一种基于锂镍氧化物材料的选通管及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种基于锂镍氧化物材料的选通管及其制作方法，该选通管包括底层电极；中间层材料，位于所属底电极一侧表面；顶层电极，位于所述选通管材料层远离所述底层电极一侧表面。其中，所述底层电极的材料为泡沫镍(Ni form)、泡沫铜、金属镍片、金属铜片、金属镍薄膜和金属铜薄膜的一种；所述中间层材料为锂镍氧化物Li

【技术实现步骤摘要】
一种基于锂镍氧化物材料的选通管及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体器件及集成电路领域，具体涉及一种基于锂镍氧化物材料的新型选通管及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着云计算、人工智能等科学技术的不断发展,应用数据呈现爆发式增长,人们对于信息存储能力的需求日益提高。为了克服传统闪存由物理极限带来的超高密度集成技术的瓶颈,经过多年的研究，目前已研制出多种新型非易失性存储技术，如相变存储器、磁存储器、铁电存储器以及阻变存储器等。其中，阻变存储器(resistive random access memory,RRAM)由于性能优异、结构简单、与CMOS兼容等特点成为最有潜力的下一代非易失性存储器之一。
[0003]作为高密度存储的首选方案,存储器以十字交叉阵列结构的堆叠方式可实现理论上的最高的集成密度。但是,该结构存在严重的串扰问题,是高密度集成面临的最为严峻的问题之一，影响器件性能并造成信息误读。因此,为了解决该问题,人们提出了选通管
‑
存储器(one
‑
selector one
‑
resistor,1S
‑
1R)结构,利用选通管的阈值转变特性,将其作为整流器件,有效抑制串扰电流,实现大规模阵列的集成。
[0004]选通管与阻变存储器结构类似，一般采用三明治结构，在电极之间制备转换层，实现阈值转变特性。目前，一种基于Mott绝缘体材料(如VO2、NbO2等)的新型选通管逐渐成为存储行业关注的热点。过渡金属氧化物如氧化铌作为一种选通器件被广泛应用于阻变存储器中，因为氧化铌选通管具有较高的非线性值和开态电流密度，可以抑制RRAM存储器阵列中的串扰电流，从而克服串扰问题。而氧化铌选通管的开关比是有限的，目前的研究中主要通过加入新的介质层，如ZrO2、MgO，来提高器件性能。但是，由此导致器件的结构复杂化、制作工艺难度加大，同时选通管性能受限。因此，开发新型的选通性能高、制作工艺简单的新型选通管具有重要的研究和应用价值。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于锂镍氧化物材料的选通管及其制备方法。该选通管器件具有结构简单、工艺简单、成本低廉的优点。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]1)一种基于锂镍氧化物材料的选通管，包括依次紧密接触的底层电极(1)，中间层材料(2)，顶层电极(3)；
[0007]所述的底层电极(1)的材料为泡沫镍、泡沫铜、金属镍片、金属铜、金属镍薄膜和金属铜薄膜的一种；
[0008]所述的中间层材料(2)为锂镍氧化物Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)材料；
[0009]所述的顶层电极(3)的材料为金属铂、金属金的一种。
[0010]2)一种基于锂镍氧化物材料的新型选通管的制备方法，其特征在于具体制作步骤
如下：
[0011](a)将底层电极清洗干净并干燥；
[0012](b)在上述获得的底层电极上用浆料涂覆法、或薄膜沉积法制备一层0.2μm～500μm厚的材质为Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层；同时在底层电极上需预留出一部分底层电极；涂覆或沉积过程中根据需要控制好中间层材料的厚度；
[0013](c)将步骤(b)得到的器件在100℃～120℃经20min
‑
60min烘干后，使用压片机压制成陶瓷片，Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层的压制厚度控制在0.1μm～200μm范围内；
[0014](d)在上述器件上制备顶层电极，得到基于锂镍氧化物材料的选通管。
[0015]步骤(b)所述的浆料配制步骤为：
[0016]Ⅰ)：用电子天平按Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)称取一定比例的LiOH
·
H2O和NiO2H2粉末混合研磨均匀，放入马弗炉中以1
‑
10℃/min的速率升温至500
‑
850℃，烧结4
‑
9h，得到Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)，再研磨成均匀粉末；
[0017]Ⅱ)：将粉末状的Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)和松油醇按2:1
‑
4:1的质量比混合均匀而成，备用；
[0018]步骤(d)所述的制备顶层电极的方法为溅射法、蒸发法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、金属化合物气相沉积法、分子束外延法或原子层沉积法中的任意一种。
[0019]步骤(b)中Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层的浆料涂覆法包括旋涂法、刷涂法、喷涂法、丝网印刷法等中的任意一种。
[0020]步骤(b)中Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层的薄膜沉积法包括电化学沉积、物理沉积和化学沉积等中的任意一种。
[0021]当使用薄膜沉积法制备Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层时，步骤(c)可以省去，或者保留。
[0022]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术选用了一种新的选通材料，提出了一种新型结构的选通管，同时给出了一种制作简单的选通管制备方法。
[0023]选用锂镍氧化物材料作为选通管的中间层材料，锂镍氧化物材料在高温下具有相变特性，在电场和热效应的共同作用下能实现电阻的转变，且该转变过程是可逆的，能保证锂镍氧化物选通管的高循环稳定性。同时，与目前常见的选通管对选通材料的制作工艺和材料厚度都有非常高的要求相比，锂镍氧化物选通管对制作工艺要求较低，且锂镍氧化物厚度差异在很大范围内都能实现选通特性，因此，锂镍氧化物材料选通管制作难度更低、成本低廉。
[0024]本专利技术提出的一种基于锂镍氧化物材料的选通管，具有Forming
‑
free的特性，不需要Forming过程就可以直接表现出双向阈值转变的性能、选通比可以大于10，且有稳定的阈值电压和保持电压，具有结构简单、工艺难度低、成本低廉等特点。
附图说明
[0025]图1是本专利技术选通管的截面结构示意图；
[0026]其中，1
‑‑‑
底层电极；2
‑‑‑
Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层；3
‑‑‑
顶层电极。
[0027]图2是本专利技术的使用LiNiO2作为中间层材料、泡沫镍作为底层电极、Pt作为顶层电
极的选通管的50圈的I
‑
V性能曲线。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锂镍氧化物材料的选通管，包括依次紧密接触的底层电极(1)，中间层材料(2)，顶层电极(3)，其特征在于：所述的底层电极(1)的材料为泡沫镍、泡沫铜、金属镍片、金属铜片、金属镍薄膜和金属铜薄膜的一种；所述的中间层材料(2)为锂镍氧化物Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)；所述的顶层电极(3)的材料为金属铂、金属金的一种；所述选通管是具有双向阈值开关特性的选通管。2.一种基于锂镍氧化物材料的新型选通管的制备方法，其特征在于具体制作步骤如下：(a)将底层电极清洗干净并干燥；(b)在上述获得的底层电极上用浆料涂覆法、或薄膜沉积法制备一层0.2μm～500μm厚的材质为Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层；同时在底层电极上需预留出一部分底层电极；涂覆或沉积过程中根据需要控制好中间层材料的厚度；(c)将步骤(b)得到的器件在100℃～120℃经20min
‑
60min烘干后，使用压片机压制成陶瓷片，Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)中间层的压制厚度控制在0.1μm～200μm范围内；(d)在上述器件上制备顶层电极，得到基于锂镍氧化物材料的选通管。3.根据权利要求2所述的一种基于锂镍氧化物材料选通管的制备方法，其特征在于，步骤(b)所述的浆料配制步骤为：Ⅰ)：用电子天平按Li
x
NiO2‑
δ
(0＜x≤1)称取一定比例的LiOH
·
H2O和NiO2H2粉末混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文静，袁幼红，余章宏，夏晨，胡高，王浚英，汪宝元，
申请(专利权)人：湖北江城实验室，
类型：发明
国别省市：