一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于肖特基接触而实现较优存储性能结构简单的阻变存储器件的方法。本发明利用磁控溅射方法在Nb：SrTiO3单晶衬底上溅射金属金(Au)薄膜，而得到了Au/Nb:SrTiO3/Au平面结构的存储器件，并得到了稳定保持特性的阻变存储性能。本发明的优点：通过磁控溅射在单晶Nb：SrTiO3衬底上镀金电极制备的阻变存储器件工艺制作过程一步到位，器件制备工序更简单，无需其他复杂的步骤，阻变器件结构简单，适合于工业化生产。性能测试结果表明，相比前面的发明，本发明中的期间具有更好的保持特性，这是决定存储器性能好坏的关键因素之一。
【专利说明】
一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于Au/NSTO/Au双肖特基结构实现稳定阻变存储的阻变存储单元器件的制备方法，具体是指以金属Au做为电极、以0.7wt%.Nb的单晶SrT13做为阻变层材料的异质结构在稳定阻变存储性能上的实现。
技术背景
[0002]随着当今社会计算机技术、互联网以及新型便携式电子产品的快速发展，人们对信息存储器性能的要求越来越高，这迫切地要求存储器材料和技术必须要取得更大的进展。尽管Flash技术在市场上获得了巨大成功，但受到自身存储机理的限制，随着特征尺寸进一步缩小，该技术的发展面临着诸多难题。一方面它的编程电压不能按比例减小；另一方面随着器件尺寸不断缩小，隧穿氧化层厚度变得越来越薄，电荷泄漏将越来越严重，这使得器件的电荷保持性能下降。因此Flash存储技术无法满足信息技术迅速发展对超高存储密度的要求。
[0003]阻变存储(RRAM)的存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、信息保持稳定、具有不挥发性，而且，易于实现三维立体集成和多值存储，有利于提高集成密度等多方面的优越性能以其在存储密度和存储速度上的独特优势，被认为是颇具潜力的下一代非易失性存储技术。
[0004]在各种具有电致阻变现象的材料中，钙钛矿结构的Nb = SrT13单晶对于研究阻变存储器的阻变机制有着独特的优势。首先，单晶具有卓越的化学稳定性；其次，单晶与多晶相比避免了高缺陷密度和晶粒的边界效应引起的复杂现象，阻止氧化物阻变特性出现多样化的行为，为分析阻变机制提供了便利；最后，Nb = SrT13单晶作为典型的简并半导体，其载流子浓度可以直接用掺杂浓度表示，我们可以通过改变掺杂比或者缺陷能方便地控制载流子浓度和电导率的大小。我们经过长时间系统性的研究发现，基于两个异质结的Au/Nb:SrT13Au平面结构的单元存储器件比一个异质结构的存储器件，如Au/Nb:SrTi03/T1、Ag/Nb:SrTi03/Ti (其中Ti与Nb:SrTi03的接触表现了欧姆特性)，工艺制作过程和存储结构都比较简单，在存储窗口值上也有不错的性能，以及在存储保持时间上也有比较好的稳定特性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是制备一种具有良好存储性能的阻变存储器件。
[0006]本发明制备Au/Nb: SrT13Au阻变存储器件的方法，是采用商用的单晶Nb =SrT13作为衬底，并用射频磁控溅射的方法在衬底上溅射沉积金属薄膜。
[0007]一种基于界面肖特基接触实现稳定存储的阻变存储器件方法，其特征包括如下步骤:
[0008](I)以1mmX 5mmX0.5mm大小的的单晶Nb:SrT13为衬底，并超声清洗干净；
[0009](2)制备含有实验要求图案的掩膜板，然后将上述清洗干净的Nb =SrT13衬底用掩膜板遮挡；
[0010](3)然后利用射频磁控溅射方法在清洗干净的单晶衬底上溅射金薄膜作为电极，所使用射频磁控溅射方法时的真空度为9.7X 10_4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射功率为60W，革巴基距为5 cm ；
[0011]作为优选，上述方法中所述的步骤(I)中所用的Nb =SrT13单晶衬底的晶体取向为(001)方向，单晶衬底掺Nb的含量为0.7% ;
[0012]作为优选，上述方法中所述的步骤(2)中磁控溅射薄膜金电极的直径为1mm，间距为 0.5mm ；
[0013]作为优选，上述方法中所述的步骤(3)中溅射薄膜金电极的时间为8min，厚度为150nmo
[0014]经上述方法所制得的样品，对其进行二值存储、保持性能测试。二值存储测试时写电压为+2V，擦电压为-2V，读电压为+0.2V ;保持性能测试时，所施加的读电压为0.2V，写、擦电压分别为+2V和-2V时测试的高、低阻态随时间变化关系。
[0015]有益效果:本发明制备过程中，所用衬底NSTO为商业产品，无需繁琐制备；本发明在制备过程中，采用磁控溅射法制备金属金(Au)薄膜，工艺可控性强，易操作，所得薄膜表面致密、厚度稳定均一、结构连续，此外无需其他制作步骤。相比较于本课题组CN102723435A和CN102593354A的发明，本发明的优越性在于通过磁控溅射在单晶Nb:SrT13衬底上镀金电极制备的阻变存储器件工艺制作过程一步到位，无需其他复杂的步骤，阻变器件结构简单，并且具有良好的保持特性的阻变存储性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是用本发明制得的Au/Nb:SrT13Au的阻变存储器件的测试结构示意图；
[0017]图2是用本发明制得的Au/Nb:SrTi03/Au在OV — +2V — OV — -2V — OV扫描电压下的半对数坐标的1-V曲线图；
[0018]图3是用本发明制得的Au/Nb:SrT13Au在常温下所测得的二值脉冲电压图；
[0019]图4是用本发明制得的Au/Nb:SrT13Au在常温下所测得的二值脉冲存储性能图；
[0020]图5是用本发明制得的Au/Nb:SrTi03/Au在长时间给定读电压下的高、低阻态的保持特性图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合实例进一步说明本发明。
[0022]实施例1
[0023]取一片1mmX5mmX0.5mm规格大小的含Nb的单晶SrT13衬底，其中的单晶SrT13衬底中含有含量为0.7%的Nb,将其分别在去尚子水、丙酮、去尚子水、乙醇、去尚子水中依次超声清洗5min、15min、5min、15min、5min,自然晾干。将清洗干净的衬底用掩膜板遮挡，置于磁控溅射仪真空腔内，采用射频磁控溅射的方法在暴露的含Nb单晶SrT13衬底上溅射一层厚度为lOOnm，直径为Imm的金属金(Au)薄膜，该器件结构的示意图如图1。所使用的射频磁控溅射方法时的真空度为9.7X 10_4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为9min，溅射功率为60W，靶基距为5cm。用金属铜线(Cu)将两个金属金(Au)电极串联起来。其中一端金属金(Au)做为正极，给OV — +2V — OV — -2V — OV的扫描电压分别测试它们的1-V特性，如图2所示为它们的1-V曲线图和半对数坐标的1-V曲线图，其中1、2、3、4是指Au/Nb:SrTi03/Au在不同电压极性下的高、低电阻间的电流状态；再分别给以一定的读、写、擦电压进行两值存储性能测试。两值存储测试时，读、写、擦电压分别为+0.2V、+2V、-2V，如图3所示为在此读、写、擦的脉冲电压下，器件的高(HRS)、低(LRS)阻态周期性的变化；图4所示则为读电压为+0.2V，写、擦电压分别为+2V，-2V时高(HRS)、低(LRS)两阻态随时间变化的保持特性。从图4中可以看出，经过200s测试后，高、低阻态间的存储窗口具有良好的保持特性。以上的测试结果表明，基于Au/Nb:SrT13Au结构的存储器件结构简单，具有良好的保持稳定性能，图5是用本发明制得的AU/Nb:SrTi03/AU在长时间给定读电压下的高、低阻态的保持特性图，说明对于信息的存储是一个很好的选择。
[0024]实施例2
[0025]如实施例1相同的取一片10mmX5mmX0.5mm规格大小的含Nb单晶SrT13的衬底，其中的单晶SrT13衬底中含有质量含量为0.5%的Nb，将其分别在去离子水、丙酮、去离子水、乙醇、去离子水中依次超声清洗5min、15min、5min、15min、5min,自然晾干。将清洗干净的衬底用掩膜板遮挡，置于磁控溅射仪真空腔内，采用射频磁控溅射的方法在暴露的含Nb单晶SrT13的衬底上溅射一层厚度为lOOnm，直径为Imm的金属金(Au)薄膜，该器件结构的示意图如图1。所使用的射频磁控溅射方法时的真空度为9.7X10_4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射时间为9min，溅射功率为60W，靶基距为5cm。用金属铜线(Cu)将两个金属金(Au)电极串联起来。再对本发明中产品进行测试，得出与实施例1中相似的效果。
【权利要求】
1.一种基于界面氧空位实现稳定存储的阻变存储器件方法，其特征包括如下步骤: (1)以1mmX5mmX0.5mm大小的的单晶Nb =SrT13为衬底，并超声清洗干净； (2)制备掩膜板，然后将上述清洗干净的Nb=SrT13衬底用掩膜板遮挡，并露出用于制作电极的位置； (3)然后利用射频磁控溅射方法在清洗干净的单晶衬底上溅射金薄膜作为电极，所使用射频磁控溅射方法时的真空度为9.7X 10_4pa，溅射气压为0.8Pa，溅射功率为60W，靶基距为5cm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(I)中所用的Nb=SrT13单晶衬底的晶体取向为(001)方向，单晶衬底掺Nb的含量为0.7%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(2)中磁控溅射薄膜金电极的直径为1mm，间距为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)中溅射薄膜金电极的时间为8min,厚度为150nm。
【文档编号】H01L45/00GK104393172SQ201410704894
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】李培刚, 汪鹏超, 王顺利, 陈瑞品, 朱志艳, 沈静琴 申请人:浙江理工大学