专利名称：一种纳米线阻变存储器及其实现方法
技术领域：
本发明属于非挥发性存储器技术领域，具体涉及一种半导体存储器及其实现方 法，特别涉及一种纳米线阻变存储器及其实现方法。
背景技术：
随着电子产品的不断发展，非挥发性存储器在半导体行业中扮演着越来越重要的 角色，其最大的优点是所存储的数据在没有外部电源的情况下仍能保持很久。目前市场上 的非挥发性存储器主要以闪存为主。近年来，如铁电存储器(FeRAM)、相变存储器(PRAM) 及阻变存储器(RRAM)都得到了广泛的研究。在这些存储器当中，阻变存储器因为其具有制 备简单、存储密度高、操作电压低、读写速度快、保持时间长、非破坏性读取、低功耗、与传统 CMOS工艺兼容性好等优势而得到了很大的重视。传统的阻变存储器是采用Ti02、Zr0、Cu20 和SrTiO3等二元或三元金属氧化物作为阻变材料来存储信息的。阻变材料在外加电压作 用下可以具有高阻态和低阻态两种不用的状态，其可以分别用来表征“0”和“ 1”两种状态。 在不同外加电压的作用下，阻变材料的电阻值可以在高阻态和低阻态之间实现可逆转换， 以此来实现信息存储的功能。纳米线是很好的信息存储介质，可通过改变其直径及其他可控性能来获得优越的 存储效果。与以晶体管为基础的存储器一样，以纳米线为基础的存储器也是以二进制为发 展方向。而以纳米线为基础的存储器存储密度更大，用更少的纳米线就可获得惊人的存储 能力，这将使需要具有存储能力的电子器件，也几乎是所有电子器件，变得更加紧凑。另外， 更少的纳米线也意味着制造工艺会更加简单。目前，传统的纳米线阻变存储器的基本结构 如图1所示，它是将整根纳米线沟道102形成在衬底101之上作为阻变层102，然后在阻变 层102之上形成金属电极103a和103b，所示箭头为示意给出的导电细丝。受光刻技术的限制，传统的纳米线阻变存储器的阻变层的厚度达数百纳米，从而 使得操作电压很高。目前利用半导体纳米线实现的阻变存储器的操作电压都在几十伏，极 大限制了其在未来有可能取代硅工艺的纳米线集成电路中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种操作电压低的新型的纳米线阻变存储器及其实现方 法。该阻变存储器可以改善传统纳米线阻变存储器操作电压高的缺点，从而可以在未来的 纳米线集成电路中得到广泛的应用。本发明的纳米线阻变存储器，是一种使用金属-金属氧化物核壳结构的纳米线来 实现的阻变存储器，包括位于衬底之上的纳米线；以及，位于所述所述纳米线之上的金属电极。进一步地，所述纳米线的核为金属，可以为Au、Pt、Pd、Ni、Co或者其它金属，作为 阻变存储器的传导层；所述纳米线的壳为金属氧化物半导体或绝缘体，可以为Ga203、SnO2或者其它金属氧化物半导体或绝缘体，作为阻变存储器的阻变层。所述金属电极采用Pt、 Al、Au、Pd、Ni或者其它金属材料。本发明所提出的纳米线阻变存储器具有结构简单、操作电压低等优点，并且可以 应用于未来的纳米线集成电路，或者其它种类的柔性集成电路里的存储器部分。本发明还提出了上述纳米线阻变存储器的实现方法，包括下列步骤提供一绝缘体衬底；在所述绝缘衬底上形成金属纳米颗粒；利用气态_液态_固态法(VLS)在所述绝缘体衬底上合成金属_金属氧化物核壳 结构的纳米线；将所形成的纳米线旋涂于提供的半导体衬底之上；在所述纳米线之上形成金属电极。进一步地，所述绝缘衬底为Si02、Si3N4或者其它材料的绝缘体。所述金属纳米颗 粒为Au、Pt、Pd、Ni、Co或者其它金属的纳米颗粒。所述金属氧化物为Ga203、Sn02或者其它 金属氧化物半导体或绝缘体。所述半导体衬底为单晶硅、多晶硅或者绝缘体上的硅(SOI)。 所述金属电极采用Pt、Al、Au、Pd、Ni或者其它金属材料。本发明所公开的纳米线阻变存储器具有结构简单、操作电压低等优点，并且可以 应用于未来的纳米线集成电路，或者其它种类的柔性集成电路里的存储器部分。
图1为现有技术的一种纳米线阻变存储器单元的截面图。图2为生长的一种金属_金属氧化物核壳结构的纳米线的截面图。图3本发明提供的一种纳米线阻变存储器的实施例的截面图。
具体实施例方式下面将参照附图对本发明的一个示例性实施方式作详细说明。在图中，为了方便 说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全 准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位 置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅 限于图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差，图中的表示 是示意性的，但这不应该被认为是限制本发明的范围。同时，在下面的描述中，所使用的术 语衬底可以理解为包括正在工艺加工中的衬底，可能包括在其上所制备的其它薄膜层。首先，利用气态-液态-固态法(VLS)形成金属-金属氧化物核壳结构的纳米线。 纳米线的基本结构如图2所示，它先是在绝缘衬底201上形成金属纳米颗粒，可以为Au、Pt、 Pd、Ni、Co或者其它金属的纳米颗粒；然后以金属纳米颗粒作为触媒，通过VLS方法合成金 属_金属氧化物核壳结构的纳米线202，所示202a为纳米线的金属核，所示202b为纳米线 202的金属氧化物壳，可以选择Ga203、SnO2或其他金属氧化物半导体或绝缘体。接下来，将形成的纳米线202，置于半导体衬底203之上，半导体衬底203可以选择 为单晶硅、多晶硅或者绝缘体上的硅(SOI)。然后利用电子束光刻，在纳米线202之上制造
4阻变存储器的的两个电极203a和203b，金属电极可以是Pt、Au、Pd、Ni或是其他金属。在金属-金属氧化物核壳结构的纳米线阻变存储器中，由于纳米线的核为金属， 可以提供电子的导电通路，因此其阻变层就只有金属电极覆盖部分的金属氧化物壳层，从 而可以极大地降低工作电压，也会使得存储器的功耗降低。此外，利用这种结构实现的阻变 存储器，大大降低了器件性能对光刻精度的依赖。如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的 实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体 实例。
权利要求
一种纳米线阻变存储器，其特征在于，该纳米线阻变存储器包括位于衬底之上的纳米线；以及，位于所述所述纳米线之上的金属电极；其中所述纳米线为金属 金属氧化物核壳结构的纳米线。
2.根据权利要求1所述的纳米线阻变存储器，其特征在于，所述纳米线的核为Au、Pt、 PcUNi或Co，作为阻变存储器的传导层；所述纳米线的壳为金属氧化物半导体或绝缘体，作 为阻变存储器的阻变层。
3.根据权利要求1所述的纳米线阻变存储器，其特征在于，所述金属电极采用Pt、Al、 Au、Pd 或 Ni。
4.根据权利要求2所述的纳米线阻变存储器，其特征在于，所述金属氧化物为Ga203、 SnO2O
5.一种纳米线阻变存储器的实现方法，其特征在于，包括下列步骤 提供一绝缘体衬底；在所述绝缘衬底上形成金属纳米颗粒；利用气态_液态_固态法在所述绝缘体衬底上合成金属_金属氧化物核壳结构的纳米线.一入 ，将所形成的纳米线旋涂于一半导体衬底之上； 在所述纳米线之上形成金属电极。
6.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述绝缘衬底为Si02、Si3N4或者其它 材料的绝缘体。
7.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述金属纳米颗粒为Au、Pt、Pd、Ni 或Co。
8.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述金属氧化物为Ga2O3或Sn02。
9.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述半导体衬底为单晶硅、多晶硅或 者绝缘体上的硅。
10.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述金属电极采用Pt、Al、Au、Pd或Ni。
全文摘要
本发明属于非挥发性存储器技术领域，具体公开了一种纳米线阻变存储器及其实现方法。本发明使用金属-金属氧化物核壳结构的纳米线来实现阻变存储器，所述纳米线的核为金属，作为阻变存储器的传导层；所述纳米线的壳为金属氧化物半导体或绝缘体，作为阻变存储器的阻变层。本发明所公开的纳米线阻变存储器具有结构简单、操作电压低等优点，并且可以应用于未来的纳米线集成电路，或者其它种类的柔性集成电路里的存储器部分。
文档编号H01L45/00GK101894909SQ20101020227
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者刘晗, 张卫, 王鹏飞, 顾晶晶 申请人:复旦大学