基于(Bi₂O₃)_1-X(Y₂O₃)_X固体电解质薄膜的非挥发记忆元件及其制备方法

专利名称：基于(Bi₂O₃)_1-X(Y₂O₃)_X固体电解质薄膜的非挥发记忆元件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及微电子器件及其材料领域。具体地，本发明涉及一种应用于集成电路 的新型可快速读写的基于(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥发电阻转变效应记忆元 件及其制备方法。
背景技术：
长久以来，半导体行业一直力图把更多数量的晶体管集成到一个面积极为微小的 芯片上。1965年，英特尔公司的联合创始人摩尔预言，未来每两年，同一面积芯片上可以集 成的晶体管数量将翻倍，这就是后人所称的“摩尔定律”。随着集成度的不断提高，硅基CMOS 器件的尺寸已经接近物理极限，人们一方面寻找更加有效利用电子管的技术，另一方面希 望找到新的原理和新的结构设计来突破“摩尔定律”的限制。计算机的基本结构由运算器和存储器两大系统构成。存储器对计算机来说起着至 关重要的作用。目前存储器分为挥发存储器和非挥发存储器两种。典型的挥发存储器如 DRAM等，它具有读写速度快的优点，但是数据的存储需要供电维持。非挥发存储器如最初 的只读存储器(ROM)到目前发展很快的新型半导体存储器一闪速存储器(Flash Memory) 等。它们的主要特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。但是非挥发存储器的写 入一般较为缓慢；非挥发存储器还在写入上存在着固有的局限性，在一定次数的写入操作 后，存储器会达到自己的承受极限而出现故障。而理想的存储器应当具备非挥发性以及与 SRAM类似的存取速度，同时有足够多的写入次数，以及只消耗非常少的功率，这正是推动最 新一代非挥发存储器快速发展的因素。几年来一种非挥发存储器-电阻式随机存储器(RRAM)引起了人们的广泛关注。电 阻式随机存储器利用在外场作用下材料电阻发生变化的现象来存储信息。与传统存储器相 比，RRAM具有结构简单，存储密度大，能量消耗低等优点，具有广阔的应用前景。但是目前已有的RRAM材料普遍具有制备工艺苛刻，性能对工艺条件敏感的问题。 本发明人发明了一种基于(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜的RRAM，它的性能对氧气压，温 度，和化学计量比等制备条件不敏感。可以在比较宽松的条件下制备出性能优异的RRAM器 件。

发明内容
本发明的一个目的在于提供了一种基于(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥 发性记忆元件。本发明的另一个目的在于提供了一种制备上述非挥发性记忆元件的方法。本发明的一方面提供了一种基于(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记 忆元件。所述非挥发性记忆元件包括衬底、底电极、(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜、顶电 极和两条引线，其中(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜夹在底电极和顶电极之间，底电极位于所述衬底上，两条引线分别由底电极和顶电极引出。并且(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄 膜中χ的取值范围为0. 25 < χ < 0. 43。优选地，所述元件的厚度为10nm-1000nm。优选地，所述衬底为无机非金属材料，该无机非金属材料优选选自玻璃、陶瓷、硅 和被二氧化硅薄层覆盖的硅中的一种。优选地，所述底电极为不活泼的金属，优选为钼或金，其厚度为lOnm-lOOnm。优选地，所述(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的晶体结构为单相晶体结构，且 (Bi2O3) i-x (Y2O3)x固体电解质薄膜的厚度为400nm-600nm。优选地，所述顶电极为容易与氧发生反应的金属，优选为铜、银或钛，其厚度为 IOnm-IOOnm0本发明的另一方面提供了一种制备上述非挥发性记忆元件的方法，所述方法包括 以下步骤
(a)在衬底上利用磁控溅射、脉冲激光沉积或离子束沉积的方法沉积底电极；(b)在底电极上利用脉冲激光沉积(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜；(c)在(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜上利用磁控溅射、脉冲激光沉积或离子束 沉积的方法沉积顶电极；和(d)由顶电极和底电极分别接出引线。在本发明方法的步骤(b)中，沉积(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜的方法优选如 下将(Bi2O3UY2O3)x单相陶瓷靶安装在脉冲激光沉积系统的靶台上，沉积好底电极的衬 底安装在衬底台上，加热器安装在衬底台下；以上都安装在生长室中；首先将生长气压抽 至0. OlPa以下，通入氧气，调节氧气进气量与抽气量使氧气压力维持在适当压力下；将衬 底加热到适当温度；启动KrF激光器，波长为248nm，脉冲宽度脉冲能量为200mJ ；将激光聚 焦到靶材上，开始薄膜沉积。任选地，在薄膜沉积结束后，将(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄 膜加热到600-800°C，在原位退火5-15分钟。优选地，所述衬底为无机非金属材料，该无机非金属材料优选选自玻璃、陶瓷、硅 和被二氧化硅薄层覆盖的硅中的一种；所述底电极为不活泼金属，优选为钼或金；所述顶 电极为容易与氧发生反应的金属，优选为铜、银或钛。优选地，在所述方法步骤(b)还包括靶材的制备，其中(Bi2O3UY2O3)x单相陶瓷 靶是用Bi2O3粉末和Y2O3粉末混合烧结制备的；首先将化学计量比合适的Bi2O3粉末和Y2O3 粉末混合研磨，放入电炉中烧结；烧结完成后的混合粉末经再次研磨，用静压法压成合适的 大小和形状；最后用电炉烧结成靶。优选地，所述脉冲激光沉积(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜的条件为氧气压 50-100Pa，衬底温度300-500°C;所述Bi2O3粉末和Y2O3粉末以摩尔比6 4-3 1混合，且 烧结温度为600-1000°C。与传统技术相比，本发明的优势在于本发明的基于(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件具有体积小、 结构简单、具有非挥发记忆功能、低能耗、无机械运动部件等优点，并且根据本发明的基于 (Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件稳定，对氧气压，温度，和化学计量比 等条件不敏感。


以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中图1为根据本发明用于制备(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的脉冲激光沉积设 备结构示意图；其中，I-KrF准分子激光器、2-聚焦镜、3-沉积室、4-靶台、5-衬底台和衬底 加热装置、6-衬底、和7-抽气口。图2为根据本发明的(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的X射线衍射图，其中(a) 为根据本发明实施例1的(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的X射线衍射图；(b)为根据本 发明实施例2的(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的XRD衍射图；(c)为根据本发明实施例 3的(Bi2O3) ^ (Y2O3) x固体电解质薄膜的XRD衍射图。图3为根据本发明的非挥发性记忆元件的结构示意图；其中，1-顶电极、 2"(Bi2O3) i-x (Y2O3)χ固体电解质薄膜、3_底电极、4-衬底、和5-引线。图4为根据本发明的非挥发性记忆元件的电流-电压特性的曲线图，其中χ轴为 电压，y轴为响应电流。图5为根据本发明的非挥发性记忆元件在脉冲+5V、无饱和电流限制和+3V、ImA饱 和电流限制脉冲作用下的电阻转变过程的图，其中脉冲宽度为1ms。χ轴为时间，y轴为电 阻。图6为根据本发明的非挥发性记忆元件的高电阻状态和低电阻状态随时间变化 的图。χ轴为时间，y轴为电阻。HRS为高电阻状态，LRS为低电阻状态。图7为根据本发明的非挥发性记忆元件在500°C的温度下的电压_电流特性的曲 线图。
具体实施例方式以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅 用于说明本发明的目的，其不以任何方式限制本发明的范围。^MMl(Bi2O3) H(Y2O3)x固体电解质薄膜的制备(1) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 70%mol 的 Bi2O3和 30% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(2)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产，所述设备的结构示意图如图1所示；(3)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(4)加热衬底，使衬底温度维持在300°C ；(5)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积；3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程。使用Rigaku D/Max-2400X射线衍射仪(购自日本理学电机株式会社)对制备的 (Bi2O3) I-X (Y2O3)x固体电解质薄膜进行χ射线衍射分析，所得到的图谱如图2(a)所示，图中的衍射峰对应(Bi2O3UY2O3)x固体电解质相，呈现出δ-B2O3固体电解质相。没有杂峰表 明薄膜为单相，并且得到的(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的厚度为500nm。^MMl(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的制备(1) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 70%mol 的 Bi2O3和 30% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(2)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产，所述设备的结构示意图如图1所示；(3)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(4)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(5)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积，3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程。使用Rigaku D/Max-2400X射线衍射仪(购自日本理学电机株式会社)对制备的 (Bi2O3) I-X (Y2O3)x固体电解质薄膜进行χ射线衍射分析，所得到的图谱如图2(b)所示，图中 的衍射峰对应(Bi2O3UY2O3)x固体电解质相，呈现出δ-B2O3固体电解质相。没有杂峰表 明薄膜为单相，并且得到的(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的厚度为500nm。^MMl(Bi2O3)1-X(Y2O3)ii固体电解质薄膜的制备(1) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 70% mol 的 Bi2O3和 30% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(2)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，衬底固定在 衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为北京 中科科仪技术发展有限责任公司生产，所述设备的结构示意图如图1所示；(3)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(4)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(5)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦在靶材上，开始薄膜沉积；(6)沉积30min后关闭激光器，将衬底温度加热到700°C，退火lOmin。使用Rigaku D/Max-2400X射线衍射仪(购自日本理学电机株式会社)对制备 的(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜进行X射线衍射分析，所得到的图谱如图2(c)所示， 图中的衍射峰对应(Bi2O3UY2O3)x固体电解质相，呈现出δ-B2O3固体电解质相。没有 杂峰表明薄膜为单相，并且经过退火的样品呈现出与衬底一致的择优取向，并且得到的 (Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的厚度为500nm。^MMi(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的制备(1) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 70% mol 的 Bi2O3和 30% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；
(2)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产；(3)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在60Pa ；(4)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(5)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积，3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程。得到的(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜呈现出δ -B2O3固体电解质相，且为单相， 并且薄膜的厚度为500nm。(Bi2O3) i-x (Y2O3)x固体电解质薄膜的制备(1) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 60%mol 的 Bi2O3和 40% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压 成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(2)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产；(3)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充如氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(4)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(5)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积，3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程。得到的(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜呈现出δ -B2O3固体电解质相，且为单相， 并且薄膜的厚度为500nm。^MMe(Bi2O3)1-X(Y2Q3)X固体电解质薄膜的制备(1) (Bi2O3) H(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 75% mol 的 Bi2O3和 25% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(2)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产；(3)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(4)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(5)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积，3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程。得到的(Bi2O3UY2O3)x固体电解质薄膜呈现出δ -B2O3固体电解质相，且为单相， 并且薄膜的厚度为500nm。实施例7基于(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件的制备
(1)在Si衬底上用磁控溅射法沉积一层Pt，厚度IOOnm ；(2) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 70%mol 的 Bi2O3和 30% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(3)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产，所述设备的结构示意图如图1所示；(4)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(5)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(6)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积，3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程；得到厚度为500nm的(Bi2O3) ^x (Y2O3) x薄膜。
(7)利用掩模板利用脉冲激光沉积技术在(Bi2O3) H(Y2O3)J^膜上沉积一系列直径 0. 3mm的圆形Cu电极；(8)从Pt电极和Cu电极上分别引出一条引线，制得非挥发性记忆元件。实施例8基于(Bi2O3)H(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件的制备(1)在Si衬底上用磁控溅射法沉积一层Pt，厚度IOOnm ；(2) (Bi2O3) ^(Y2O3)jJE材由 Bi2O3 和 Y2O3 粉末烧结而成将 70% mol 的 Bi2O3和 30% mol的Y2O3粉末混合研磨，将研磨好的混合物在空气环境下800°C烧结7h，然后将烧结好的 粉末再次研磨，30MPa静压力压成30 X 4mm的圆片，在电炉中烧结8h制成；(3)将(Bi2O3)H(Y2O3)j^E材固定在脉冲激光薄膜沉积系统的靶台上，并将衬底固 定在衬底台上；所使用的激光器为相干公司生产的脉冲激光器系统，沉积室和真空系统为 北京中科科仪技术发展有限责任公司生产，所述设备的结构示意图如图1所示；(4)将真空抽到0. OOlPa以下，向生长室内充入氧气，并调节氧气进气量和机械泵 抽气量使氧气压维持在90Pa ；(5)加热衬底，使衬底温度维持在500°C ；(6)启动KrF准分子激光器，将光束聚焦到靶材上，开始薄膜沉积，3Hz沉积20min 后关闭激光器，结束沉积过程；得到厚度为500nm的(Bi2O3) ^x (Y2O3) x薄膜。(7)利用掩模板利用脉冲激光沉积技术在(Bi2O3) H(Y2O3)J^膜上沉积一系列直径 0. 3mm的圆形Ag电极；(8)最后从Pt电极和Cu电极上分别引出一条引线，制得非挥发性记忆元件。性能测试对本发明的基于固体电解质(Bi2O3UY2O3)x薄膜的非挥发性记忆元件进行一系 列性能的测试，所述测试都是在使用KEITHLEY 2601数字源表(购自美国吉时利仪器公 司)、探针台，利用两端法测量的，所述测试包括本发明的非挥发性记忆元件的电流-电压 特性测试、在脉冲作用下电阻转变的测试、不同电阻状态下的电阻随时间变化的测试以及 在500°C温度下的电流-电压特性测试，其结果显示于图4、图5、图6和图7中。在记忆元件的顶电极和底电极之间施加一个超过某一阈值的电压会使元件的电 阻突然降低。这个时候重新从零开始施加电压，当电压超过某一阈值的时候电阻再次回到比较高的状态。图4显示了该记忆元件对电压的响应。可以看到从a点到13点，元件呈现 高电阻状态。当电压超过阈值b点后电阻迅速下降，元件呈现低电阻状态。再次施加电压， 可以看到从c到d的过程中元件处于低电阻状态，当到达阈值d以后电阻突然增大，元件恢 复到高电阻状态。这一测试表明该元件具有电阻记忆效应，其高低电阻比值接近104。该元件具有的电阻记忆效应，完全可以完成存储器的“保持”、“写入”和“擦除”功 能。把高电阻状态定义为“0”，把低电阻状态定义为“1”。图5显示了该记忆元件在交替的 写入和擦除脉冲下的响应。写入脉冲电压高于擦除脉冲，同时写入脉冲需要附加一个饱和 电流限制，写入和擦除脉冲的极性可以相同也可以不同。由图可见，在写入和擦除脉冲的交 替作用下，元件电阻在高电阻状态和低电阻状态之间转变。图6表明在40000秒的时间内高低阻态仍然保持了至少IO3的比例。以上结果表 明该记忆元件完全具有非挥发记忆功能。图7表明根据本发明的基于固体电解质(Bi2O3)H(Y2O3)x薄膜的非挥发性记忆元 件稳定，对于不同的温度条件不敏感。综上所述，根据本发明的基于固体电解质(Bi2O3) h (Y2O3) x薄膜的非挥发性记忆元 件的读出电压远低于擦除和写入电压，所以可以实现数据的非破坏性读出。并且其仅具有 两条外部引线，具有结构简单、容易加工的优点。由于该元件是利用材料内丝导电通道的 断开和闭合来存储信息，信息的保持不用能量来维持，所以具有非挥发性、能量消耗低的优 点。该元件在500°C的温度下仍然保持良好的电流-电压特征，因此具有稳定，对于不同的 温度条件不敏感的优点。已经参照具体实施方式
详细地描述了本发明，对本领域技术人员而言，应当理解 的是，上述具体实施方式
不应该被理解为限定本发明的范围。因此，在不脱离本发明精神和 范围的情况下可以对本发明的实施方案作出各种改变和改进。
权利要求
一种基于(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件，其特征在于，所述非挥发性记忆元件包括衬底、底电极、(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜、顶电极和两条引线，其中(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜夹在底电极和顶电极之间，底电极位于衬底上，两条引线分别由底电极和顶电极引出，并且(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜中x的取值范围为0.25＜x＜0.43。
2.根据权利要求1所述的非挥发性记忆元件，其特征在于，所述元件的厚度为 10-1000nm。
3.根据权利要求1或2所述的非挥发性记忆元件，其特征在于，所述衬底为无机非金属 材料，该无机非金属材料优选选自玻璃、陶瓷、硅和被二氧化硅薄层覆盖的硅中的一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的非挥发性记忆元件，其特征在于，所述底电极为 不活泼金属，优选为钼或金，其厚度为lOnm-lOOnm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的非挥发性记忆元件，其特征在于，所述 (BiAUYA),固体电解质薄膜的晶体结构为单相晶体结构，且(Bi^UYA),固体电解 质薄膜的厚度为400-600nm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的非挥发性记忆元件，其特征在于，所述顶电极为 容易与氧发生反应的金属，优选为铜、银或钛，其厚度为lOnm-lOOnm。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的非挥发性记忆元件的制备方法，其特征在 于，所述方法包括以下步骤(a)在衬底上利用磁控溅射、脉冲激光沉积或离子束沉积的方法沉积底电极；(b)在底电极上利用脉冲激光沉积 “(^^^(^^固体电解质薄膜，任选地，在薄膜沉 积结束后，将(Bi^UtO^固体电解质薄膜加热到600-800°C，在原位退火5-15分钟；(c)在(Bi203)h(Y203)x固体电解质薄膜上利用磁控溅射、脉冲激光沉积或离子束沉积 的方法沉积顶电极；和(d)由顶电极和底电极分别接出引线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述衬底为无机非金属材料，该无机非金 属材料优选选自玻璃、陶瓷、硅和被二氧化硅薄层覆盖的硅中的一种；所 述底电极为不活泼 金属，优选为钼或金；所述顶电极为容易与氧发生反应的金属，优选为铜、银或钛。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述方法的步骤(b)还包括利用脉冲激 光聚焦到(Bi203) h (Y203) x靶材上来沉积(Bi203) h (Y203) x固体电解质薄膜，其中所述靶材是 将Bi203粉末和Y203粉末混合烧结制备的。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光沉积 (Bi203) i-x(Y203)x固体电解质薄膜的条件为氧气压50-100Pa，温度300-500°C ；所述Bi203粉 末和Y203粉末以摩尔比6 4-3 1混合，且烧结温度为600-1000°C。
全文摘要
本发明提供一种基于(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件，所述非挥发性记忆元件包括衬底、底电极、(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜和顶电极，其中(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜夹在底电极和顶电极之间，底电极位于所述衬底上，两条引线分别由底电极和顶电极引出，并且(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜中x的范围为0.25＜x＜0.43。该非挥发性记忆元件的厚度为10-1000nm。其中的(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜是利用脉冲激光照射(Bi2O3)1-x(Y2O3)x靶材沉积而成，所述靶材是将Bi2O3粉末和Y2O3粉末混合烧结制备的。本发明的基于(Bi2O3)1-x(Y2O3)x固体电解质薄膜的非挥发性记忆元件具有体积小、结构简单、具有非挥发记忆功能、低能耗、无机械运动部件等优点，并且它的性能对氧气压，温度，和化学计量比等制备条件不敏感。
文档编号C01G29/00GK101834272SQ200910079449
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者史磊, 孙继荣, 尚大山, 沈保根, 赵同云 申请人:中国科学院物理研究所