一种双向可控整流阻变存储器制造技术

一种双向可控整流阻变存储器，包括金属上电极和下电极、上下电极之间的阻变材料，所述阻变材料是掺有+1价金属阳离子的阻变薄膜或纳米线薄膜，所述阻变薄膜或纳米线薄膜与金属电极形成肖特基接触；通过+1价的金属阳离子控制阻变层中产生的氧空位浓度，通过脉冲触发引起氧空位的移动以调节上下势垒的高度实现双向可控整流。本发明专利技术掺入金属阳离子所引起的氧空位数目比较大，通过操控氧空位在上下电极之间的移动可以实现双向导通-正向整流负向整流之间的可逆转换，可以用来发展新型的整流器件。同时本发明专利技术的阻变存储器也可以用来构建三稳态存储器，所构建的三稳态存储器中存在正向整流，反向整流和双向导通等三个电学存储态，可以通过读取电流的方法获取三个存储态的逻辑值，通过脉冲触发的方法实现存储态之间的相互转换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双向可控整流阻变存储器。
技术介绍
随着便携式电子产品被越来越广泛的使用，对大容量非易失性存储器的需求也越来越迫切。传统的可擦除编程只读存储(EPR0M)和电可擦除编程只读存储器(E2PROM)已远远不能满足现今的市场需求。而随着集成电路工艺28nm技术节点的来临，传统的Flash 非挥发性存储器也遇到了一系列的问题。其中一个最主要的问题是随着隧穿氧化层厚度的越来越小，电荷的泄漏也变得越来越严重，这直接影响到了 Flash存储器的数据保持性能。于是各种新型的下一代非挥发性存储器应运而生，如铁电存储器(FeRAM )、磁存储器 (MRAM)、相变存储器(PRAM)，阻变式存储器(RRAM)等。和其它非易失性存储器相比，阻变存储器因为其具有结构简单、存储密度高、操作电压低、读写速度快、保持时间长、尺寸小、 反复操作耐受力强、低功耗、与传统CMOS工艺兼容性好等优势而被广泛研究，被认为是极有可能替代SRAM、DRAM、Flash、HDD，成为下一代“通用”存储器的强有力候选者之一。现有阻变存储器通常由金属上电极、下电极和上下电极之间的阻变材料构成，现有阻变材料是用二元或三元氧化物。这种阻变存储器不具有整流功能，同时只有两个存储态
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双向可控整流阻变存储器。以实现通过操控氧空位在上下电极之间的移动实现双向可控整流，可以用来发展新型的整流器件。本专利技术的技术方案是包括金属上电极和下电极、上下电极之间的阻变材料，其特征在于，所述阻变材料是掺有+1价金属阳离子的阻变薄膜或纳米线薄膜，所述阻变薄膜或纳米线薄膜与金属电极形成肖特基接触；通过+1价的金属阳离子控制电压开启过程阻变层中产生的氧空位浓度，通过脉冲触发引起氧空位的移动以调节上下势垒的高度实现双向可控整流，同时本专利技术的阻变存储器也可以用来构建三稳态存储器，所构建的三稳态存储器中存在正向整流，反向整流和双向导通等三个电学存储态，可以通过读取电流的方法获取三个存储态的逻辑值，通过脉冲触发的方法实现存储态之间的相互转换。所述阻变薄膜或纳米线薄膜的材料是具有阻变特性的W03、Ti02、Co203、Cu0、Ni0、 A1203、SrTi03、BaTi03中任意一种。所述+1价金属阳离子为钠、钾或铷，其质量百分数为阻变材料的0. 01% 1%。所述脉冲触发引起氧空位的移动，是当氧空位在外加电场作用下进入阻变层-金属接触面减低肖特基势垒使器件进入开状态，当氧空位在外加电场作用下移出阻变层-金属接触面恢复肖特基势垒使器件进入关状态；实现阻变存储器既可以实现双向整流的可控调节，同时又可以实现三稳态存储。所述上下电极材料为Au、Ag、Pt、Pd、Al、Cu或W中的任意一种。本专利技术掺入金属阳离子所引起的氧空位数目比较大，当氧空位在外加电场作用下进入阻变层-金属接触面减低肖特基势垒使器件进入开状态，当氧空位在外加电场作用下移出阻变层-金属接触面恢复肖特基势垒使器件进入关状态；使阻变存储器不需要电压开启过程，有利于器件的集成。除了开关效应外，在较大的正负脉冲触发作用下，氧空位可以实现双向移动，调节上下肖特基势垒的高度，通过操控氧空位在上下电极之间的移动可以实现双向导通-正向整流负向整流之间的可逆转换，从而可以用来发展新型的整流器件， 同时本专利技术的阻变存储器也可以用来构建三稳态存储器，所构建的三稳态存储器中存在正向整流，反向整流和双向导通等三个电学存储态，可以通过读取电流的方法获取三个存储态的逻辑值，通过脉冲触发的方法实现存储态之间的相互转换。附图说明 图1为本专利技术初始状态内部结构示意图2为一实施例Au/W03纳米线薄膜/Au器件电阻转变特性图； 图3为一实施例经较大正脉冲触发后出向的正向整流图； 图4为经较大正脉冲触发后，氧空位在阻变层中分布示意图； 图5为经过较大负脉冲触发后出现的负向整流图； 图6为经过较大负脉冲触发后，氧空位在阻变层中分布示意图。具体实施例方式实施例1 参照图1整流阻变存储器包括金属上电极1、下电极2、上下电极之间的阻变材料3，本专利技术的阻变材料是在阻变材料3中掺有+1价金属阳离子4构成的阻变薄膜或纳米线薄膜。阻变薄膜或纳米线薄膜与金属电极形成肖特基接触；通过+1价的金属阳离子控制电压开启过程阻变层中产生的氧空位浓度，通过脉冲触发引起氧空位的移动以调节上下势垒的高度实现双向可控整流。本专利技术的阻变存储器的主要导电机理为氧空位导电，经过电压开启过程后阻变层中产生一定数量的氧空位，氧空位在外加电场作用下进入阻变层-金属接触面减低肖特基势垒使器件进入开状态，氧空位在外加电场作用下移出阻变层-金属接触面恢复肖特基势垒使器件进入关状态。实施例2:用电子分析天平分别称量1. 63g钨酸钠(Na2WO4 · 2H20)粉末，2. Og硫酸钾(K2SO4)粉末和1. 26g草酸(C2H2O4 · 2H20),并将这三种试剂放入锥形瓶中混合均勻。向装有三种试剂的锥形瓶中轻轻注入50ml去离子水(H2O),并搅拌，再放在磁力加热搅拌器上搅拌25分钟。用胶管滴入少量盐酸到已搅拌充分的锥形瓶中调节PH值=1 1. 5。从已配置好的溶液中取出40ml装置在容积为50ml的水热反应斧中，将水热反应釜放置到电热恒温鼓风干燥箱， 180摄氏度反应24小时。将得到的溶液通过离心得到沉淀状物质，将其置于干净的玻璃皿中，将玻璃皿放置到恒温鼓风干燥箱中，在适当的温度下干燥，便得到钠参杂的W03纳米线。将得到的钠参杂W03纳米线超声溶解在酒精中，经过多孔氧化铝真空抽滤的到钠参杂W03纳米线薄膜。再经过镀膜工艺便得到Au/W03纳米线薄膜/Au器件。实际制作的Au/W03纳米线薄膜/Au器件电阻转变特性图如图2所示在此之前不需要电压开启(electroforming)过程。 Au/W03纳米线薄膜/Au器件由双向导通状态经+lOv/ls脉冲触发后，进入正向整流状态(如图3a)。再经过-lOv/ls脉冲触发，恢复到双向导通状态，此后-lOv/ls使器件进入反向整流状态(如图4a)，-10v/2s脉冲触发可以使器件从正向整流状态直接进入负向整流状态。通过脉冲触发的方式，本专利技术的阻变存储器可以实现双向导通-正向整流负向整流之间的可逆转换，因此本专利技术可以用来发展新型的整流器件，同时本专利技术的阻变存储器也可以用来构建三稳态存储器，所构建的三稳态存储器中存在正向整流，反向整流和双向导通等三个电学存储态，可以通过读取电流的方法获取三个存储态的逻辑值，通过脉冲触发的方法实现存储态之间的相互转换。实施例3 在具有IOOnm氧化层的硅片基底上，采用PVD (Physical Vapor Deposition)方法生长Au、Ag、Pt、Pd、Al、Cu或W底电极2。在底电极之上用PLD (Pulsed Laser Deposition )方法生长掺入+1价钠、钾或铷离子的W03薄膜。具体工艺为将希望掺入的金属元素的钨酸化合物和三氧化钨粉末按照需要的比例混合，使掺入金属元素的质量百分数为阻变材料的0. 01% 1%。将混合物在0. Imbar 0. 2mbar压力下压制10 20分钟之后，在空气中630摄氏度烧结3天。PLD的激光功率采用200 300mw，沉淀5 10分钟本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双向可控整流阻变存储器，包括金属上电极和下电极、上下电极之间的阻变材料，其特征在于，所述阻变材料是掺有＋１价金属阳离子的阻变薄膜或纳米线薄膜，所述阻变薄膜或纳米线薄膜与金属电极形成肖特基接触；通过＋１价的金属阳离子控制阻变层中的氧空位浓度，通过脉冲触发引起氧空位的移动以调节上下势垒的高度实现双向可控整流和三稳态存储。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐东升，郭杰，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：43