一种电阻型随机存储器的存储单元及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电阻型随机存储器的存储单元及其制备方法，该存储单元包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置第一电极，第一电极表面设置中间层，中间层的表面设置第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电脉冲时该存储单元具有电阻转变特性，该中间层由厚度范围是5nm～500nm的聚西佛碱薄膜形成。与现有技术相比，本发明专利技术采用聚西佛碱作为随机存储器存储单元的中间层，在直流电压连续扫描激励下表现出优异的高低阻态之间的转变和记忆特性，其高低电阻态间的差值可大于1012倍，在连续1010次高低阻态循环的过程中，高低阻态的电阻值表现出较好的稳定性，置位电压和复位电压表现出很好的稳定性，这些特性表明本发明专利技术在存储器件领域具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器
，尤其涉及。
技术介绍
当前数字高科技的飞速发展，对现有信息存储产品的性能提出了更高的要求，例如高速度、高密度、长寿命、低成本和低功耗等，同时也揭示了现有随机存储技术的缺陷。 动态存储器和静态存储器的弱点之一是其易失性断电情况下信息丢失，并且易受电磁辐射干扰。闪存则存在读写速度慢、记录密度低等技术障碍。因此，迫切需要在存储材料和技术方面取得突破，以开发新一代的存储器技术。2000年美国休斯顿大学在金属/钙钛矿锰氧化物I^rCaMnO/金属这种三明治结构中发现，在两金属电极间施加电脉冲可以使体系电阻在高低阻值上来回快速切换。随后，人们发现在Ni0、Cu0、&02、TiA等多种二元过渡族金属氧化物中也存在类似的电致电阻转变效应。基于该电阻转变效应，人们提出了一种新型非易失性存储器概念-电阻型随机存储器(RRAM)。电阻型随机存储器的存储单元，一般包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置第一电极，第一电极表面上设置中间层，中间层的表面设置第二电极，和其它存储器相比，电阻型随机存储器(RRAM)具有制备简单、擦写速度快、存储密度高、与半导体工艺兼容性好等主要优势。目前，绝大部分关于电阻型随机存储器(RRAM)中间层的研究都局限于氧化物材料。对于其它材料作为中间层的电阻型随机存储器(RRAM)的研究目前还较少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提供一种不采用氧化物材料， 而采用聚合物作为电极中间层的电阻型随机存储器的存储单元。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种电阻型随机存储器的存储单元，包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置第一电极，第一电极表面设置中间层，中间层的表面设置第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电脉冲时该存储单元具有电阻转变特性， 其特征是该中间层由聚西佛碱薄膜形成，聚西佛碱薄膜的厚度范围是5nm 500nm。聚西佛碱薄膜层包括自生成的纳米粒子或纳米线，该自生成的纳米粒子和纳米线可以来自第一电极和第二电极中的至少一个，也可以是聚西佛碱薄膜层与第一电极和第二电极中的至少一个之间反应生成的。第一电极和第二电极的材料可以采用金属、金属氮化物、掺杂的半导体、有机导体、导电高分子、有机高分子超导体中的一种或者两种以上的组合物。该金属、金属氮化物及掺杂的半导体包括但不限于铝(Al)、铜(Cu)、氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiaAlbNc)、 铱(Ir)、钼(Pt)、银(Ag)、金(Au)、多晶硅、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、氮化钨 (WN)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、锑(Sb)、铁(Fe)、钼(Mo)、钯(Pd)、锡(Sn)、锆(Zr)和锌(Zn)中的至少一种。本专利技术电阻型随机存储器的存储单元的制备方法包括以下步骤步骤1、在绝缘衬底表面形成导电薄膜作为第一电极；步骤2、在第一电极表面通过溶液加工的方式制备厚度为5nm 500nm的聚西佛碱薄膜；步骤3、在聚西佛碱薄膜表面制备导电薄膜作为第二电极。所述步骤1中的绝缘衬底包括但不限于普通硅片、无机盐类和绝缘性能良好的聚合物薄膜；其中无机盐类包括氮化硅，包括氯化钠、氯化钾和氯化镁的盐酸盐，硅酸盐，碳酸盐，钛酸盐，釕酸盐等；绝缘性能良好的聚合物包括但不限于包括掺杂或者未掺杂的聚酰亚胺，聚酯，聚醚砜，聚醚酮，聚醚醚酮。所述步骤2中，溶液加工方法包括但不限于旋涂、滴涂、喷涂、喷墨打印和丝网印刷中的一种或者两种以上的组合。通过控制聚西佛碱溶液的浓度、涂覆速率与涂覆时间，将聚西佛碱薄膜厚度制为5nm 500nm。所述步骤3中，可以但不限于采用溅射、热蒸发或者电子束蒸发的方法在聚西佛碱薄膜表面制备第二电极，第二电极采用掩膜板或光刻的方法成型。上述制备方法还可以包括步骤4，该步骤4具体如下步骤4、采用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀的方法在步骤3已获得的结构基础上制备出隔离的器件结构。与现有技术相比，本专利技术电阻型随机存储器的存储单元中，两个电极之间的中间层不采用氧化物材料，而是采用聚西佛碱薄膜。这种结构的电阻型随机存储器在直流电压连续扫描激励下表现出优异的高低阻态之间的转变和记忆特性，其高低电阻态间的差值可大于IO12倍，在连续101°次高低阻态循环的过程中，高低阻态的电阻值表现出较好的稳定性；其高阻态向低阻态转变(置位)的电压不大于+2V，低阻态向高阻态转变(复位)的电压不大于-2V，在IOltl次高低阻态循环的过程中，置位电压和复位电压表现出很好的稳定性；同时，该电阻型随机存储器不需要电形成过程；另外，该电阻型随机存储器充分发挥了聚合物作为电子材料的诸多优势，例如，良好的加工性能、优异的延展性和丰富的结构变换及设计等；这些特性表明本专利技术在存储器件领域具有潜在的应用价值。附图说明图1是本专利技术电阻型随机存储器的存储单元的结构示意图；图2是本专利技术实施例中电阻型随机存储器的存储单元的双极性I-V特性测试结^ ο具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1所示，电阻型随机存储器的存储单元包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置钼与钛制成的第一电极，第一电极表面设置厚约ISOnm的聚西佛碱薄膜作为中间层，中间层表面设置铜制成的第二电极。上述电阻型随机存储器的存储单元的制备方法如下4步骤1、利用热氧化的方法将二氧化硅隔离介质层生长在单晶硅上制成绝缘衬底；步骤2、利用溅射法在绝缘衬底表面制备200nm厚的钼和50nm厚的钛作为第一电极；步骤3、将聚西佛碱溶解于N，N-二甲基乙酰胺，配成质量百分比浓度3%的溶液； 然后在第一电极表面以2000rpm的转速旋涂40s，然后在真空烘箱中120°C烘干得到聚西佛碱薄膜，所得薄膜厚度约为ISOnm ；步骤4、利用电子束蒸发结合掩膜板的方法在聚西佛碱薄膜表面制作由铜制成的第二电极，第二电极厚度为200nm。步骤5、采用反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀的方法在步骤4已获得的结构基础上制备出隔离的器件结构。利用半导体参数分析测试仪测试上述方法制得的电阻型随机存储器的存储单元的电流-电压特性(即I-V特性)，在电压连续扫描模式下测试了该电阻型随机存储器的存储单元的电流-电压特性。扫描偏压加在第二电极和第一电极上，电流-电压特性测试结果见图2。电压初次从OV开始扫描时，该电阻型随机存储器的存储单元表现出高阻特性，当电压高于+1. 90V时电阻型随机存储器的存储单元突然转变为低阻态，此时需设定一个电流限流值(本实施例中为10 μ A)，以免电流过大损坏电阻型随机存储器的存储单元， 当电压重新从+2. OV扫描至OV时，电阻型随机存储器的存储单元保持在低阻态，电压从 OV开始扫描至-2. OV(重置电压)时电阻型随机存储器的存储单元转变为高阻态，当电压从-2. OV扫描至OV时，电阻型随机存储器的存储单元保持在高阻态。在下一次循环中，当电压从OV扫描至+2. OV (置位电压)时电阻型随机存储器的存储单元转变为低阻态，当电压重新从+2. OV扫描至OV时，电阻型随机存储器的存储单元保持在低阻态，电压从OV开始扫描至-2. OV (重置电压)时电阻型随机存储器的存储单元转变为高阻态，当电压从-2. OV 扫描至OV时，电阻型随机存储器的存储单元保持在高阻态本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电阻型随机存储器的存储单元，包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置第一电极，第一电极表面设置中间层，中间层的表面设置第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电脉冲时该存储单元具有电阻转变特性，其特征是：所述的中间层由聚西佛碱薄膜形成，聚西佛碱薄膜的厚度范围是５ｎｍ～５００ｎｍ。

【技术特征摘要】
1.一种电阻型随机存储器的存储单元，包括绝缘衬底，绝缘衬底表面设置第一电极，第一电极表面设置中间层，中间层的表面设置第二电极，在第一电极和第二电极之间施加电脉冲时该存储单元具有电阻转变特性，其特征是所述的中间层由聚西佛碱薄膜形成，聚西佛碱薄膜的厚度范围是5nm 500nm。2.根据权利要求1所述的电阻型随机存储器的存储单元，其特征是所述的聚西佛碱薄膜层内包括自生成的纳米粒子或纳米线，所述的自生成的纳米粒子和纳米线可以来自第一电极和/或第二电极，也可以是聚西佛碱薄膜层与第一电极和/或第二电极之间反应生成的。3.根据权利要求1所述的电阻型随机存储器的存储单元，其特征是所述的第一电极和第二电极的材料分别是金属、金属氮化物、掺杂的半导体、有机导体、导电高分子、有机高分子超导体中的一种或者两种以上的组合物。4.根据权利要求3所述的电阻型随机存储器的存储单元，其特征是所述的第一电极和第二电极的材料选自铝、铜、氮化钛、氮化铝钛、铱、钼、银、金、多晶硅、钨、钛、钽、氮化钽、 氮化钨、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润伟，胡本林，诸葛飞，潘亮，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97