纳米结构快速开关忆阻器及其制造方法技术

纳米结构快速开关忆阻器及其制造方法，涉及到一种纳米结构忆阻器结构与制造方法，它克服了现有的忆阻器制造模型开关速度相对比较低的问题。本发明专利技术的纳米结构快速开关忆阻器包括有三层纳米膜，分别为Ｐ型半导体层、中性半导体层和Ｎ型半导体层，所述忆阻器的两个电极还可以采用交叉布置的方式。本发明专利技术的制作方法中，采用电解的方法在多孔模板的纳米孔洞中制作纳米金属线，所述纳米金属线用于连接三层纳米膜和电极，所述的三层纳米膜采用磁控溅射的方法获得，最后采用压印技术制备忆阻器的电极引线。本发明专利技术所述的忆阻器的开关速度快，更适用于在即将出现的更快、更节能的即开型ＰＣ或模拟式计算机中实现存储数据功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种忆阻器结构及其制作方法，具体涉及到一种纳米结构的快 速开关忆阻器及其制造方法。
技术介绍
目前现有的忆阻器的结构是美国专利US20080090337A1公开的结构，美 国惠普公司实验室研究人员Dmitri B. Strukov， Gregory S. Snider, Duncan R. Stewart & R. Stanley Williams在2008年5月1日出版的英国《自然》杂志 上发表论文The missing memristor found宣称，他们己经证实了电路世界中 的第四种基本元件——记忆电阻器，简称忆阻器(Memristor)的存在，并 成功设计出一个能工作的忆阻器实物模型。他们像制作三明治一样，将纳 米级的二氧化钛半导体薄膜Ti02./Ti02夹在由铂制成的两根纳米线之间， 做成Pt/Ti02-Zri02/Pt纳米结构，制作忆阻的窍门是使其组成部分只有5纳 米大小，也就是说，仅相当于人一根头发丝的1万分之一那么细。公知的 忆阻器制造模型实际上就是一个有记忆功能的非线性电阻器，通过控制电 流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为"l"，低阻值定义为"0"，则 这种电阻就可以实现存储数据的功能。公知的忆阻器制造模型是由两根钼 纳米线之间夹一层纳米级的缺氧二氧化钛薄膜和中性二氧化钛薄膜构成， 虽然结构简单，但是开关速度相对比较低。
技术实现思路
为了克服现有的忆阻器制造模型开关速度相对比较低的问题，本专利技术提 供一种。 本专利技术的纳米结构快速开关忆阻器，它包括上电极、下电极，它还包括三 层纳米膜，所述三层纳米膜由N型半导体层、中性半导体层和P型半导体层 叠加组成，其中P型半导体层与上电极电气连接，N型半导体层与下电极电气 连接。本专利技术还提供一种纳米结构快速开关忆阻器，它包括公共电极、两个多孔 模板、多个上电极和三层纳米膜，所述三层纳米膜由P型半导体层、中性半 导体层和N型半导体层叠加组成，所述多孔模板中带有多个相互独立的纳米直径的通孔，所述多个纳米直径的通孔呈矩阵式排列，并且每个纳米直径通孔中嵌有贯穿的纳米金属线，其中一个多孔模板的上表面与N型半导体层的下 表面连接，所述多孔模板的下表面连接公共电极，并且所述公共电极通过所述多孔模板中的多条纳米金属线与N型半导体层电气连接；另一个多孔模板的 下表面连接P型半导体层的上表面，所述多孔模板的上表面上固定有多个上 电极，每个上电极通过所述多孔模板中的 条纳米金属线与P型半导体层电 气连接。上述纳米结构快速开关忆阻器的制作方法的具体过程为步骤一、在一个多孔模板的下表面采用真空镀膜的方法蒸镀一层金或铂金属膜作为公共电极；步骤二、在镀得的金属膜上焊接一条用于连接直流电源负极的导线； 步骤三、将步骤二获得的多孔模板放入电解槽中进行电解，在多孔模板的通孔中形成纳米金属线，并且所述纳米金属线的端头与多孔模板的上表面平齐；步骤四、将步骤三获得的多孔模板放入磁控溅射机中，在所述多孔模 板的上表面溅射一层厚度为lnm至33nm的N型半导体层，然后再溅射 一层厚度为lnm至33nm的中性半导体层，然后再溅射一层厚度为lnm 至33nm的P型半导体层；步骤五、将带有纳米金属线的多孔模板与P型半导体层采用界面原位合 金化的方法电气连接在一起，形成上电极；步骤六、将带有纳米金属线的多孔模板与N型半导体层采用界面原位合 金化的方法电气连接在一起，形成下电极；步骤七、在与P型半导体层17连接的带有纳米金属线的多孔模板的上 表面采用激光刻蚀或压印技术制备忆阻器的多个上电极；步骤八、对步骤一至七获得的纳米结构忆阻器单元开关阵列采用封装测试 工艺进行封装。本专利技术还提供另一种纳米结构快速开关忆阻器，它包括一对上电极、 一对 下电极、两根纳米金属线和三层纳米膜，所述一对上电极、 一对下电极和两根 纳米金属线以三层纳米膜为中心、交叉布置，所述三层纳米膜由N型半导体 层、中性半导体层和P型半导体层叠加组成，其中P型半导体层通过一根纳米金属线同时与一对上电极电气连接，N型半导体层通过另一根纳米金属线同 时与一对下电极电气连接。本专利技术的结构与美国专利US20080090337A1公开的结构的不同之处在 于，在两个铂纳米线之间增加了一层P型半导体层17，形成双注入效应。本专利技术所述的忆阻器单元快速开关，是一种有记忆功能的非线性电阻 器，即通过控制电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为"l"，低 阻值定义为"0"，则这种电阻也可以实现存储数据的功能，而且在与专利 US20080090337A1公开的结构中元件长度D相同的情况下，本专利技术所述的忆 阻器的开关速度提高1倍。本专利技术的纳米结构忆阻器的制造方法简单，制造成本低，制造获得的忆阻 器开关速度更快，能够满足目前数字电子领域对开关速度越来越快的要求， 为将出现的更快更节能的即开型PC或模拟式计算机提供可以实现存储数 据功能的新型忆阻器快速开关元件结构。附图说明图1是纳米结构快速开关忆阻器的理想结构示意图，图2是纳米结构快速 开关忆阻器存在金属与半导体材料之间的接触势垒的理想结构示意图。图3 是纳米结构快速开关忆阻器结构的纳米结构忆阻器单元开关开始启动或切换 到开状态时的立体结构示意图；图4是图3所示的处于开状态的纳米结构忆阻 器单元开关的平面结构示意图；图5为处于开状态下的纳米结构忆阻器单元开 关的等效电路示意图；图6是为处于开状态的纳米结构忆阻器单元开关的能带 图。图7是纳米结构快速开关忆阻器的纳米结构忆阻器单元开关开始启动或切 换到关闭状态时的立体结构示意图。图8是图7所示的处于关闭状态的纳米结 构忆阻器单元开关的平面结构示意图；图9是处于关闭状态的纳米结构忆阻器 单元开关的等效电路示意图；图10是处于关闭状态的纳米结构忆阻器单元开 关的能带图。图11是处于中间状态的纳米结构忆阻器单元开关的平面结构示 意图；图12是处于中间状态的纳米结构忆阻器单元开关的等效电路示意图； 图13是处于中间状态的纳米结构忆阻器单元开关的能带图。图14是本专利技术所 述的纳米结构快速开关忆阻器结构中内部杂质运动和等效电阻的示意图。图 15是由纳米结构忆阻器单元开关组成的纳米结构忆阻器阵列模型示意图。图 16是图15的正视图，图17是图15所示的纳米结构忆阻器阵列结构中的一个单元开关的理想结构示意图，图18是图17所示的单元开关存在金属与半导体 材料之间的接触势垒的结构图。图19是具体实施方式一所述的纳米结构忆阻 器阵列的结构示意图。图20至图27是具体实施方式一所述的纳米结构忆阻器 阵列的制作方法中各步获得产品结构示意图。图28是具体实施方式二所述的 纳米结构忆阻器结构示意图。 具体实施例方式具体实施方式一、本实施方式所述的纳米结构快速开关忆阻器结构参见图 19所示，它包括上电极l、下电极2和三层纳米膜，所述三层纳米膜由N型 半导体层15、中性半导体层16和P型半导体层17叠加组成，其中P型半导 体层17与上电极1电气连接，N型半导体层15与下电极2电气连接。本实施方式中所述的三层纳米膜中的每一层纳米层的厚度相同或不相同 均可，三层纳米膜的总厚度小于100nm，并大于3nm。本实施方式中，每一层的纳米膜的厚度为lnm至33nm，一般取本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米结构快速开关忆阻器，它包括上电极（１）、下电极（２），其特征在于它还包括三层纳米膜，所述三层纳米膜由Ｎ型半导体层（１５）、中性半导体层（１６）和Ｐ型半导体层（１７）叠加组成，其中Ｐ型半导体层（１７）与上电极（１）电气连接，Ｎ型半导体层（１５）与下电极（２）电气连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：温殿忠，柏晓辉，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]