InP阻变存储材料的制备方法和应用与流程

本发明属于微电子制造技术领域，尤其涉及一种InP阻变存储材料的制备方法和应用。

背景技术：

随着便携式消费类电子产品的蓬勃发展，人们对非挥发存储器的容量和集成密度提出了越来越高的要求。为了提高存储器的集成密度，器件尺寸不断缩小，多值存储技术获得越来越广泛的应用，3D堆叠技术也逐渐成为研究热点。然而，器件尺寸的缩小终将走向物理极限，多值存储技术的可靠性及其它各项性能也都存在很多问题，而3D技术则因面临材料选择、器件结构、工艺实现难度等诸多艰巨的挑战也暂时不会迅速推广，因此，为了实现更高的数据存储密度、更小的单位比特成本，急需一种新型的与CMOS工艺高度兼容的存储器结构。阻变存储器(RRAM)由于简单的器件结构、紧凑的存储阵列、优良的存储性能和与现有CMOS工艺的高兼容度，成为最具潜力的解决方案之一。自1967年，Simons和Verderber发现并研究了Au/SiO2/Al结构的电阻转变行为后，经过四十多年的薄膜制备技术的逐渐成熟和非挥发存储技术的发展，越来越多适用于阻变存储器的的薄膜材料被报道，并被工业界应用于存储芯片的试制，包括钙钛矿、金属氧化物、固态电解质材料、有机材料等。寻找综合性能优异的阻变存储材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有存储器的不足，本发明提供了一种InP阻变存储材料的制备方法，并将制备的InP阻变存储材料应用于阻变存储器件中，InP阻变存储材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单晶InP片作为靶材装入脉冲激光设备腔体内；

(2)将表面沉积有电极的基片装入脉冲激光设备腔体内；；

(3)将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10^-8Pa；

(4)将基片加热至350～450℃；

(5)利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积InP薄膜；

(6)将沉积了InP薄膜的基片真空条件下进行快速热退火处理，最后得到InP阻变存储材料。

进一步，所述步骤(2)中的基片为绝缘无机材料。

进一步，所述步骤(5)中的脉冲激光沉积参数为：靶材与基片的间距为6～8cm，激光的工作频率1～5Hz，能力密度为1～3J/cm²。

进一步，所述步骤(5)中沉积得到的InP薄膜的厚度为10～500nm。

进一步，所述步骤(6)快速热退火工艺为：退火温度600～800℃，退火时间5～120秒。

InP阻变存储材料用于制备InP基阻变存储器件，制备步骤为：将InP阻变存储材料表面覆盖硬掩膜版，硬掩膜版厚度为100nm，然后放入磁控溅射设备中，沉积金属电极，去除掩膜版，获得InP基阻变存储器件。

本发明的有益效果在于：本发明使用脉冲激光沉积技术沉积InP阻变存储材料，能够很好的保持材料的化学计量比，通过退火处理改善了薄膜材料的缺陷状态，提高了阻变存储器的转变一致性。制备的基于InP阻变存储材料的阻变存储器件具有存储窗口宽，数据保持时间长，耐久性高的特点。

附图说明

图1为InP阻变存储材料的制备方法流程图；

图2为InP基阻变存储器件的结构示意图；

图3为实施例1制备的Ag/InP/Pt阻变存储器器件的I-V测试曲线图；

图4为实施例1制备的Ag/InP/Pt阻变存储器器件的的耐久性测试结果；

图5为实施例1制备的Ag/InP/Pt阻变存储器件的循环与循环之间的电阻累积分布；

图6为实施例1制备的Ag/InP/Pt阻变存储器件的数据保持能力测试结果。

具体实施方式

本发明提供了一种InP阻变存储材料的制备方法和应用，以下结合附图和实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不限于此。

图中各层薄膜厚度和区域大小形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

图1为InP阻变存储材料的制备方法流程图：

步骤101：将单晶InP片作为靶材装入脉冲激光设备腔体内；

步骤102：将表面沉积电极的基片装入脉冲激光设备腔体内；

步骤103：将脉冲激光设备腔体内抽真空至5×10^-8Pa；

步骤104：加热基片至350～450℃；

步骤105：利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积InP薄膜；

步骤106：将沉积了InP薄膜的基片在600～800℃进行5～120秒快速热退火处理，最后得到InP阻变存储材料。

图2为基于InP阻变存储材料制备的阻变存储器件结构示意图，具体为：基片材料201，基片材料为单晶硅，在单晶硅上面有热氧化生长的氧化硅层300nm，氧化硅层起到电绝缘的作用防止在基片产生泄漏电流；在基片201上为电极与基片的粘合层Ti材料202，粘合层的存在使得器件的性能更稳定；Ti粘合层材料202上是Pt金属下电极材料203；203层上面是InP阻变材料204；InP阻变材料204上面是上电极层205，上电极材料可以为多种金属或者合金导电材料。

实施例1

InP阻变存储材料的制备方法和应用，具体包括：

1)InP阻变存储材料的制备方法，其制备步骤如下：将InP靶材固定在PLD腔体的靶位托上，然后将表面沉积有Pt/Ti电极的Si/SiO2基片装入脉冲激光设备腔体内的样品托上，调整靶材基片的间距为7cm，接着使用分子泵将PLD设备的腔体内真空抽到5×10^-8Pa，使用电炉丝将样品托加热到400℃，使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，设置激光器参数为：脉冲频率5Hz，单脉冲能量240mJ，能量密度1.8J/cm²，然后启动激光器开始在基片上沉积InP阻变存储材料，沉积时间20分钟，InP阻变存储材料的厚度为65nm，沉积完成后从PLD腔体中取出生长在基片上的InP阻变存储材料放入快速热退火炉进行快速热退火处理，退火温度600℃，退火时间60秒钟，降温后从快速退火炉中取出基片，获得InP阻变存储材料。

2)基于InP阻变存储材料的阻变存储器件制备，其制备步骤如下：将1)制备获得的InP阻变存储材料表面覆盖硬掩膜版，硬掩膜版尺寸为100nm，然后放入磁控溅射设备中，沉积Ag金属电极，去除掩膜版，获得Ag/InP/Pt阻变存储器件。

图3为实施例1所制备的Ag/InP/Pt阻变存储器件的I-V测试曲线图，从图中可以看出所制备的器件无需点激活过程，具有低的转变电压，大的开关比，有望用于多位存储技术。

图4为实施例1所制备的Ag/InP/Pt阻变存储器件的耐久性测试结果，从图中数据可以看出所制备的器件经过10000次循环测试后器件电阻仍无任何衰退迹象，表现出了良好的耐久性。

图5为实施例1所制备的Ag/InP/Pt阻变存储器件的循环与循环之间的电阻累积分布，从图中数据可以看出所制备的器件具有优异的转变参数一致性。

图6为实施例1所制备的Ag/InP/Pt阻变存储器件的数据保持能力测试结果，从图中数据可以看出所制备的器件在经过10⁶s的读取后高低阻态无明显变化，表明该器件具有非易失性。

本发明中，脉冲激光沉积工艺参数可以为常规的脉冲激光沉积镀膜参数，当然其它制备薄膜的设备也可用于本发明，沉积厚度可以随机控制；基片不限于硅片，其它绝缘无机材料基片也可用于本发明，但退火条件可根据所用材料和基片性质进行调整；下电极材料不局限于Pt金属，上电极材料不局限于Ag金属，用其它导电材料也可以。上下电极的沉积技术不局限于磁控溅射，其他物理气相沉积或者化学气相沉积方法也可以。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的范围。