专利名称：一种可调控介质层磁性的阻变存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可调控介质层磁性的阻变存储器。
背景技术：
利用固态材料的磁学性能以及电学性能实现信息存储的器件结构已经被广泛的研究，包括读出磁头、磁随机存取存储器、闪存存储器、阻变存储器等。通常在这些技术里，电子的自旋和电荷的属性是独立应用的。比如，在读出磁头中，磁场用来读取和写出存储在磁性中的信息；在阻变存储器中，通过电信号的激励，可以实现存储介质电阻的高低变化，以实现信息的两个逻辑状态“0”和“I”的存储。目前寻找高密度信息存储一直激励着能够实现在非磁场下磁性调控的研究，以实现电性能和磁性能同时相互影响的一种新型存储器件，这将能够大大的提高信息的擦写、传递、处理、读取等操作的速度并降低器件的能量消 耗。通过电学的方法调控磁性是实现非磁场下磁性调控的关键手段，已经在多种材料中广泛研究，包括金属材料、磁电多铁材料、稀磁半导体等。稀磁半导体集成了自旋和电荷两种自由度，能够在稀磁半导体体系中实现本征的电的方式调控磁性。阻变存储器由于具有极大的开关比，是当前实现电阻转变方式的重要研究领域，其中伴随电阻转变过程中可能的磁性能的改变却被忽略。如果能够在磁性介质中同时实现磁性能的存储和电性能的存储，则极有可能实现更大容量的存储结构，增加存储的维度，从而拓宽随机存储器的应用，将磁性和电学两种存储信息的载体集合在一起，大大提高了信息存储的速度和容量。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调控介质层磁性的阻变存储器。本发明所提供的可调控介质层磁性的阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于所述底电极和顶电极之间的介质层(阻变层)；其中，所述底电极和顶电极均为钼电极或者金电极；所述介质层为过渡金属掺杂的氧化锌高阻态稀磁氧化物薄膜，该具有稀磁特性的ZnO薄膜由下述原子百分比的元素组成过渡金属为1.0 3. Oat. %，Zn为47. 0 49. Oat. %,其余为O。所述过渡金属选自下述至少一种Co、Fe和Ni。上述可调控介质层磁性的阻变存储器中，介质层的厚度可为20 200nm。本发明采用阻变的方式，即通过施加门电压，实现阻变存储器件的高/低阻态的转变，同时调控过渡金属掺杂的ZnO基稀磁氧化物存储介质层磁性的变化，这种磁性强弱的变化可以用作信息的存储，增加了信息存储的维度。以结构为Pt/ZnO Co/Pt的阻变器件为例，通过电激励的方式，在该阻变器件中，由于氧迁移的阻变机制，在阻变现象发生的同时，改变了存储介质ZnO =Co薄膜内部的氧空位浓度分布，氧空位的浓度是调控ZnO基稀磁薄膜磁性的有效手段，因此使得器件的磁性发生了改变，导致了在出现电阻高低的同时，实现了器件磁性的弱强，从而实现了阻变效应对稀磁氧化物薄膜磁性的调控，为将其应用在信息存储器中提供可能。
本发明将高阻态的过渡金属掺杂的氧化锌薄膜用作非易失性阻变存储器的介质层，采取施加电压的方式，在实现阻变现象的同时，得到了磁性强弱的循环变化，这为将磁性能的存储及电性能的存储集成在阻变存储器上提供了可靠思路。
具体实施例方式图I为实施例制备的Pt/ZnO Co/Pt阻变器件的典型电流-电压(I-V)曲线。图2为实施例制备的Pt/ZnO Co/Pt阻变器件的随阻变产生的饱和磁矩(Ms)变化曲线及矫顽力(Hc)变化曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。下述实施例中的“at. % ”代表原子百分比。 实施例采用磁控反应溅射的方式在Si (100)/SiO2 (500nm)/Ti (15nm)/Pt (IOOnm)基片上沉积Co掺杂ZnO薄膜，厚度约60nm，其组成成分Co为3. Oat. %，Zn为47. Oat. %，其余为0，然后用掩模的方法在Co掺杂ZnO薄膜上沉积大小为300 y m的Pt顶电极，厚度约lOOnm。所制备的薄膜具有室温铁磁性，表现出了稀磁半导体的特性；经四探针测试后，发现该结构初始态电阻较高，约8000 Q，具有稳定的阻变循环性能，开关比约IO2 (见图I)。利用正电压将样品均重置成低阻态(约50 Q )，通过超导脉冲磁强计测量其磁性，发现饱和磁矩(Ms)从闻阻态(HRS)时的3. 2 u emu明显提闻到低阻态(LRS)时的5. 8 u emu,提闻幅度约80%。再将其重置成高阻态，约为8000 Q，测量其磁性，发现磁性降低2. 3 y emu，稳定测量了若干次，均发现了阻变效应对ZnO =Co薄膜磁性具有明显的调控作用，高阻态对应着低的磁性态和矫顽力( ，约680e)，低阻态对应着高的磁性态和矫顽力(约940e)(见图2)。当将上述Co掺杂ZnO薄膜的组成替换为过渡金属为1.0 3. Oat. %，Zn为47.0 49. Oat. %，其余为0的薄膜。该薄膜同样具有通过阻变方式调控磁性的性能。当将上述Co掺杂ZnO薄膜替换为Fe或者Ni掺杂ZnO薄膜也具有相同的性能。该调控作用的机制是氧空位是稀磁半导体磁性产生的重要原因；高阻态变为低阻态时，引入了大量的氧空位，并且形成了氧空位的导电通道，使得ZnO :Co薄膜的磁性增强；低阻态变成高阻态时，氧空位回复到原来的位置，氧空位浓度减小，使得ZnO =Co薄膜的磁性降低。因此使得器件的磁性发生了改变，导致了在出现电阻高低的同时，实现了器件磁性的弱强，从而实现了阻变效应对稀磁半导体薄膜介质层磁性的调控，这为将磁性能的存储及电性能的存储集成在阻变存储器上提供了可靠思路。
权利要求
1.一种可调控介质层磁性的阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于所述底电极和顶电极之间的介质层；其特征在于所述介质层为过渡金属掺杂的氧化锌薄膜。
2.根据权利要求I所述的可调控介质层磁性的阻变存储器，其特征在于所述过渡金属选自下述至少一种Co、Fe和Ni。
3.根据权利要求I或2所述的可调控介质层磁性的阻变存储器，其特征在于所述介质层由下述原子百分比的元素组成过渡金属为I. O 3. O at. %, Zn为47. O 49. Oat. %，其余为O。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的可调控介质层磁性的阻变存储器，其特征在于所述介质层的厚度可为20 200nm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的可调控介质层磁性的阻变存储器，其特征在于 所述底电极和顶电极均为钼电极或金电极。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的可调控介质层磁性的阻变存储器，其特征在于通过调控所述阻变存储器的电阻值变化，实现对所述阻变存储器的磁性调控。
全文摘要
本发明公开了一种可调控介质层磁性的阻变存储器。该阻变存储其包括底电极、顶电极以及位于所述底电极和顶电极之间的介质层；其中，所述底电极和顶电极均为铂电极或者金电极；所述介质层为过渡金属Co、Fe和Ni等掺杂的氧化锌高阻态稀磁氧化物薄膜，该具有稀磁特性的ZnO薄膜由下述原子百分数的元素组成过渡金属为1.0～3.0at.﹪，Zn为47.0～49.0at.﹪，其余为O。采用阻变的方式调控ZnO基稀磁氧化物存储介质层磁性的变化，这种磁性强弱的变化可以用作信息的存储，增加了信息存储的维度。
文档编号H01L27/24GK102738391SQ201210186988
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者宋成, 彭晶晶, 潘峰, 陈 光 申请人:清华大学