一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其应用技术

本发明专利技术属于功能氧化物薄膜开关领域，具体公开了一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其应用。本发明专利技术通过调节NbO

【技术实现步骤摘要】
一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其应用


[0001]本专利技术属于功能氧化物薄膜开关(阻变特性)领域，具体涉及一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其在阈值选通开关或阻变存储器三维堆叠结构中的应用。

技术介绍

[0002]电阻转变现象因为在转变前后电阻有几个数量级的变化(高阻态HRS和低阻态LRS)，可以用来作为信息存储、数字开关等受到人们的广泛研究。电阻转变行为可以分为易失性的和非易失性的，易失性的是在撤去电压后，电阻态立马恢复到原来的稳定的状态比如阈值选通开关(Selector)；非易失性的在撤去电压后仍能保持低阻态，比如阻变存储器(RRAM)。RRAM器件由于简单的两端结构，使其集成结构可以采用4F2的十字交叉阵列结构，极大地提高了信息存储密度，但是十字交叉阵列结构存在严重的串扰问题，容易造成信息的误读，严重限制了RRAM的大规模商业应用。
[0003]由于Nb元素具有多种价态Nb
5+
，Nb
4+
和Nb
2+
等，单一成分的NbO2或Nb2O5较难制备，因此现有技术中制备的NbO
x
一般为Nb2O5，NbO2以及更低价态氧化物共同组成。Nb
4+
对应的氧化物NbO2由于具有金属
‑
绝缘体相变显示出易失性阻变特性，Nb
5+
对应的氧化物Nb2O5通常显示出非易失性阻变特性。因此，可以利用NbO2的易失性阻变特性作为Selector、利用Nb2O5的非易失性阻变特性作为RRAM(这两者目前研究较多)，或者采用一些手段方法，将NbO
x
材料的两种阻变特性同时激活使其自组装为Selector
‑
RRAM(1S1R)器件，来抑制RRAM三维集成结构在数据读取过程中的串扰电流问题(相关报道较少)。有报道将制备的Pt/NbO2/Pt器件和Pt/Nb2O5/Pt串联在一起形成1S1R器件,并且对于Nb2O5/NbO2双层结构器件展示的稳定循环次数约20次(X.Liu,et al.Co
‑
occurrence of threshold switching and memory switching in Pt/NbO
x
/Pt cells for crosspoint memory applications[J].IEEE Electron Device Letters,2012,33(2):236
‑
238。对于上述报道的1S1R器件稳定循环次数较少，并且器件的制备过程比较复杂。因此，找到一种可以多次稳定循环，并且成本低廉，制备方法简单的自组装NbO
x 1S1R器件的方法是有必要的。
[0004]目前，对于器件易失性和非易失性阻变行为的转换报道较少，比如Bae et.al通过改变Pt/NbOx/Pt器件施加的电应力大小从2.5V增加到3.5V实现从易失性阻变到非易失性阻变转换(J.Bae,et al,Coexistence of bi
‑
stable memory and mono
‑
stable threshold resistance switching phenomena in amorphous NbO
x films,APPL.PHYS.LETT.,2012,100:062902.)。Hwang et.al通过给Pt/NiO/Pt器件施加幅值为2V的正向电脉冲可以使器件从双稳定态的非易失性阻变转到单稳态的易失性阻变，施加相反方向的电脉冲器件发生可逆转换(I.Hwang,et.al,Resistive switching transition induced by a voltage pulse in a Pt/NiO/Pt structure APPL.PHYS.LETT.,2010,97,052106)。上述报道的器件阻变行为的转换过程可能需要给器件更高的电能，并且从直流电
到信号脉冲电信号的输入也比较复杂。
[0005]当前未有通过改变限制电流对氧化铌薄膜的开关行为调控见诸报道，本专利技术研究了限制电流对氧化铌薄膜的开关行为的调控，填补了现有技术的空白。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其在阈值选通开关或阻变存储器三维堆叠结构中的应用。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法，具体包括以下步骤：
[0009](1)NbO
x
薄膜的制备：采用射频磁控溅射法以Nb2O5为靶材，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上沉积NbO
x
薄膜；
[0010](2)限制电流对薄膜电阻转变行为的调控：施加大于转变电压的扫描电压；当控制限制电流为5mA，所述NbOx薄膜显示出非易失性阻变行为；当控制限制电流为10mA时，所述NbOx薄膜显示出易失性阻变行为；当控制限制电流为50mA时，所述NbOx薄膜显示出非易失和易失性结合的阻变行为。
[0011]进一步的，所述NbO
x
薄膜的厚度为75
‑
125nm，优选为90
‑
110nm，最优选为100nm；
[0012]进一步的，所述步骤(2)中，进行调控时，对所述NbOx薄膜施加5mA的限制电流时，施加的扫描电压顺序为0
→
2V
→0→‑
1.5V
→
0或者2V
→0→‑
1.5V
→0→
2V或者
‑
1.5V
→0→
2V
→0→‑
1.5V，对所述NbOx薄膜施加10mA或者50mA的限制电流时，施加的扫描电压顺序为0
→
(1.5
‑
3)V
→0→‑
(1.5
‑
3)V
→
0或者(1.5
‑
3)V
→0→‑
(1.5
‑
3)V
→0→
(1.5
‑
3)V或者
‑
(1.5
‑
3)V
→0→
(1.5
‑
3)V
→0→‑
(1.5
‑
3)V。
[0013]更进一步的，所述步骤(2)中，进行调控时，对所述NbOx薄膜施加10mA的限制电流时，施加的扫描电压顺序为0
→
2V
→0→‑
1.5V
→
0；对所述NbOx薄膜施加50mA的限制电流时，施加的扫描电压顺序为0
→
2V
→0→‑
2V
→<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法，具体包括以下步骤：（1）NbOx薄膜的制备：采用射频磁控溅射法以Nb2O5为靶材，在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上沉积NbOx薄膜；（2）限制电流对薄膜电阻转变行为的调控：施加大于转变电压的扫描电压，当控制限制电流为5 m A时，所述NbOx薄膜显示出非易失性阻变行为；当控制限制电流为10 m A时，所述NbOx薄膜显示出易失性阻变行为；当控制限制电流为50 m A时，所述NbOx薄膜显示出非易失和易失性结合的阻变行为。2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述NbO
x
薄膜的厚度为75
‑
125nm。3.根据权利要求2所述的调控方法，其特征在于，所述步骤（2）中，进行调控时，对所述NbOx薄膜施加5 mA的限制电流时，施加的扫描电压顺序为0
→
2 V
→0→‑
1.5 V
→
0或者2 V
→0→‑
1.5 V
→0→
2 V或者
‑
1.5 V
→0→
2 V
→0→‑
1.5 V，对所述NbOx薄膜施加10 mA或50 mA的限制电流时，施加的扫描电压顺序为0
→
（1.5
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐静，杨亚东，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：发明
国别省市：