薄膜的阻变存储器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在信息时代，对爆炸式增长的信息的海量存储和快速处理显得极为重要。随着微电子芯片集成度和性能遵循摩尔定律快速地提高，基于CMOS工艺的传统存储技术逐渐接近其物理极限，处理器和存储器之间速度差造成的计算机存储墙问题也变得越来越严重，这些都严重阻碍着计算机的进一步发展。阻变存储器是利用某些薄膜材料在外加电场的作用下表现出的两个或者两个以上的不同电阻态来实现数据存储，是近十多年来受到学术界和工业界广泛关注的一种新型非易失性存储器概念。阻变存储器具有擦写速度快、存储密度高、重复擦写次数高、多值存储和三维存储潜力等众多优点，具有这些优异性能的阻变存储器是新型非易失存储技术的有力竞争者，也是缓解甚至解决计算机存储墙问题的非常有前景的一种技术。
[0003]阻变材料是制备阻变存储器的基础，目前所报道的阻变存储器已涵盖了多种材料类型，主要包括二元氧化物、固体电解质、单质类材料、氮化物、有机和聚合物材料、钙钛矿型氧化物等。其中钙钛矿型氧化物LaMn03属电荷、轨道、晶格、自旋等自由度相互耦合的强关联体系，内部存在多种复杂的相互作用，是一类具有独特物理性质和化学性质的功能材料。目前为研究LaMn03薄膜特性，常采用激光分子束外延法、磁控溅射法制备晶态LaMnO 3薄膜。这种晶态LaMn03薄膜的制备温度都比较高(大于450°C )，有的还需要在高温氧气气氛下退火，这不利于和其它工艺兼容及实际应用。此外，晶态LaMn03薄膜发生阻变效应所需操作电压大、薄膜厚度大，这些难以满足高密度、高速度、低能耗非易失存储的要求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器及其制备方法，该非晶态LaMnOJ^膜制备温度低、能与其他工艺兼容，基于该非晶态1^1103薄膜的阻变存储器操作电压低、阻变性能好，易于满足高密度、高速度、低能耗非易失存储的要求。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
一种基于非晶态LaMn03薄膜的阻变存储器，为由衬底、底电极、顶电极以及位于底电极和顶电极之间的功能层形成的叠层结构，所述功能层为非晶态LaMn03薄膜，所述非晶态LaMn03薄膜的厚度为20 nm?40nm。
[0006]上述的阻变存储器，优选的，所述的非晶态LaMnOJ^膜采用射频磁控溅射方法制备的，射频磁控溅射的溅射温度为20°C?100°C。
[0007]上述的阻变存储器，优选的，所述底电极为Pt薄膜，所述Pt薄膜的厚度为100nm?300nm ;所述顶电极为Ag薄膜，所述Ag薄膜的厚度为50 nm?200nm。
[0008]作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的阻变存储器的制备方法，包括以下步骤:
(1)在衬底上制备底电极；
(2)在所述底电极上通过射频磁控溅射方法制备非晶态LaMn03薄膜层；
(3)在所述非晶态LaMn03薄膜层上通过金属掩模板用直流磁控溅射方法制备顶电极，即得到所述阻变存储器。
[0009]上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，射频磁控溅射的工艺条件为以LaMn03陶瓷靶为溅射靶材，腔室压力小于5X10 4Pa (尽可能减少溅射腔室中其他分子对阻变层薄膜制备带来的干扰)，溅射温度为20°C?100°C，溅射压力为0.8Pa?1.5Pa，溅射功率为50W?100W，溅射气体中氩气流量为20sccm?40sccm，氧气体积占溅射气体的体积分数为10%?30%。为保证功能层的微观结构及阻变存储器的最终性能，本发明选择了合适的溅射压力(0.8Pa?1.5Pa):当溅射压力低于0.8 Pa时，溅射原子与氩气的碰撞次数少，能量较大，所形成的薄膜致密，这样会导致阻变存储器操作电压增加；当溅射压力高于1.5Pa时，溅射原子的平均自由程急剧减小，入射到基片上原子的动能显著降低，所形成的薄膜又会变得疏松。本发明中薄膜功能层厚度为20nm?40nm，厚度薄，再加上疏松结构，很容易导致薄膜击穿，为保证本发明中阻变存储器的性能，经过无数次的研究与验证，最终溅射压力选择了 0.8Pa ?1.5Pa。
[0010]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，直流磁控溅射的工艺条件为以金属Ag靶为溅射靶材，腔室压力小于1 X 10 3Pa，溅射温度为20°C?50°C，溅射压力为1.0Pa?
2.0Pa，溅射功率为10W?20W，溅射气体氩气流量为20sccm?40sccm。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明的基于非晶态LaMn03薄膜的阻变存储器，采用非晶态LaMnO 3薄膜与晶态薄膜相比，沉积温度低、成分的选择范围宽、不存在晶界、各向同性，非晶态LaMnOJ^膜的离子电导性比晶态LaMn03的要高；非晶态LaMnO 3薄膜属于离子电导弛豫和结构弛豫分离的解耦系统，可在其中实现单离子传导，另对阻变层厚度(20nm?40nm)的控制，更加有利于银导电细丝的形成和断开。因此，本发明的基于非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器具有操作电压低、阻变性能好的优点，易于满足高密度、高速度、低能耗非易失存储的要求。本发明提供的一种基于非晶态LaMn03薄膜的阻变存储器，其功能层厚度仅为20 nm?40nm，可克服阻变存储器难以满足高速度、低能耗非易失存储的要求。
[0012]本发明提供的一种基于非晶态LaMn03薄膜的阻变存储器，其制备工艺不涉及任何高温工艺，完全在低温下就可以实现，降低了能耗，节省了制备时间，有利于与其他工艺完全兼容及实际应用。
【附图说明】
[0013]图1为本发明基于非晶态LaMn03薄膜的阻变存储器结构示意图。
[0014]图2为本发明实施例1的基于非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器典型的电流-电压特征曲线。
[0015]图3为本发明实施例1中基于非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器连续30次电阻开关过程的SET电压和RESET电压分布图。
[0016]图4为本发明实施例2的基于非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器典型的电流-电压特征曲线。
[0017]图5为本发明实施例2中基于非晶态LaMnOJ^膜的阻变存储器连续30次电阻开关过程的SET电压和RESET电压分布图。
[0018]图例说明:1、硅衬底；2、Si02绝缘层；3、Ti粘附层；4、底电极；5、非晶态LaMnOJ^膜；6、顶电极。
【具体实施方式】
[0019]为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0020]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0021]除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
[0022]实施例1:
一种本发明的基于非晶态LaMn03薄膜的阻变存储器，其结构如图1所示，为由衬底(衬底由硅衬底l、Si02绝缘层2和Ti粘附层3组成)、底电极4、顶电极6以及位于底电极4和顶电极6之间的功能层形成的叠层结构，功能层为厚度为20 nm的非晶态LaMn03薄膜5 ;非晶态LaMn03薄膜5是采用射频磁控溅射方法制备的；底电极4