一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器制造技术

本发明专利技术涉及微电子材料与半导体器件技术领域，具体涉及一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器。该忆阻器自下而上依次设置为衬底、底电极、第一功能层、第二功能层和顶电极；所述第一功能层和第二功能层为纳米堆叠结构薄膜材料，其中，第一功能层的材料采用HfO

【技术实现步骤摘要】
一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器


[0001]本专利技术涉及微电子材料与半导体器件
，具体涉及一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，以及其制备的方法。

技术介绍

[0002]1971年加州大学伯克利分校的蔡少堂教授首次提出忆阻器的概念，忆阻器作为一种非线性电子元器件，可以表示电流与磁通的关系，与电阻、电容和电感并称为四种基本电子元器件。2008年惠普公司首次研制出忆阻器实物，激发了各国研究员对忆阻研究的热情。忆阻器是一种具有记忆功能的无源器件，其阻值会随着流经它的电流而改变，并且忆阻器会保持断电前最后时刻的阻值，因此忆阻器具有非易失性存储功能。这种特性使忆阻器具有较为广泛的应用前景，例如随机存储器的制备、人工神经网络等。
[0003]目前忆阻器的研究主要基于氧化物体系，氧化物忆阻器的工作原理是氧空位在电场作用下的迁移，由于氧空位迁移速度缓慢，顶电极和底电极之间很难形成导电细丝，因此氧化物忆阻器的低阻态较难实现，开关比较小，所需偏置电压较大，稳定性较差，随机性过强，这些不利因素很大程度上限制了实物忆阻器的发展。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，采用的技术方案为：一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，包括自下而上依次设置为衬底、底电极、第一功能层、第二功能层和顶电极；所述第一功能层和第二功能层为纳米堆叠结构薄膜材料，其中，第一功能层的材料采用HfO
y
薄膜，第二功能层的材料采用Cu掺杂的TiO
x
薄膜，其中，0<x≤2，0<y≤2。
[0005]优选的，所述顶电极和底电极的材料采用单层金属电极层、双层复合电极层中的任意一种，所述衬底采用抛光玻璃、硅晶片和导电玻璃中的任意一种。
[0006]优选的，所述单层金属电极层的材料采用W、Al、Cu、Ag、Pt、Au、Ti、Zr、Ta中的任意一种；所述双层复合电极层的材料采用Ag/Ti、Au/Ti、Pt/Ti、Ag/Cu、Au/Cu、Pt/Cu中的任意一种。
[0007]优选的，所述衬底为抛光玻璃，底电极为Au/Ti复合电极，顶电极为Au电极。
[0008]优选的，所述底电极、第一功能层、第二功能层、顶电极采用磁控溅射、电子束蒸发或化学气相沉积的任一种工艺形成。
[0009]优选的，其制备方法包括以下步骤：(1)清洗衬底：将抛光玻璃使用无水酒精擦拭后烘干备用；(2)打磨靶材：依次使用粗砂纸和细砂纸打磨Ti靶材、Cu靶材、HfO
y
靶材和TiO
x
靶材，再用无尘布擦拭其表面；(3)制备Au薄膜：使用离子镀膜仪，以Au靶材作为溅射源，调节离子镀膜仪的电流
维持在6.5mA～8.5mA，溅射得到厚度10nm～50nm的Au薄膜；(4)制备底电极：采用直流溅射法，以Ti靶材作为溅射源，设置靶材到衬底的距离为6.5cm～12.5cm，将溅射室真空度抽至3
×
10
‑3Pa，通入纯度为99.999%的Ar作为工作气体，调节直流功率80w～100w，溅射时间5min～12min，在Au薄膜之上沉积得到厚度为40nm～150nm的Ti薄膜，形成Au/Ti复合电极；(5)制备第一功能层：采用射频溅射法，以HfO
y
靶材作为溅射源，设置靶材到衬底的距离为8cm～15cm，将溅射室真空度抽至3
×
10
‑3Pa，通入纯度为99.999%的Ar作为工作气体，调节直流功率90w～125w，溅射时间5min～15min，在底电极之上沉积HfO
y
薄膜，形成第一功能层；(6)制备TiO
x
薄膜：采用射频溅射法，以TiO
x
靶材作为溅射源，设置靶材到衬底的距离为8cm～15cm，将溅射室真空度抽至3
×
10
‑3Pa，通入纯度为99.999%的Ar作为工作气体，调节直流功率80w～125w，溅射时间5min～15min，在第一功能层HfO
y
薄膜表面沉积TiO
x
薄膜；(7)制备第二功能层：采用射频溅射法，以Cu靶材作为溅射源，设置靶材到衬底的距离为8cm～15cm，将溅射室真空度抽至3
×
10
‑3Pa，通入纯度为99.999%的Ar作为工作气体，调节直流功率25w～55w，在TiO
x
薄膜内掺入Cu，溅射时间为50s～150s，形成第二功能层；(8)退火处理：制备第二功能层结束后，冷却1小时；(9)制备顶电极：使用离子镀膜仪，以金靶材作为溅射源，调节离子镀膜仪的电流维持在4.5mA～8.5mA，溅射时间为20s～120s，在Cu掺杂的TiO
x
薄膜之上沉积Au薄膜，形成顶电极。
[0010]优选的，所述底电极的厚度为50nm～200nm, 所述顶电极的厚度为10nm～300nm。
[0011]优选的，所述第一功能层的厚度为100nm～600nm，所述第二功能层的厚度为200nm～700nm。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术中第一功能层HfO
y
薄膜材料获取简单，易于实现，并且具有高开关比，第二功能层TiO
x
薄膜中掺入Cu是由于Cu作为一种活性金属，容易发生氧化还原反应，TiO
x
薄膜中掺入Cu可以加快导电细丝的生成速率，增强导电细丝的稳定性，从而增大忆阻器的开关比，进而实现双功能层提高忆阻器的稳定性、增大忆阻器的开关比，对新一代存储器的研究具有重要意义。
附图说明
[0013]图1为本专利技术提供的一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器的结构示意图；图2为本专利技术实施例1制备的忆阻器测量的电流
‑
电压特征曲线图；图3为本专利技术实施例2制备的忆阻器测量的电流
‑
电压特征曲线图；图4为本专利技术实施例3制备的忆阻器测量的电流
‑
电压特征曲线图。
[0014]图1中，100
‑
衬底；101
‑
底电极；102
‑
第一功能层；103
‑
第二功能层；104
‑
顶电极。
具体实施方式
[0015]附图仅用于示例性说明；为了更好说明本实施例，附图某些部件会省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域的技术人员来说，附图中的某些公知结构及其说
明可能省略；术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本专利技术的限制。
[0016]下面结合附图做详细说明。
[0017]如图1所示，一种铜掺杂的金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，其特征在于：包括自下而上依次设置为衬底、底电极、第一功能层、第二功能层和顶电极；所述第一功能层和第二功能层为纳米堆叠结构薄膜材料，其中，第一功能层的材料采用HfO
y
薄膜，第二功能层的材料采用Cu掺杂的TiO
x
薄膜，其中，0<x≤2，0<y≤2。2.根据权利要求1所述的一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，其特征在于：所述顶电极和底电极的材料采用单层金属电极层、双层复合电极层中的任意一种，所述衬底采用抛光玻璃、硅晶片和导电玻璃中的任意一种。3.根据权利要求2所述的一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，其特征在于：所述单层金属电极层的材料采用W、Al、Cu、Ag、Pt、Au、Ti、Zr、Ta中的任意一种；所述双层复合电极层的材料采用Ag/Ti、Au/Ti、Pt/Ti、Ag/Cu、Au/Cu、Pt/Cu中的任意一种。4.根据权利要求3所述的一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，其特征在于：所述衬底为抛光玻璃，底电极为Au/Ti复合电极，顶电极为Au电极。5.根据权利要求4所述的一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，其特征在于：所述底电极、第一功能层、第二功能层、顶电极采用磁控溅射、电子束蒸发或化学气相沉积的任一种工艺形成。6.根据权利要求5所述的一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：(1)清洗衬底：将抛光玻璃使用无水酒精擦拭后烘干备用；(2)打磨靶材：依次使用粗砂纸和细砂纸打磨Ti靶材、Cu靶材、HfO
y
靶材和TiO
x
靶材，再用无尘布擦拭其表面；(3)制备Au薄膜：使用离子镀膜仪，以Au靶材作为溅射源，调节离子镀膜仪的电流维持在6.5mA～8.5mA，溅射得到厚度10nm～50nm的Au薄膜；(4)制备底电极：采用直流溅射法，以Ti靶材作为溅射源，设置靶材到衬底的距离为6.5cm～12.5cm，将溅射室真空度抽至3
×
10
‑3Pa，通入纯度为99.999%的Ar作为工作气体，调节直流功率80w～100w，溅射时间5min～12min，在Au薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉霞，袁方，张鹏，邓玥，于相成，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：