一种避免误读的阻变存储器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种存储器，具体地说是一种避免误读的阻变存储器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，纳米级阻变存储器(Resistiveswitching Radom Access Memory, RRAM)由于具有超强的记忆功能，超快的开关速度，出色的抗疲劳性，出色的可扩展性和CMOS兼容性，因此是作为下一代高密度存储器有力的候选者之一，并已被广泛地研宄。阻变存储器是典型的基于双端金属的金属-介质层-金属三明治结构。其主要利用中间介质层在不同电激励的作用下出现高、低阻态之间的可逆转变现象来进行数据的存储。
[0003]目前，研宄人员已经发现了各种各样的中间介质层材料，包括钙钛矿氧化物、二元过渡金属氧化物和电解质等；并对这些材料的阻值记忆功能及其可能的机制进行了研宄。采用这些中间介质层材料做成的器件都具有高、低阻态的转变，各种器件的性能不近相同，但这些器件存在一个共同的缺点，就是高、低阻态下不具有稳定的阻值，经常会造成误读，这样给制造存储器带来了很大的麻烦，在实际生产和实体器件中的用途也不大。
[0004]近些年来，研宄者们为了实现阻变存储器阻值的稳定，研宄了多种介质层材料，包括金属氧化物半导体、Si等单质半导体和半导体掺杂的材料等。但是归结起来就是在两个金属电极之间加入稳定不变的一种材料。这样制作的器件便掉入了一个大家潜意识里的器件结构陷阱。这样制作的器件虽然具有阻值变化，但是给其电压脉冲的不同造成高、低阻态阻值不稳定，导致存储数据时容易发生误读。最近，也有研宄者利用负反馈思想来达到存储器阻值的稳定，并取得了良好的效果，为电路中采用存储器特性的实现提供了一个更加可靠的实现方法。但是这种采用负反馈电路的方法并不能从根本上使器件的性能更加稳定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一就是提供一种避免误读的阻变存储器，以解决现有的阻变存储器因高、低阻态阻值不稳而导致易发生误读的问题。
[0006]本发明的目的之二就是同时提供一种避免误读的阻变存储器的制备方法。
[0007]本发明的目的之一是这样实现的:一种避免误读的阻变存储器，其是在Pt/Ti/Si02/Si衬底的Pt膜层上依次形成有阻变介质层和Ag电极膜层；所述阻变介质层包括依次所形成的第一层铁酸铋膜层、第二层铁酸铋掺银膜层及第三层铁酸铋膜层。
[0008]所述阻变介质层的厚度为10nm~300nm。
[0009]所述Ag电极膜层的厚度为50nm~200nmo
[0010]本发明的目的之二是这样实现的:一种避免误读的阻变存储器的制备方法，包括如下步骤:
a、将Pt/Ti/Si02/Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，然后取出用N2吹干;
b、将清洗好的Pt/Ti/Si02/Si衬底固定到磁控溅射设备腔体的衬底台上，并将腔体抽真空至 I X KT4Pa ~4 X KT4Pa ；
C、向腔体内通入流量比为70~80sccm:20~30sccm的Ar和02，调整接口阀使腔体内的压强维持在lPa~6Pa，打开控制铁酸铋靶材起辉的射频源，调整射频源功率为40W~60W，使铁酸秘革E材起辉，预派射8min~15min ；
d、铁酸秘革E材预派射8min~15min后，正式派射40min~60min，在Pt/Ti/Si02/Si衬底的Pt膜层上形成第一层铁酸铋膜层；
e、形成第一层铁酸铋膜层后，打开控制银靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8W~11W，使银靶材起辉，预溅射8min~15min ;之后使铁酸铋靶材和银靶材共溅射25s~40s，在第一层铁酸铋膜层上形成第二层铁酸铋掺银膜层；
f、形成第二层铁酸秘掺银膜层后，单独由铁酸秘革E材派射40min~60min，在第二层铁酸铋掺银膜层上形成第三层铁酸铋膜层；
g、在形成第三层铁酸铋膜层后的衬底上放置掩膜版，将磁控溅射设备腔体抽真空至lX10_4Pa ~4 X 1^4Pa ；
h、向腔体内通入流量为20sccm~30sccm的Ar，调整接口阀使腔体内的压强维持在lPa~6Pa，打开控制银靶材起辉的直流源，调整直流源功率为8W~1 Iff,使银靶材起辉，预溅射4min~6min ;之后正式派射6min~10min，在第三层铁酸秘膜层上形成Ag电极膜层。
[0011]步骤g中，掩膜版上均布有直径为0.5mm~lmm的圆形孔。
[0012]步骤e中，第二层铁酸铋掺银膜层采用磁控溅射双靶共溅射所得。
[0013]本发明所提供的阻变存储器，呈现出较为稳定的阻值变化，在高、低阻态阻值分布集中，且高电阻值和低电阻值之间相差较大，因此不容易造成高、低阻值混淆，在数据读取时候不容易造成误读。而且，该阻变存储器具有显著的开关效应，这非常有利于存储器的读出。再有，该阻变存储器在高阻态和低阻态下的抗疲劳特性均比较优异。
[0014]本发明所提供的阻变存储器，阻变介质层由三个膜层构成，即是在两个铁酸铋膜层中间夹着一个铁酸铋掺银膜层，铁酸铋掺银膜层通过共溅射的方法来形成，这种制作工艺简单、实用。
【附图说明】
[0015]图1是本发明所提供的避免误读的阻变存储器的结构示意图。
[0016]图2是本发明中用于制备阻变存储器的磁控溅射设备的结构示意图。
[0017]图3是本发明实施例2所制备的记忆元件的HRS和LRS的分布示意图。
[0018]图4是未掺杂银的结构为Ag/BFO/Pt的记忆元件的HRS和LRS的分布示意图。
[0019]图5是本发明实施例2所制备的记忆元件的HRS和LRS的保持特性示意图。
[0020]图6是本发明实施例2所制备的记忆元件的HRS和LRS的抗疲劳特性示意图。
[0021]图7是本发明实施例2所制备的记忆元件的电压-电流特性示意图。
【具体实施方式】
[0022]实施例1，一种避免误读的阻变存储器。
[0023]如图1所示，本发明所提供的避免误读的阻变存储器，其结构包括最底层的衬底1、衬底I上的阻变介质层2以及阻变介质层2上的电极膜层3。衬底I为Pt/Ti/Si02/Si衬底，“Pt/Ti/Si02/Si”表示形式指的是最底部为Si，Si上为S12, S12上为Ti，Ti上为Pt，因此，Pt膜层是衬底I的最顶层，阻变介质层2位于衬底I的Pt膜层上。
[0024]阻变介质层2由三层膜层依次叠加构成，由下至上依次为第一层铁酸秘膜层2-1、第二层铁酸铋掺银膜层2-2以及第三层铁酸铋膜层2-3。阻变介质层2的厚度(三层膜层的总厚度)可以在10nm~300nm范围内。
[0025]电极膜层3为Ag电极膜层；Ag电极膜层的厚度可以在50nm~200nm范围内。Ag电极膜层包括若干均勾分布的直径为0.5mm~lmm的圆形电极。
[0026]实施例2，一种避免误读的阻变存储器的制备方法。
[0027]本发明所提供的避免误读的阻变存储器的制备方法包括如下步骤:
(I)在衬底上形成阻变介质层。
[0028]①、衬底材料的选择和处理
选择Pt/Ti/Si02/Si作为衬底(或称基片)，将衬底放在丙酮中用超声波清洗10分钟，然后放入酒精中用超声波清洗10分钟，再用夹子取出放入去离子水中用超声波清洗5分钟，之后取出，用氮气(N2)吹干。
[0029]②、放入基片、抽真空
如图2所示，打开磁控溅射设备腔体4，拿出压片台8，用砂纸打磨干净至发亮，用丙酮清洗打磨下来的废物和表面附着的有机物，用酒精最后擦拭干净。将清洗好的基片(即Pt/Ti/Si02/Si衬底)放在压片台8上压片，压片时保证衬底稳固压在压片台8上并且压平，保证溅射时候生长薄膜均匀。将整理好的压片台放入腔体内的衬底台7上，固定好后关闭腔体4，对腔体及气路抽真空至2X 10_4Pa。
[0030]③、通入氩气和氧气，预溅射
在腔体内压片台8的下方设置有两个靶台5，靶台5上用于放置靶材6。本发明中两个靶台上所放置的靶材分别为铁酸铋(BiFeO3,简写为BF0)靶材和银靶材。铁酸铋靶材由磁控溅射设备腔体外的射频源来控制其起辉，银靶材由磁控溅射设备腔体外的直流源来控制其起辉。在银靶材的上方设置有可对银靶材进行遮挡的第一挡板，在压片台8底面的衬底下方设置有可对衬底进行遮挡的第二挡板。第一挡板和第二挡板均可由磁控溅射设备腔体外的相应按钮来控制其旋转。
[0031]本步骤中首先由第二挡板将衬底挡住；之后通过充气阀10向腔体4内通入氩气(Ar)和氧气(O2)，且Ar和O2的体积流量比为75sccm:25sccm ;调整机械泵与分子泵接口阀11使腔体4内的压强达到所需反应压强3Pa，打开射频源，调整射频源功率为50W，使BFO靶材起辉，预溅射10分钟。预溅射是为了清洁靶材表面，所以预溅射时需要将衬底挡住，以免在衬底上形成不想要的膜层。
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