阻性器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种阻性器件及其制造方法，包括：基于张量的多维模型预测所述阻性器件的阻变材料的相变所引起的相变过程的电阻值；根据预测结果制造所述阻性器件。本发明专利技术的上述方法，通过引入张量抽象地描述材料，可大幅减少预测所需的计算量；同时，通过依次改变张量元的值以模拟材料逐渐发生相变过程，并追踪过程中材料整体电阻的变化，预测其行为，解决了依赖相变材料的阻性器件沟道行为复杂、非线性，难以预测的问题。上述方法简单易行，且预测较为有效，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
阻性器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件和材料仿真器件，特别是涉及阻性器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]现代半导体工业已经建立了较为完备的信息储存体系。为了填补易失性器件(DRAM、SRAM，register file)与非易失性器件(SSD、HDD)之间的速度差距，获得非易失性和速度、面积兼顾的信息储存介质，人们提出了多种路线，比如基于氧化还原对的记忆体(Redox
‑
based memory)、铁电RAM(Ferroelectric RAM)、磁RAM(Magnetic RAM)、相变RAM(Phase change RAM)以及自旋转移力矩RAM(Spin
‑
transfer torque RAM)等。除了新型RAM器件，还有忆阻器、突触晶体管等阻性器件被广泛开发和应用。
[0003]相比于基于电荷的器件(如DRAM/SRAM)，虽然基于相变(不限于涉及物理过程、化学过程或者电化学过程)的阻性器件具有诸多优势，例如非易失性、可分辨态数量多等，但相变过程通常较为复杂：例如有些相变过程中存在中间过渡相，有些相变过程中依赖离子脱嵌、有些依赖氧化还原反应的相变过程中材料各处反应不均匀、不同步。这些问题导致阻性器件的阻变行为中存在较大程度的非线性特征，并已在LiCoO2、WO3、MoO3、MoS2等多种体系中发现。相变依赖的阻变行为的非线性或复杂性使外界对器件调控或编码变得困难，容易造成信息处理/储存错误率高、软件设计成本高等问题，这些问题均限制了这些器件的应用。
[0004]其他基于物理定律的计算或模拟方法难以对数百微米或更大尺寸的特殊器件进行快速预测，尺寸越大，所需要的计算量越大。例如，2019年Advanced Functional Materials上发表了一项(文章DOI：10.1002/adfm.201902821)基于密度泛函理论的纳米尺度LCO多晶材料相变中的电导率变化，原文未提供详细参数，但其声明所计算的多晶材料为“nanoscale”，且文中的具体示例是针对100nm
×
100nm
×
70nm的LCO材料进行电导率变化的计算。
[0005]由于上述问题实质上源自器件中材料本征的物理、化学性质，因此难以完全消除。因此，如何能通过模拟、计算等方法对相变引起的多晶材料电阻变化行为做出较为准确又快速的预测，是一个关键问题。有了预测方法，一方面可以更方便、理性地设计基于该材料的多种器件，另一方面在器件应用中也可以更准确地对其行为加以调控。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是要克服现有技术中的至少一个技术缺陷，提供一种阻性器件及其制备方法。
[0007]本专利技术一个进一步的目的是要高效并准确地预测材料(及对应器件)的阻变行为，以便于高通量、快速筛选或设计新型材料、器件结构，从而制造出性能优良的阻性器件。
[0008]本专利技术另一个进一步的目的是要在保证器件设计精度的同时，简化器件的制造方法，提高所制造器件的一致性，且制造出高精度的大尺寸阻性器件。
[0009]本专利技术的又一个进一步的目的是要采用兼容性高的阻变行为预测方法来制造器件，以便将所制造的器件应用于电化学、光学、电子学等多个领域。
[0010]本专利技术的再一个进一步的目的是要采用兼容性高的阻变行为预测方法来制造器件，并使其具有高可控性的阻态切换性能，进而可以用于非易失性信息存储器件以及非冯诺依曼计算体系，并在相关器件(忆阻器、突触等)和相关计算体系(类脑计算、神经形态计算等)中，降低信息存储或处理时的错误率、编码复杂度以及功耗。
[0011]本专利技术又一个进一步的目的是要掌握阻变材料的阻变行为异常的可能原因，便于进行问题回溯和机制研究。
[0012]特别地，根据本专利技术的一方面，提供了一种阻性器件的制造方法，包括：
[0013]基于张量的多维模型预测所述阻性器件的阻变材料的相变所引起的相变过程的电阻值；以及
[0014]根据预测结果制造所述阻性器件。
[0015]可选地，基于张量的多维模型预测所述阻性器件的阻变材料的相变所引起的相变过程的电阻值的步骤包括：
[0016]建立N
×
M
×
P的三阶张量T
state
，并将所述阻变材料的各处物相状态一一映射到所述三阶张量T
state
，其中，N、M、
[0017]调控所述阻变材料各处的物相状态，且在每次调控时迭代所述三阶张量T
state
，得到N
×
M
×
P个更新的三阶张量T
state
；
[0018]基于预设的映射关系针对各个所述三阶张量T
state
的张量元重新赋值，从而将各个所述三阶张量T
state
一一映射到N
×
M
×
P个N
×
M
×
P的三阶张量T
R
，使N
×
M
×
P个所述三阶张量T
R
记录所述阻变材料各处的相变过程的电阻值；以及
[0019]根据各个所述三阶张量T
R
计算所述阻变材料的各个相变过程的等效电阻，从而得到所述阻变材料的各个相变过程的电阻值。
[0020]可选地，建立N
×
M
×
P的三阶张量T
state
，并将所述阻变材料的各处物相状态一一映射到所述三阶张量T
state
的步骤包括：
[0021]测量所述阻变材料的长度、宽度和高度，分别记为L、W、H，预设空间精度a，则所述N＝round(L/a)，所述M＝round(W/a)，所述P＝round(H/a)，其中，所述a为长度量纲，a>0且
[0022]测量所述阻变材料相变过程中出现的所有物相，从初态至末态依次记为测量所述阻变材料相变过程中出现的所有物相，从初态至末态依次记为则所述三阶张量T
state
的张量元的取值分别为0，1，2，
…
，n，且所述三阶张量T
state
的各个张量元的取值与所述阻变材料的所有物相按顺序一一对应，所述三阶张量T
state
的张量元的指标代表该张量元所对应的材料位置。
[0023]可选地，调控所述阻变材料各处的物相状态，且在每次调控时迭代所述三阶张量T
state
，在N
×
M
×
P次调控使材料各处均处于终态物相时，得到共N
×
M
×
P个更新的三阶张量T
state
的步骤包括：
[0024]在所有非空元的张量元中，随机地选中一个张量元，若被选中的张量元的取值<n，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻性器件的制造方法，包括：基于张量的多维模型预测所述阻性器件的阻变材料的相变所引起的相变过程的电阻值；以及根据预测结果制造所述阻性器件。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，基于张量的多维模型预测所述阻性器件的阻变材料的相变所引起的相变过程的电阻值的步骤包括：建立N
×
M
×
P的三阶张量T
state
，并将所述阻变材料的各处物相状态一一映射到所述三阶张量T
state
，其中，N、M、调控所述阻变材料各处的物相状态，且在每次调控时迭代所述三阶张量T
state
，得到N
×
M
×
P个更新的三阶张量T
state
；基于预设的映射关系针对各个所述三阶张量T
state
的张量元重新赋值，从而将各个所述三阶张量T
state
一一映射到N
×
M
×
P个N
×
M
×
P的三阶张量T
R
，使N
×
M
×
P个所述三阶张量T
R
记录所述阻变材料各处的相变过程的电阻值；以及根据各个所述三阶张量T
R
计算所述阻变材料的各个相变过程的等效电阻，从而得到所述阻变材料的各个相变过程的电阻值。3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，建立N
×
M
×
P的三阶张量T
state
，并将所述阻变材料的各处物相状态一一映射到所述三阶张量T
state
的步骤包括：测量所述阻变材料的长度、宽度和高度，分别记为L、W、H，预设空间精度a，则所述N＝round(L/a)，所述M＝round(W/a)，所述P＝round(H/a)，其中，所述a为长度量纲，a>0且测量所述阻变材料相变过程中出现的所有物相，从初态至末态依次记为P0，P1，
…
，则所述三阶张量T
state
的张量元的取值分别为0，1，2，
…
，n，且所述三阶张量T
state
的各个张量元的取值与所述阻变材料的所有物相按顺序一一对应，所述三阶张量T
state
的张量元的指标代表该张量元所对应的材料位置。4.根据权利要求2所述的制造方法，其中，调控所述阻变材料各处的物相状态，且在每次调控时迭代所述三阶张量T
state
，在N
×
M
×
P次调控使材料各处均处于终态物相时，得到共N
×
M
×
P个更新的三阶张量T
state
的步骤包括：在所有非空元的张量元中，随机地选中一个张量元，若被选中的张量元的取值<n，则将其取值加1，得到一个更新的三阶张量T
state
，若被选中的张量元的取值为n，则重新随机地选中一个张量元，并做上述判定，直到选中一个取值为非n的张量元；当所有张量元的取值为n时，结束调控；且本...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少青，周维亚，王艳春，解思深，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：