权利要求书所定义，应该理解在本专利技术范围内可以对其作出进一步的改动和修正。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种当与高度结晶的晶种层结合时，在ＰＣＭＯ薄膜上获得可逆电阻转换的方法，其包括：通过ＭＯＣＶＤ以高度结晶的形式沉积厚度为约５０＊～３００＊的ＰＣＭＯ薄膜的晶种层，通过旋涂法将厚度为约５００＊～３０００＊的第二ＰＣＭＯ薄膜层沉 积在该晶种层上以形成复合ＰＣＭＯ层；通过施加脉冲宽度为约７５ｎｓ～１μｓ的、约－４Ｖ～－５Ｖ的负电脉冲提高半导体设备中复合ＰＣＭＯ层的电阻；并且通过施加脉冲宽度大于２．０μｓ的、约＋２．５Ｖ～＋４Ｖ的正电脉冲降低半导体设备中 复合ＰＣＭＯ层的电阻。

【技术特征摘要】
US 2003-8-13 10/6407701.一种当与高度结晶的晶种层结合时，在PCMO薄膜上获得可逆电阻转换的方法，其包括通过MOCVD以高度结晶的形式沉积厚度为约50～300的PCMO薄膜的晶种层，通过旋涂法将厚度为约500～3000的第二PCMO薄膜层沉积在该晶种层上以形成复合PCMO层；通过施加脉冲宽度为约75ns～1μs的、约-4V～-5V的负电脉冲提高半导体设备中复合PCMO层的电阻；并且通过施加脉冲宽度大于2.0μs的、约+2.5V～+4V的正电脉冲降低半导体设备中复合PCMO层的电阻。2.权利要求1的方法，其包括在高温下将该复合PCMO层进行后退火以提高该高度结晶层的切换和稳定性能，其进一步包括在约500℃～650℃的温度下退火约10分钟～120分钟。3.一种当与高度结晶的晶种层结合时，在PCMO薄膜上获得可逆电阻转换的方法，其包括通过MOCVD以高度结晶的形式沉积厚度为约50～300的PCMO薄膜的晶种层，通过旋涂法将厚度为约500～3000的第二PCMO薄膜层沉积在该晶种层上以形成复合PCMO层；通过施加负电脉冲提高半导体设备中复合PCMO层的电阻；并且通过施加正电脉冲降低半导体设备中复合PCMO层的电阻。4.权利要求3的方法，其中所述的通过施加负电脉冲提高半导体设备中复合PCMO层的电阻包括施加脉冲宽度为约75ns...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄维佛，李廷凯，DR埃文斯，许胜籐，潘威，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]