一种制备电阻存储器件的方法及其产品与应用技术

本发明专利技术提供一种制备电阻存储器件的方法以及由此制备的均匀发光的电阻存储器件及其应用。所述制备方法包括在0～150℃形成底电极、氧化物介质层和顶电极的步骤，所述介质层由具有电阻转变和发光特性的材料构成，并且所述底电极和所述顶电极的至少一个对所述介质层所发的光透明。本发明专利技术的制备方法步骤简单、节约能耗，由此制备的电阻存储器件具有不交叉8字形的I-V特性，可用于光电一体器件；发光均匀稳定，满足器件可商业化、小型化的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体存储器件领域，具体涉及ー种制备电阻存储器件的方法，以及由此制备的均匀发光的电阻存储器件与应用。
技术介绍
在半导体
，存储器件和发光器件是具有突出前景的两大方向，井一直是研究的重点。现代半导体技术中，通常仅为单纯的存储单元器件或发光器件，而鲜有存储与发光相结合的器件。RRAM(Resistive random access memory,电阻型非易失性存储器)因其高密度存储、超高转换速度、长寿命、低功耗以及与传统CMOSエ艺的兼容性等的诸多优点而日益受到关注。但RRAM在走向实际应用的道路上还存在一些问题，如器件的稳定型和可重复性 (主要为I-V特性和翻转特性)差，起作用的区域不均匀，这些都严重影响其エ业化生产。本专利技术人的专利技术专利申请CN201110059937. 2公开了ー种具有发光特性的电阻存储器件。该器件利用兼具电阻转变的电致发光特性的材料作为介质层，并使用对介质层所发出的光透明的材料作为底电极和顶电极，实现了半导体器件中存储与发光这两者的有机结合，大大拓宽了半导体材料的应用前景。该申请所公开的电阻存储器件的阻态转变是通过导电通道实现的，在对器件施加电压时，器件内形成导电通道以实现阻态转变，同时导电通道内的载流子发生复合而产生荧光。为形成导电通道，电阻存储器件通常在高温下制备，即在衬底材料上逐层沉积底电极、氧化物中介层和顶电极时，每ー层生长完成之后均要求进行高温退火处理。退火温度会影响材料的结晶性和层间界面性质，进而影响器件的阻态转变性质。如此形成的导电通道型电阻存储器件，其阻态变化机制I-V特性曲线呈现典型的交叉8字型(如图4所示)，即当RRAM顶电极接偏压，底电极接地吋，测试器件在相反极性电场作用下的ι-v特性，正偏压操作时器件从高阻态进入低阻态，而在负偏压操作吋，器件从低阻态进入高阻态，并且I-V曲线存在ー个共同的交点。导电通道的产生具有不确定性，不同样品的发光位置不确定、不稳定，通常仅在样品的边缘位置有发光点，这会导致发光不均匀。这种不均匀的发光性质会影响器件的整体稳定性。此外，高温退火处理还会造成较大能量消耗，并且在高温下处理器件也对器件材料的选择造成限制。CN200810092024. 9公开了ー种在室温到约200°C沉积介质层制备电阻存储器件的方法。文中还讨论了沉积温度对样品I-V特性的影响对于NiO介质层，室温下沉积得到的样品的ι-v特性显示其不具备可变电阻特性；对于金属离子掺杂的氧化物介质层，室温沉积所得样品的ι-v特性显示其具备单极性可变电阻特性。然而，相比双极性可变电阻特性，单极性可变电阻特性的阻态翻转速度较慢，并且需要较多功耗，成本较高。因此，存在着对于ー种具有均匀发光特性和双极性可变电阻特性的光电一体化电阻存储器件，及其制备方法的需要。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中RRAM器件功能単一、性质稳定性和均匀度差、器件制备能耗大的缺陷，提供ー种性质稳定、均匀，且可以减小尺寸的光电一体型阻变存储器件以及其制备方法。为此，本专利技术一方面提供一种制备电阻存储器件的方法，包括S1在衬底上形成底电极；S2在所述底电极上形成介质层，所述介质层由具有电阻转变和发光特性的材料构成；S3在所述介质层上形成顶电极，其中所述底电极和所述顶电极的至少ー个对所述介质层所发的光透明；并且所述步骤S2和S3在O 150°C进行。一些实施方案中，所述步骤SI也在O 150°C进行。一些实施方案中，所述方法还可以包括重复所述步骤SI、S2、S3两次、三次或更多次，以生产具有六层、九层或更多层的电阻存储器件。所述介质层厚度可以在5 300nm的范围，如10 200nm范围，优选为80nm。所述介质层优选由选自Ti02、MgO、ZnO、Cu20、CuO、NiO、Zr02、Al2O3的简单氧化物，或掺杂以金属或其合金、非金属的Ti02、Mg0、Zn0、Cu20、Cu0、Zr02、Al203的掺杂氧化物，或它们任意组合构成，所述金属或其合金可以选自Au、Ag、Cu、Fe、Ni、Ti、Hf、Zr、Zn、W、Co、Nb、Mg或它们的合金，所述非金属可以选自N、S、B、Si、C、P、ITO0如在一些实施方案中，所述介质层可以为TiO2层或MgO层；另一些实施方案中，所述介质层可以为Ni掺杂的TiO2层，并且其中Ni的掺杂浓度在l-33vol %的范围，优选的Ni掺杂浓度为IOvol%。本专利技术另一方面提供根据本专利技术的方法制备的电阻存储器件，其特征在于，所述电阻存储器件具有不交叉8字形的I-V特性。本专利技术再一方面提供一种显示器件或存储显示器，其包括本专利技术的电阻存储器件。本专利技术的有益效果在于电阻存储器件制备过程省去退火步骤，使得存储器件可以在低温、室温条件下制备(低于150°C )，兼容CMOSエ艺；エ艺简单，节约能耗，降低了制备成本；器件材料不需受耐高温的限制，使得像衬底材料等材料的选择范围得以拓宽；器件具有双极性电阻转变特性，阻态翻转速度快、所需功耗小。如此制备的器件消除了导电通道，I-V特性曲线呈现反常的不交叉8字形，使得发光均匀稳定，满足了器件可商业化、小型化的要求。本专利技术公开的均匀发光的电阻存储器件中，由于采用兼具电阻转变和电致发光特性的介质层以及透明的底电极或顶电极，而使得器件兼具电阻存储和发光功能，可用于光电一体器件。附图说明图I是电阻存储器件的三明治结构示意图。图2是制备对比样品的常规电阻存储器件的流程图。图3A是制备本专利技术样品I的电阻存储器件的示例性流程图。图3B是制备本专利技术样品2的电阻存储器件的示例性流程图。图4是导电通道型电阻存储器件(对比样品)的I-V特性曲线，其呈现典型的交叉8字形。图5A-B分别是根据本专利技术样品I和2的电阻存储器件的示例性I_V特性曲线，其呈现反常的不交叉8字形。图6A-B分别是根据本专利技术样品3和4的电阻存储器件的示例性I_V特性曲线，其呈现反常的不交叉8字形。图7是根据本专利技术样品5的电阻存储器件的示例性I-V特性曲线，其呈现反常的不交叉8字形。 图8A-B分别是对比样品的电阻存储器件正向和负向I-V扫描过程中的2D发光图像。图9A-B是本专利技术样品I的电阻存储器件的I-V扫描均匀发光的2D图像。图10是本专利技术样品2的电阻存储器件的I-V扫描均匀发光的2D图像。图IlA-B是本专利技术样品3的电阻存储器件的I_V扫描均匀发光的2D图像。图12是导电通道型电阻存储器件(对比样品)的XRD图。图13是根据本专利技术样品I的电阻存储器件的XRD图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进ー步详细说明。图I所示为电阻存储器件的一般结构示意图。如图所示，电阻存储器件一般为三明治结构，包括底电极层100、顶电极层200以及在底电极层100和顶电极层200之间的金属氧化物介质层300。底电极层100和顶电极层200均可由透明导电氧化物来构成，如IT0、FTO ;也可以由各种透明导电氮化物构成，如含Ti、Al、Si、Mo、Cr、Nb、Co、Fe、Pd、Ag、Au、Pt的导电氮化物。介质层300的材料为具有电阻转变和发光特性的的材料，如可以是Ti02、Mg0、Zn0、Cu20、Cu0、Ni0、Zr02、Al203的简单氧化物，或掺杂以金属或其合金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备电阻存储器件的方法，包括 SI在衬底上形成底电极； S2在所述底电极上形成介质层，所述介质层由具有电阻转变和发光特性的材料构成； S3在所述介质层上形成顶电极，其中 所述底电极和所述顶电极的至少ー个对所述介质层所发的光透明；并且 所述步骤S2和S3在O 150°C进行。2.权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤SI在O 150°C进行。3.权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括重复所述步骤SI、S2、S3两次、三次或更多次，以制备具有六层、九层或更多层电阻存储器件。4.权利要求I或2所述的方法,其特征在于,所述介质层厚度在5- 300nm范围。5.权利要求4所述的方法，其特征在于，所述介质层厚度为80nm。6.权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述介质层由选自Ti02、MgO、ZnO,Cu2O,Cu0、Ni0、Zr02、Al2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏武，张培健，孟洋，李栋，孟庆宇，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：