一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体存储器技术领域，特别涉及一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]阻变存储器(RRAM)通常由简单三明治结构(电极/存储介质/电极)构成，通过施加电信号，改变存储材料的电阻状态，从而实现双稳态的存储功能。在相同体积中，保存更多数据是存储产业不断追求的目标，也是其始终存在的根源。缩小存储器的物理尺寸，以便获得高存储密度是提高存储量的可行手段之一。这将使得在同一空间中存储单元的数量急剧提高，从而导致单位体积中的焦耳热骤增。在三维集成的发展趋势中，这一效应将会更加显著，极不利于存储性能的稳定。因此，控制并降低工作电流，以便降低焦耳热(或功耗)是提高阻变器件的存储密度必然遇到的课题。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器及其制备方法，通过厚度优化和参数优选，实现了阻变存储器工作电流和功耗的大大降低。
[0004]本发明采用以下方案实现:一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器，其特征在于:包括一衬底；一第一端电极，设置于所述衬底上，并与所述衬底形成良好电接触；一双层阻变介质，设置于所述第一端电极的左侧或上方；一第二端电极，若所述双层阻变介质设置于所述第一端电极的左侧，则所述第二端电极设置于所述双层阻变介质的左侧；若所述双层阻变介质设置于所述第一端电极的上方，则所述第二端电极设置于所述双层阻变介质的上方；
其中，所述的双层阻变介质是由第一氧化层与第二氧化层组成的叠层结构；在第一氧化层与第二氧化层的层间，所述第一氧化层的吉布斯自由能低于所述第二氧化层的吉布斯自由能，所述第一氧化层的电子亲和势也低于所述第二氧化层的电子亲和势，所述第二氧化层的厚度< 15 nm且所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层厚度至少2 nm。
[0005]进一步地，所述衬底为聚合物、金属、半导体或绝缘体；所述端电极为导电金属、金属合金、导电金属化合物或半导体；所述双层存储介质为半导体或绝缘体。
[0006]进一步地，所述聚合物包括塑料、橡胶、PET、PEN、PEEK、PC、PES、PAR、PCO、PMMA以及PI ;所述导电金属包括Ta、Cu、Pt、T1、Au、W、N1、A1以及Ag ;所述金属合金包括Pt/T1、Ti/Ta, Cu/Ti, Cu/Au, Ti/ff以及Al/Zr ;所述导电金属化合物包括TiN、Tiff, TaN以及WSi ；所述半导体包括S1、ZrOx、Ge、ZnO、IT0、GZ0、AZ0、Hf0x、Ge0x以及FTO ;所述绝缘体包括MgO、Zr0x、Hf0x、Ge0x以及 S1x。
[0007]本发明还采用以下方法实现:一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤S1:在衬底上通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸发制作第一端电极；
步骤S2:在所述第一端电极的左侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶胶凝胶法或蒸发法制作第二氧化层，并与所述第一端电极形成良好电接触；
步骤S3:在所述第二氧化层的左侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶胶凝胶法或蒸发法制作第一氧化层，并与所述第二氧化层形成良好电接触，从而形成双存储介质层；
步骤S4:在所述第一氧化层的左侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸发法制作第二端电极，并形成良好电接触，从而形成具有双介质层的阻变存储器。
[0008]进一步地，若所述步骤S2中，在所述第一端电极的左侧制作第二氧化层，则所述步骤S3中，在所述第二氧化层的左侧制作第一氧化层；若所述步骤S2中，在所述第一端电极的上方制作第二氧化层，则所述步骤S3中，在所述第二氧化层的上方制作第一氧化层；
进一步地，若所述步骤S3中，在所述第二氧化层的左侧制作第一氧化层，则所述步骤S4中，在所述第一氧化层的左侧制作第二端电极；若所述步骤S3中，在所述第二氧化层的上方制作第一氧化层，则所述步骤S4中，在所述第一氧化层的上方制作第二端电极。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果提供了一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器及其制备方法，在双介质层间引入电子输运过程中必须克服的能量，从而大大降低了阻变存储器的工作电流，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
【附图说明】
[0010]图1为本发明中阻变存储器的结构示意图。
[0011]图2为本发明中电子在双介质层中输运的示意图。
[0012]图3为本发明中单介质层和双介质层阻变存储器的电流-电压特性。
[0013]图示说明:01_第二端电极，02-第一氧化层，03-第二氧化层，04-第一端电极，05-衬底。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。本发明提供优选实施例，只用于本发明做进一步的说明，不应该被认为仅限于在此阐述的实施例，也不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述
【发明内容】
对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。下述优选实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。在图示中，衬底、第一端电极、阻变存储介质、第二端电极等结构为理想化模型，不应该被认为严格规定其参数、几何尺寸。在此，参考图是本发明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，而是包括能够实现相同功能的其他形状。
[0015]本实施例提供一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器，如图1所示，包括: 一衬底05 ;
一第一端电极(右电极或下电极)04，设置于所述衬底05上，并与所述衬底05形成良好电接触；
一第二氧化层03，设置于所述第一端电极04的左侧或上方； 一第一氧化层02，若所述第二氧化层03设置于第一端电极04的左侧，则所述第一氧化层02设置于所述第二氧化层03的左侧；若所述第二氧化层03设置于第一端电极04的上方，则所述第一氧化层02设置于所述第二氧化层03的上方；
一第二端电极01，若所述第一氧化层02设置于第二氧化层03的左侧，则所述第二端电极01设置于所述第一氧化层02的左侧；若所述第一氧化层02设置于第二氧化层03的上方，则所述第二端电极01设置于所述第一氧化层02的上方；
其中，所述第一氧化层的吉布斯自由能低于所述第二氧化层的吉布斯自由能，所述第一氧化层的电子亲和势也低于所述第二氧化层的电子亲和势，所述第二氧化层的厚度< 15nm且所述第一氧化层的厚度大于所述第二氧化层厚度至少2 nm。
[0016]在本实施例中，所述衬底05为聚合物、金属、半导体或具有绝缘功能的衬底；所述第一端电极04和第二端电极01的材质为导电金属、金属合金、导电金属化合物或半导体；由所述第一氧化层02和第二氧化层03形成的双层存储介质的材质为半导体或绝缘体。
[0017]在本实施例中，所述聚合物包括塑料、橡胶、PET、PEN、PEEK、PC、PES、PAR、PCO、PMMA以及PI ;所述导电金属包括Ta、Cu、Pt、T1、Au、W、N1、Al以及Ag ;所述金属合金包括Pt/T1、Ti/Ta, Cu/Ti, Cu/Au, Ti/ff以及Al/Zr ;所述导电金属化合物包括TiN、Tiff, TaN以及WSi ；所述半导体包括S1、ZrOx、Ge、ZnO、IT0、GZ0、AZ0、Hf0x、Ge0x以及FTO ;所述绝缘体包括MgO、Zr0x、Hf0x、Ge0x以及 S1x。
[0018]在本实施例中，一种基于双存储介质层的低功耗阻变存储器的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤S1:在衬底上通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD或蒸发制作第一端电极；
步骤S2:在所述第一端电极的左侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶胶凝胶法或蒸发法制作第二氧化层，并与所述第一端电极形成良好电接触；
步骤S3:在所述第二氧化层的左侧或上方通过磁控溅射、PECVD、MOCVD、ALD、MBE、PLD、溶胶凝