一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器及制备方法与流程

本发明是关于存储器的，尤其涉及一种基于nio薄膜的双极电阻开关存储器及其制备方法。

背景技术：

近年来，一种新型的非易失性存储器—阻变存储器，受到了学术界和工业界的广泛关注。阻变存储器具有存储速度快、功耗低、结构简单、可高密度集成等优点，更有望集合动态存储器的成本优势、静态存储器的高速读写和闪存的非易失性的特点，成为一种通用存储器。

此外，金属/氧化物/金属结构开关电阻器件由于其低功耗，开关响应速度快，单元结构简单和cmos技术兼容性号等优势，使其成为下一代非易失性存储器的主要选择。近来，在许多材料中发现了低电阻状态和高电阻状态的电阻转换现象，如二元过渡金属氧化物(nio，tio2，sio2，cr2o3和zno)和钙钛矿氧化物(srtio3和nife2o4)。

在具有电阻转换特性的各种氧化膜中，nio由于成分简单，开关比高，引起了研究者的广泛关注。双极电阻开关和单极开关不同，其电阻转换需要在相反极性的偏压下才能完成；在双极电阻开关行为中，限制电流并不是必要条件。现有技术对双极电阻开关存储器研究较少，且制备方法复杂，成本昂贵，开关比比较低。本文采用nio陶瓷靶材磁控溅射制备双极电阻开关存储器，该电阻开关不仅结构简单、制备方便、低成本，且具有较大的开关比，所得薄膜可广泛应用于电子器件，尤其是电阻开关存储。

技术实现要素：

本发明的目的，是克服现有技术的制备复杂、成本昂贵、开关比低的缺点和不足，采用nio陶瓷靶材磁控溅射制备双极电阻开关存储器，首次采用nio薄膜作为阻变介质层，提供了一种双极电阻开关存储器的制备方法。

本发明通过如下技术方案与已实现。

一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器，包括衬底、阻变介质层及电极膜；其特征在于，所述衬底1为pt/tiox/sio2/si衬底，其由上至下次序为pt、tiox、sio2和si，衬底1上面设置有nio阻变介质层即nio薄膜2，nio薄膜2上面设置有au电极3。

一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器的制备方法，具有如下步骤：

(1)清洗衬底

将pt/tiox/sio2/si衬底放入有机溶剂中超声清洗，用去离子水冲洗后在氮气流中进行干燥；

(2)制备nio薄膜，即nio阻变介质层

(a)采用固态反应法制备nio靶材，靶材烧结温度为1100～1300℃；

(b)将步骤(1)干燥后的衬底放入磁控溅射样品台上，将nio靶材装置在相应的射频溅射靶上，再将磁控溅射系统的本底真空抽至5.0×10^-5torr；

(c)以高纯ar和o2作为溅射气体，o2：ar为1:5～1:14，溅射气压为12mtorr，溅射功率为100w～250w，进行溅射沉积得到nio薄膜；

(d)将步骤(c)得到的nio薄膜置于管式炉中退火，得到结晶良好的nio薄膜；

(3)制备au电极膜

将步骤(2)(d)退火后的nio薄膜放置于热蒸镀样品台上，将无包覆au线放置于相应蒸发舟中，再将热蒸镀设备的本底真空抽至9.0mtorr，开启蒸发舟开关加热au线，得到au电极薄膜，即au电极，亦称顶电极，制得基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器。

所述步骤(2)(c)的nio薄膜厚度为200～800nm。

所述步骤(3)的au电极薄膜厚度为50～100nm。

所述衬底的pt层厚度为30～100nm。

所述步骤(1)的有机溶剂为丙酮和/或者酒精。

所述步骤(2)(a)的nio靶材的纯度大于99.99％。

所述步骤(2)(c)的氩气和氧气的纯度均为99.99％。

所述步骤(2(d)的退火温度为200～500℃，保温时间为10～30min。

本发明制备的双极电阻开关存储器不仅结构简单、制备方便、低成本，且具有较大的开关比，所得薄膜可广泛应用于电子器件，尤其是电阻开关存储，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的基于nio薄膜制备的电阻开关存储器结构示意图；

图2为实施例1的制备nio薄膜的xrd图谱；

图3为实施例1的nio薄膜电阻开关存储器的i-v曲线；

图4为实施例2的nio薄膜电阻开关存储器的i-v曲线；

图5为实施例3的nio薄膜电阻开关存储器的i-v曲线。

附图标记如下：

1———衬底2———nio薄膜

3———au电极

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

参见图1，本发明的衬底1为pt/tiox/sio2/si衬底，其由上至下次序为pt、tiox、sio2和si，衬底1上面设置有nio阻变介质层即nio薄膜2，nio薄膜2上面设置有au电极3。

实施例1

(1)清洗衬底，即pt/tiox/sio2/si衬底

将pt/tiox/sio2/si衬底使用丙酮和无水乙醇分别超声清洗30分钟，用去离子水冲洗后在氮气流中进行干燥，衬底的pt层厚度为50nm；

(2)制备nio薄膜

(a)采用固态反应法制备nio靶材，靶材烧结温度为1250℃；nio靶材的纯度大于99.99％；

(b)将步骤(1)干燥后的导电玻璃基片放入磁控溅射样品台上，将nio靶材装置在相应的射频溅射靶上，再将磁控溅射系统的本底真空抽至5.0×10^-5torr；

(c)以高纯ar和o2作为溅射气体，o2：ar为1：14，溅射气压为12mtorr，溅射功率为135w，进行溅射沉积得到厚度为300nm的nio薄膜；氩气和氧气的纯度均为99.99％；

(d)将步骤(c)得到的nio薄膜置于管式炉中于200℃退火，保温10分钟，得到结晶良好的nio薄膜；

(3)制备au电极

将步骤(2)(d)退火后的nio薄膜放置于热蒸镀样品台上，将无包覆au线放置于相应蒸发舟中，再将热蒸镀设备的本底真空抽至9.0mtorr，开启蒸发舟开关加热au线，制备出厚度为100nm的au电极，得到基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器。

图2为实施例1的制备的nio薄膜的xrd图谱，可以看出nio薄膜有很好的结晶性和取向性。

图3为实施例1的制备的nio薄膜电阻开关存储器的i-v曲线，可以看出在相同电压下，对应不同的电流，表现出不同的电阻值。在电压-4v下，高低电阻比达到10以上，表现出高低电阻态。

实施例2

实施例2的步骤(2)(c)的nio薄膜厚度为200nm，其他工艺步骤及其工艺参数和实施例1中完全相同。

经检测，实施例2中的nio薄膜具有较好的结晶性和取向性，图4为实施例2的制备的nio薄膜电阻开关存储器的i-v曲线，可以看出在相同电压下，对应不同的电流，表现出不同的电阻值。在电压-1.5v下，高低电阻比达到5以上，表现出高低电阻态。

实施例3

实施例3步骤(2)(d)的nio退火温度为300℃，退火时间为10min，其他工艺步骤及其工艺参数与实施例2中完全相同。

经检测，实施例3中的nio薄膜具有较好的结晶性和取向性，图5为实施例3的制备的nio薄膜电阻开关存储器的i-v曲线，可以看出在相同电压下，对应不同的电流，表现出不同的电阻值。在电压-2.5v下，高低电阻比达到10以上，表现出高低电阻态。