忆阻器及其制备方法技术

一种忆阻器及其制备方法，该忆阻器包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的阻变层，其中，该阻变层包括金属氧化物，且配置为在第一电极和第二电极上施加的电压信号的控制下形成连接第一电极和第二电极的金属氧化物通道，该金属氧化物通道可以至少部分被相变以在第一导电态和第二导电态之间转变，该金属氧化物掺杂有掺杂元素，该掺杂元素与金属氧化物中的部分氧原子通过化学键键合。该忆阻器可具有形态、位置等更稳定的金属氧化物通道，且具有更稳定的第一导电态和第二导电态之间转变所处的阈值电压和保持电压。间转变所处的阈值电压和保持电压。间转变所处的阈值电压和保持电压。

【技术实现步骤摘要】
忆阻器及其制备方法


[0001]本公开的实施例涉及一种忆阻器及其制备方法。

技术介绍

[0002]动态忆阻器是一种易失性的忆阻器，当在器件的两个电极端施加电学激励时，器件的阻变层可以从高阻态变成低阻态，在激励撤去后，器件的阻变层会自发地从低阻态回到高阻态，在电学特性上表现出一个阻值的窗口。用动态忆阻器模拟神经元时，器件接受一个或多个电脉冲刺激，动态忆阻器的阻变层从高阻态转变为低阻态，模拟神经元从静息状态转变兴奋的生物现象，实现阈值开关和膜电位积分发放等功能。

技术实现思路

[0003]本公开至少一实施例提供一种忆阻器，该忆阻器包括第一电极、第二电极以及所述第一电极和所述第二电极之间的阻变层，其中，所述阻变层包括金属氧化物，且配置为在所述第一电极和所述第二电极上施加的电压信号的控制下形成连接所述第一电极和所述第二电极的金属氧化物通道，其中，所述金属氧化物通道可以至少部分被相变以在第一导电态和第二导电态之间转变，所述金属氧化物掺杂有掺杂元素，所述掺杂元素与所述金属氧化物中的部分氧原子通过化学键键合。
[0004]例如，本公开至少一实施例提供的忆阻器中，所述金属氧化物通道中的至少部分金属氧化物包括亚稳态金属氧化物，所述掺杂元素至少部分围绕所述金属氧化物通道并与氧原子通过化学键键合。
[0005]例如，本公开至少一实施例提供的忆阻器中，所述掺杂元素与氧形成的化学键的键能大于所述亚稳态金属氧化物中的金属与氧的键能。
[0006]例如，本公开至少一实施例提供的忆阻器中，所述掺杂元素包括氮、钛、锆、铪、铝或者钽。
[0007]例如，本公开至少一实施例提供的忆阻器中，所述亚稳态金属氧化物包括NbO2或VO2。
[0008]例如，本公开至少一实施例提供的忆阻器中，所述阻变层的厚度为25纳米
‑
50纳米。
[0009]例如，本公开至少一实施例提供的忆阻器中，所述第一电极的材料包括Pt或Pd，厚度为30纳米
‑
50纳米；所述第二电极的材料包括Pt或Pd，厚度为30纳米
‑
50纳米。
[0010]本公开至少一实施例还提供一种忆阻器的制备方法，该制备方法包括：形成第一电极、第二电极以及所述第一电极和所述第二电极之间的阻变层，其中，所述阻变层包括金属氧化物，且配置为在所述第一电极和所述第二电极上施加的电压信号的控制下形成连接所述第一电极和所述第二电极的金属氧化物通道，其中，所述金属氧化物通道可以至少部分被相变以在第一导电态和第二导电态之间转变，所述金属氧化物掺杂有掺杂元素，所述掺杂元素与所述金属氧化物中的部分氧原子通过化学键键合。
[0011]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，所述金属氧化物通道中的至少部分金属氧化物包括亚稳态金属氧化物，所述掺杂元素至少部分围绕所述金属氧化物通道并与氧原子通过化学键键合。
[0012]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，形成所述阻变层包括：在具有掺杂元素与氧气的环境中溅射金属材料，以使所述金属材料氧化形成金属氧化物，并使掺杂元素与所述金属氧化物中的部分氧原子通过化学键键合。
[0013]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，所述掺杂元素包括氮，形成所述阻变层包括：在通入氮气和氧气的环境中溅射金属材料，以使所述金属材料氧化形成金属氧化物，并使氮气与氧气通过化学键键合形成氮
‑
氧原子团。
[0014]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，在通入氮气和氧气的过程中，所述氧气与所述氮气的流量比为(1
‑
1.5):1。
[0015]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，在通入氮气和氧气的过程中，所述氮气的流量为4sccm
‑
6sccm，所述氧气的流量为4sccm
‑
9sccm。
[0016]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，在通入氮气和氧气的过程中，还通入氩气，所述氩气与所述氧气和所述氮气的流量和之比为(5
‑
11):1。
[0017]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，所述掺杂元素包括钛、锆、铪、铝或者钽，形成所述阻变层包括：在通入氧气的环境中溅射金属材料和所述掺杂元素，以使所述金属材料氧化形成金属氧化物，并使所述掺杂元素与氧气通过化学键键合。
[0018]例如，本公开至少一实施例提供的制备方法中，形成第一电极、第二电极以及所述第一电极和所述第二电极之间的阻变层，包括：形成第一光刻胶图案，所述第一光刻胶图案包括具有第一形状的第一镂空部，至少在所述第一镂空部中形成所述第一电极的材料，以形成具有所述第一形状的第一电极，在所述第一电极上形成第二光刻胶图案，所述第二光刻胶图案包括具有第二形状的第二镂空部，至少在所述第二镂空部中形成所述阻变层的材料，以形成具有所述第二形状的阻变层，以及至少在所述第二镂空部中且在所述阻变层的远离所述第一电极的一侧形成所述第二电极的材料，以形成具有所述第二形状的第二电极。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
[0020]图1为一种忆阻器的直流特性曲线；
[0021]图2为另一种忆阻器的直流特性曲线；
[0022]图3为本公开至少一实施例提供的忆阻器的结构示意图；
[0023]图4为本公开至少一实施例提供的忆阻器的截面示意图；
[0024]图5A为本公开至少一实施例提供的忆阻器在阻变层未掺杂掺杂元素时的结构的示意图；
[0025]图5B为图5A所示的忆阻器的直流特性曲线；
[0026]图5C为图3所示的忆阻器的直流特性曲线；
[0027]图6为本公开至少一实施例提供的忆阻器的阈值电压的分布图；
[0028]图7为本公开至少一实施例提供的忆阻器的保持电压的分布图；以及
[0029]图8A
‑
图8F为本公开至少一实施例提供的忆阻器在制备过程中的示意图。
具体实施方式
[0030]为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0031]除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种忆阻器，包括第一电极、第二电极以及所述第一电极和所述第二电极之间的阻变层，其中，所述阻变层包括金属氧化物，且配置为在所述第一电极和所述第二电极上施加的电压信号的控制下形成连接所述第一电极和所述第二电极的金属氧化物通道，其中，所述金属氧化物通道可以至少部分被相变以在第一导电态和第二导电态之间转变，所述金属氧化物掺杂有掺杂元素，所述掺杂元素与所述金属氧化物中的部分氧原子通过化学键键合。2.根据权利要求1所述的忆阻器，其中，所述金属氧化物通道中的至少部分所述金属氧化物包括亚稳态金属氧化物，所述掺杂元素至少部分围绕所述金属氧化物通道并与氧原子通过化学键键合。3.根据权利要求1或2所述的忆阻器，其中，所述掺杂元素与氧形成的化学键的键能大于所述亚稳态金属氧化物中的金属与氧的键能。4.根据权利要求1或2所述的忆阻器，其中，所述掺杂元素包括氮、钛、锆、铪、铝或者钽。5.根据权利要求2所述的忆阻器，其中，所述亚稳态金属氧化物包括NbO2或VO2。6.一种忆阻器的制备方法，包括：形成第一电极、第二电极以及所述第一电极和所述第二电极之间的阻变层，其中，所述阻变层包括金属氧化物，且配置为在所述第一电极和所述第二电极上施加的电压信号的控制下形成连...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华强，郑小健，唐建石，李辛毅，高滨，伍冬，钱鹤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：