一种操作电压可调控的阻变存储器及制备方法技术

本发明专利技术专利公开了一种操作电压可调控的阻变存储器及制备方法，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W的Ta2O5薄膜，其厚度为40

【技术实现步骤摘要】
一种操作电压可调控的阻变存储器及制备方法
[0001]
：本专利技术涉及存储器
，特别是涉及一种操作电压可调控的阻变存储器及制备方法。
[0002]
技术介绍
：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。
[0003]RRAM通过电压使器件的高阻态和低阻态这两个状态发生改变，这个电压称为状态操作电压。使RRAM从高阻态向低阻态转变的电压称为设置电压，使低阻态向高阻态转变的电压称为重置电压。目前，RRAM应用面临的重要问题之一是操作电压不可调控，操作电压不可调控将会导致器件阻态出现大幅度的变化，出现数据的误读，进而影响RRAM寿命，使器件提前失效。
[0004]专利技术专利内容：本专利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W，形成阻变层Ta2O5:W（Ta2‑
x
W
x
O5）薄膜，以此改变氧离子在Ta2O5中的扩散势垒，进而改变氧离子的扩散激活能，达到改变阻变存储器的操作电压，并通过控制掺杂量达到调控阻变存储器操作电压。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种技术方案是：一种操作电压可调控的阻变存储器，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W的Ta2O5薄膜。
[0006]进一步的，所述阻变层的厚度为40nm
‑
120nm。
[0007]进一步的，所述顶电极和底电极分别为金属W和Pt，金属W的厚度为100~300nm，金属Pt的厚度为10~50nm。
[0008]进一步的，所述阻变层薄膜是通过溶胶
‑
凝胶制备的W掺杂Ta2O5薄膜。
[0009]进一步的，所述阻变层中W的摩尔掺杂浓度为1%
‑
10%。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供的另一种技术方案是：一种操作电压可调控的阻变存储器制备方法，其步骤是：步骤一、Ti/SiO2/Si衬底清洗；步骤二、使用电子束蒸发一层Pt薄膜，形成底电极；步骤三、通过乙醇钽、WCl6和2
‑
乙氧基乙醇制备旋涂溶液，将溶液通过0.2mm超滤膜过滤器过滤并静置16小时形成以进行薄膜旋涂的溶胶，将溶胶在3000~4500 rpm持续30~45秒旋涂，然后在60℃下退火30~60分钟，形成阻变层；步骤四、使用磁控溅射技术，在阻变层上沉积一层金属W，形成顶电极。
[0011]进一步的，所述步骤三中，旋涂溶液的制备过程为：乙醇钽用作Ta2O5的前驱体溶
液，WCl6溶液作为掺杂用W离子前驱体溶液，将乙醇钽、WCl6和2
‑
乙氧基乙醇三种溶液混合，并将混合溶液在室温下保持搅拌30~45分钟，然后在室温下将0.20~0.30 mol/L盐酸水溶液加入到溶液中。
[0012]进一步的，所述氯化钨溶液是由相应的WO3通过溶解在0.2~0.3mol/L盐酸水溶液中制备，然后小心干燥并溶入乙醇溶液中。
[0013]进一步的，所述三种溶液混合形成的混合溶液中，保持2
‑
乙氧基乙醇/乙醇钽的体积比为8~12:1。
[0014]进一步的，所述步骤四中，沉积技术为射频磁控溅射，初始真空度5
×
10
‑
4Pa，工作气体为纯度99.99%的氩气，溅射功率均为160~220W，工作气压1.0Pa，溅射沉积25~45分钟获得W薄膜。
[0015]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过在Ta2O5薄膜中掺杂W，形成阻变层Ta2‑
x
W
x
O5薄膜，增加了氧离子在Ta2O5中的扩散势垒和阻变存储器的操作电压，并实现对操作电压可调控的目的。
[0016]2、本专利技术通过W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。
[0017]附图说明：图1 操作电压可调控的阻变存储器的结构示意图；图2未掺杂阻变层Ta2O5阻变存储器W/Ta2O5/Pt 电流
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电压测试结果图；图3掺杂W阻变层Ta2O5阻变存储器W/ Ta2‑
x
W
x
O5/Pt电流
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电压测试结果图；图4 Ta2O5结构示意图及氧空位扩散路径示意图；图5 氧空位形成能与W掺杂浓度关系的计算结果；图6 Ta2‑
x
W
x
O5中氧离子扩散势垒随W掺杂浓度关系的计算结果；图7 平均扩散势垒大小随W掺杂浓度变化曲线；图8 Ta2‑
x
W
x
O5电子态密度计算结果。
[0018]具体实施方式：实施例：参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，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
‑
顶电极。
[0019]操作电压可调控的阻变存储器，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W的Ta2O5薄膜，其厚度为40
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120nm，顶电极和底电极分别为金属W和Pt，衬底材料为Ti/SiO2/Si；通过W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。实现对导电细丝通道形成、断裂的难易程度和器件工作电压进行调控，并实现操作电压可控的目的。
[0020]下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。
[0021]实施例一：一种操作电压可调控的阻变存储器制备方法，其步骤是：步骤1：Ti/SiO2/Si衬底1清洗；步骤2：使用电子束蒸发一层Pt薄膜，形成底电极2，具体沉积参数为：真空度为5
×
10
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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。
[0022]步骤3：乙醇钽（Aldrich；99.98%）用作Ta2O5的前驱体溶液。WCl
6 (Aldrich 99.9%)溶液作为掺杂用W离子前驱体溶液。该氯化物溶液是由相应的WO3通过溶解在0.2mol/L盐酸水溶液中制备，然后小心干燥并溶入乙醇溶液中。将乙醇钽、WCl6和2
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乙氧基乙醇三种溶液混合，并保持2
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乙氧基乙醇/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种操作电压可调控的阻变存储器，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W的Ta2O5薄膜。2.根据权利要求1所述的操作电压可调控的阻变存储器，其特征是：所述阻变层的厚度为40nm
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120nm。3.根据权利要求1所述的操作电压可调控的阻变存储器，其特征是：所述顶电极和底电极分别为金属W和Pt，金属W的厚度为100~300nm，金属Pt的厚度为10~50nm。4.根据权利要求3所述的操作电压可调控的阻变存储器，其特征是：所述阻变层薄膜是通过溶胶
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凝胶制备的W掺杂Ta2O5薄膜。5.根据权利要求1所述的操作电压可调控的阻变存储器，其特征是：所述阻变层中W的摩尔掺杂浓度为1%
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10%。6.一种操作电压可调控的阻变存储器制备方法，其步骤是：步骤一、Ti/SiO2/Si衬底清洗；步骤二、使用电子束蒸发一层Pt薄膜，形成底电极；步骤三、通过乙醇钽、WCl6和2
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乙氧基乙醇制备旋涂溶液，将溶液通过0.2mm超滤膜过滤器过滤并静置16小时形成以进行薄膜旋涂的溶胶，将溶胶在3000~4500 rpm持续30~45秒旋涂，然后在60℃下退火30~60分钟，形成阻变层；步骤四、使...

【专利技术属性】
技术研发人员：武兴会，崔娜娜，陈朝阳，张秋慧，王治骁，黄文祥，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：