一种电阻转变型存储器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种电阻转变型存储器及其制作方法，属于信息存储技术领域。所述存储器包括上电极、下电极以及位于所述上电极和下电极之间的电阻转变存储层，所述上电极和下电极均由功函数为４．５电子伏～６电子伏的材料制成，所述电阻转变存储层为由Ｐ型半导体二元金属氧化物制成的薄膜。本发明专利技术电阻转变型存储器的结构简单，采用功函数较高的材料制成上电极和下电极，并采用Ｐ型半导体氧化物制成的薄膜作为电阻转变存储层，使得上电极和下电极与电阻转变存储层界面能够形成欧姆接触或者低肖特基接触，使得存储器器件在较低的操作电压下就可以实现高阻态和低阻态之间的转变，因此可以降低存储器器件的操作电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存储器及其制作方法，尤其涉及， 属于信息存储
技术背景随着手机、MP3、 MP4以及笔记本电脑等便携式个人设备的逐渐流行，非挥发性存储器在 半导体行业中扮演着越来越重要的角色，其最大的优点是在无电源供应时所存储的数据仍能 被长时间保持下来，它既有ROM的特点，又有很高的存取速度。目前市场上的非挥发性存储 器仍以闪存(Flash)为主流。随着数字高科技的飞速发展，对存储器的性能也提出了更高的 要求，如高速度、高密度、低功耗、长寿命和更小的尺寸等。但是Flash存储器器件存在操 作电压过大、操作速度慢、耐久力不够好以及随着器件尺寸縮小过程中过薄的隧穿介质层将 导致器件保持时间不够长等缺点。这在一定程度上限制了传统Flash存储器的进一步发展。 因此，急需开发一种全新的信息存取技术来解决以上问题。目前已研制出的新型非挥发性存储器包括铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM) 、相变存储器(PRAM)以及阻变存储器(RRAM)即电阻转变型存储器。在这些存储器当中， 阻变存储器由于具有简单的器件结构、较高的器件密度、较低的功耗、较快的读写速度、与 传统CMOS工艺兼容性好等优势，因此倍受关注。阻变存储器作为一种新型的非挥发性存储器 ，是以薄膜材料的电阻可在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间实现可逆转换为基本工作原 理并作为记忆的方式。图l为现有技术电阻转变型存储器的基本结构示意图。如图1所示，在上电极101和下电 极103之间，设置有电阻转变存储层102。电阻转变存储层102的电阻值在外加电压作用下可 以具有两种不同的状态，即高阻态和低阻态，其可以分别用来表征"0"和"1"两种状态。 在不同外加电压的作用下，电阻转变型存储器的电阻值在高阻态和低阻态之间可实现可逆转 换，以此来实现信息存储的功能。图2为现有技术在理想情况下具有单极转换特性的电阻转变型存储器的电流-电压特性曲 线示意图。所述单极转换是指电阻的转变发生在相同极性上。如图2所示，当电压在正方向 或负方向上增大到U。n时，电流急剧增大，存储器电阻由高阻态转变为低阻态，即设置(Set) 过程；当同方向的电压为U。ff时，电流迅速减小，存储器电阻由低阻态转变为高阻态，即重置(Reset)过程。图3为现有技术在理想情况下具有双极转换特性的电阻转变型存储器的电流-电压特性曲 线示意图。所述的双极转换是指电阻的转变发生在相反的极性上。如图3所示，线201至203 表示电阻由高阻态转变为低阻态的I-V曲线，当电压从0开始向正方向逐渐增大到U。n时，电 流急剧增大，表明存储器电阻由高阻态转变为低阻态(Set过程HRS—LRS);线204至206表示 电阻由低阻态转变为高阻态的I-V曲线，当电压从0开始由负方向逐渐增大至l」U。ff时，电流迅 速减小，存储器电阻由低阻态转变为高阻态(Reset过程LRS—HRS)。阻变存储器的材料体系多种多样，包括PrCaMn03，锆酸锶(SrZr03)、钛酸锶(SrTi03)等 钙钛矿复杂氧化物，高分子有机材料以及简单二元过渡族金属氧化物如Al203、 Ti02、 NiO、 Zr02、 Hf02等。与其它材料相比，二元过渡族金属氧化物由于具有结构简单，制成本低，以 及和现有CMOS工艺兼容的优点受到格外的关注。对于阻变存储器器件而言，低的操作电压意 味着更小的功耗，因此如何降低器件的操作电压是急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对如何降低现有技术中的阻变存储器即电阻转变型存储器的操作电压，提供了 。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下 一种电阻转变型存储器，包括上电极、下电 极以及位于所述上电极和下电极之间的电阻转变存储层，所述上电极和下电极均由功函数为 4. 5电子伏 6电子伏的材料制成，所述电阻转变存储层为由P型半导体二元金属氧化物制成 的薄膜。所述上电极由金属材料或者金属合金材料制成。 进一步，所述下电极由金属材料或者金属合金材料制成。 进一步，所述金属材料为Au、 Co、 Ir、 Re、 Pd或者Pt。 进一步，所述金属合金材料为Ti-Pt、 Co-Ni或者Pt-Hf。进一步，所述P型半导体二元金属氧化物为CU20、 Ni0、 Mo02、 Mn0、 Mn02、 Bi203、 V02或 者PdO。进一步，所述上电极或者下电极的厚度各为10纳米 300纳米，所述电阻转变存储层的 厚度为20纳米 200纳米。本专利技术还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下 一种电阻转变型存储器的制作方 法，包括以下步骤步骤一在衬底上形成功函数为4. 5电子伏 6电子伏的下电极；步骤二在所述下电极上形成一P型半导体二元金属氧化物薄膜作为电阻转变存储层； 步骤三在所述电阻转变存储层上形成功函数为4. 5电子伏 6电子伏的上电极。 所述下电极和上电极均为通过物理汽相沉积和化学汽相沉积形成，所述物理汽相沉积包括电子束蒸发或者溅射。进一步，所述电阻转变存储层为通过电子束蒸发、等离子体增强化学汽相沉积或者原子层沉积形成。本专利技术的有益效果是本专利技术电阻转变型存储器的结构简单，采用功函数较高的材料制 成上电极和下电极，并采用P型半导体氧化物制成的薄膜作为电阻转变存储层，使得上电极 和下电极与电阻转变存储层界面能够形成欧姆接触或者低肖特基接触，这样一来，存储器器 件在较低的操作电压下就可以实现高阻态和低阻态之间的转变，因此可以降低存储器器件的 操作电压。本专利技术电阻转变型存储器的制作方法简单，成本低，与传统的CMOS工艺兼容性好附图说明图l为现有技术电阻转变型存储器的基本结构示意图；图2为现有技术在理想情况下具有单极转换特性的电阻转变型存储器的电流-电压特性曲 线示意图；图3为现有技术在理想情况下具有双极转换特性的电阻转变型存储器的电流-电压特性曲 线示意图；图4为本专利技术实施例1电阻转变型存储器的基本结构示意图； 图5为本专利技术实施例2电阻转变型存储器制作方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于 限定本专利技术的范围。 实施例l图4为本专利技术实施例电阻转变型存储器的基本结构示意图。如图4所示，所述电阻转变型 存储器包括衬底401，设置于衬底401上的下电极402，设置于下电极402上的电阻转变存储层 403，以及设置于电阻转变存储层403上的上电极404。所述衬底401 —般由二氧化硅、掺杂二氧化硅或者其他绝缘材料制成。 所述下电极402和上电极404均为功函数为4. 5电子伏 6电子伏的材料制成。所述下电极402和上电极404可为Au、 Co、 Ir、 Re、 Pd或者Pt等金属形成的单层金属电极，也可以为 Ti-Pt、 Co-Ni或者Pt-Hf等金属合金形成的双层金属电极，同时也可以由其他具有较高功函 数的导电材料制成。所述下电极402和上电极404的厚度各为10纳米 300纳米。可以理解， 所述下电极402和上电极404的电极材料可以相同，也可以不同，只要保证使用的电极材料的 功函数在4. 5电子伏 6电子伏之间即可。所述下电极402和上电极404的厚度可以相同，也可 以不同，只要在10纳米 300纳米之间即可。所述电阻转变存储层403为由P型的半导体二元金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻转变型存储器，包括上电极、下电极以及位于所述上电极和下电极之间的电阻转变存储层，其特征在于，所述上电极和下电极均由功函数为４．５电子伏～６电子伏的材料制成，所述电阻转变存储层为由Ｐ型半导体二元金属氧化物制成的薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，李颖弢，龙世兵，王琴，刘琦，张森，王艳，左青云，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]