一种非易失性ZnO薄膜忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术属于微电子器件技术领域，具体涉及一种非易失性ZnO薄膜忆阻器及其制备方法。该器件结构包括：采用溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种非易失性ZnO薄膜忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子器件
，具体涉及一种非易失性ZnO薄膜忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]忆阻器因其结构简单，低成本、高速度、低功耗以及高密度多值存储等优点而被认为是下一代非易失性存储的有力竞争者之一。ZnO作为一种重要的宽带隙氧化物阻变介质材料，室温下禁带宽度约为3.37eV，与GaN、SiC一起被称为第三代半导体材料。ZnO具有耐高温、制备工艺简单、毒性小等一系列优点，可广泛应用于空间技术，纳米光电技术以及半导体信息存储领域。但是，如何实现ZnO忆阻器低成本、高密度自整流多值存储的可控设计，仍是目前亟待解决的问题。
[0003]华中科技大学李祎等人公布了“一种自整流忆阻器阵列及其制备方法和应用”，授权公告号为CN 114188477 A，其通过光刻掩膜法光刻出第一层的电极，随后采用磁控溅射、化学气相沉积、电子束蒸发、脉冲激光沉积或原子层沉积等方法制备第一电极层和第二电极层，其中第一电极层的材料为功函数小于或等于4.5eV的金属单质和导电金属化合物中的一种或多种。第二电极层的材料为功函数大于4.5eV的金属单质、Si单质、掺杂Si的金属单质和导电金属化合物中的一种或多种。该器件的制备工艺相对复杂、成本高，不利于器件的商业化应用。器件的阻变开关比较低，不稳定，可靠性较低。器件未实现多值存储的可控调制。
[0004]基于上述分析，一种制备方法简单、制备效率高效，同时兼并器件高稳定性、高可靠性自整流多值存储的可控设计的非易失性ZnO薄膜忆阻器及其制备方法是目前行业内急需的。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种简单、高效的非易失性ZnO薄膜忆阻器的制备技术，并实现器件高稳定性、高可靠性自整流多值存储的可控设计。
[0006]本专利技术是通过如下技术手段实现的：
[0007]一种非易失性的ZnO薄膜忆阻器，该器件结构包括：采用溶胶
‑
凝胶法制备的ZnO薄膜中间阻变层，FTO作为器件底电极，以及采用磁控溅射镀膜技术沉积的电极层构成器件的上电极。
[0008]一种非易失性ZnO薄膜忆阻器的制备方法，步骤如下：
[0009](1)ZnO前驱体溶液的配制：二水乙酸锌作为锌源，乙二醇甲醚作为溶剂，乙醇胺作为稳定剂，将三者按一定比例浓度混合后磁力搅拌得到ZnO前驱体溶液。
[0010](2)利用移液器吸取适量ZnO前驱体溶液，滴在尺寸为1cm
×
2cm的FTO玻璃片上，匀胶形成均匀的ZnO前驱体薄膜，将旋涂好的薄膜样品干燥5～10min，重复上述匀胶步骤，直至薄膜厚度达到实验需求的样品。
[0011]进一步的，所述匀胶步骤分两步完成，第一步匀胶速率为1000～1500r/min，时间为5～15s；第二步匀胶速率为2000～3500r/min，时间为10～35s。
[0012](3)将步骤(2)的样品干燥后放入马弗炉中快速退火，待其自然冷却至室温后取出，得到表面均匀的ZnO薄膜样品。
[0013]进一步的，所述马弗炉退火温度为500～800℃，时间为5～15min。
[0014](4)根据设计要求，步骤(1)～(3)的样品制备流程也可以重复多次，以设计不同厚度或者多层ZnO薄膜结构要求的样品。
[0015](5)采用金属掩膜板磁控溅射镀膜技术在步骤(4)中制备的ZnO薄膜样品表面溅射沉积一定厚度和形貌的上电极，实现ZnO薄膜忆阻器的设计。
[0016]进一步的，所述器件的上电极可以选择金属电极，也可以选择非金属电极。
[0017]采用B2901A半导体器件分析仪测试ZnO薄膜忆阻器的电学特性。通过有序调控器件的限制电流，实现器件非易失性自整流多值存储的可控调制。此外，器件的多值存储调控亦可以通过调控外加偏置电压、光场，磁场以及其它物理场激励进行多值存储的可控调制。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1、本专利技术提供了一种非易失性ZnO薄膜忆阻器及其制备和自整流多值存储调控方法，在十字交叉三维阵列中，可以减少漏电流的干扰，不需要额外集成整流器件，能够更好实现低成本、微型化的目的，便于商业应用。
[0020]2、本专利技术提供了一种简单、廉价、高效的匀胶法制备工艺，实现了ZnO纳米薄膜的可控制备，为相关材料的开发应用提供了一种简单、高效的实现手段。
[0021]3、本专利技术所设计的ZnO薄膜忆阻器具有高稳定性、非易失性的自整流多值阻变存储特性，在下一代非易失性高密度存储器的应用方面具有重要的发展前景。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1中所设计器件的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例1中所制备ZnO薄膜样品的表面形貌FESEM图；
[0024]图3为本专利技术实施例1中所制备ZnO薄膜样品的截面形貌FESEM图；
[0025]图4为本专利技术实施例1中所制备ZnO薄膜样品表面Zn2p的XPS图；
[0026]图5为本专利技术实施例1中所制备ZnO薄膜样品表面O1s的XPS图；
[0027]图6为本专利技术实施例2中所设计器件在50次循环电压扫描下的半对数I
‑
V曲线图；
[0028]图7为本专利技术实施例2中所设计器件在限制电流调控下的半对数I
‑
V曲线图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图，对本专利技术进行详细的说明。
[0030]实施例1
[0031]一种非易失性ZnO薄膜忆阻器
[0032]结构如图1所示。器件的上电极为金属W电极(厚度约为50nm)，中间阻变层为ZnO薄膜(厚度约为100nm)，底电极为FTO导电玻璃衬底。
[0033]非易失性ZnO薄膜忆阻器的制备具体步骤如下：
[0034](1)ZnO前驱体溶液的配制：将二水乙酸锌与乙二醇甲醚混合配制成0.075mol/L的
溶液，然后在磁力搅拌下加入600μL乙醇胺作为稳定剂，将三者按混合后的反应液置于磁力搅拌机下搅拌，直至得到透明黄色的ZnO前驱体溶液。
[0035](2)利用移液器吸取100μL步骤(1)中的前驱体溶液滴在尺寸为1cm
×
2cm的FTO玻璃片上，匀胶形成均匀的ZnO前驱体薄膜，将旋涂好的薄膜样品干燥10min。重复匀胶5次，每一次匀胶分为两步，第一步匀胶匀胶速率为1000r/min，匀胶时间为10s；第二步匀胶匀胶速率为3500r/min，匀胶时间为30s。
[0036](3)匀胶操作完成后，将步骤(2)中的样品放入800℃马弗炉中快速退火，时间为10min。待其自然冷却至室温后取出，用去离子水冲洗干净，自然晾干，得到表面均匀的ZnO薄膜样品。ZnO薄膜样品的表面以及截面形貌如图2和图3所示。
[0037]如图2和图3所示，ZnO薄膜样品的表面由30nm直径的细小颗粒构成，ZnO薄膜的厚度约为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非易失性的ZnO薄膜忆阻器，包括：阻变层、底电极以及上电极；其中：阻变层为采用溶胶
‑
凝胶法制备得到的ZnO薄膜中间阻变层；底电极为FTO；上电极为采用磁控溅射镀膜技术沉积的电极层。2.根据权利要求1所述的非易失性的ZnO薄膜忆阻器，其中：所述ZnO薄膜阻变层厚度为50～100nm。3.根据权利要求1所述的非易失性的ZnO薄膜忆阻器，其中：所述上电极选自金属电极或非金属电极。4.一种如权利要求1～3所述任一非易失性ZnO薄膜忆阻器的制备方法，包括：(1)二水乙酸锌、乙二醇甲醚、乙醇胺按比例混合后，磁力搅拌得到ZnO前驱体溶液；(2)吸取ZnO前驱体溶液至FTO玻璃片上，匀胶形成均匀的ZnO前驱体薄膜，将旋涂好的薄膜样品干燥5～10min，重复上述匀胶步骤，直至薄膜厚度达到实验需求的样品；(3)将步骤(2)中的样品干燥后放入马弗炉中快速退火，待其自然冷却至室温后取出，得到表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：余志强，陈诚，镇丹，谢泉，肖清泉，高廷红，陈茜，张喨，韩旭，徐佳敏，曲信儒，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：