一种BiFeO₃薄膜电阻存储器结构及其制备方法

专利名称：一种BiFeO₃薄膜电阻存储器结构及其制备方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种BiFe03薄膜电阻存储器结构及其制备 方法。
背景技术：
目前， 一些氧化物材料如NiO、 Ti02、 PrxCai—xMn03、 SrZr03等的电阻开关特性，即 两个不同电阻态之间的转换特性备受关注，而利用该特性所开发的存储器件具有工作电流 低、驱动电压小、稳定性高、存储速度快、存储容量大等技术优点，有望成为新一代非挥发性 存储器。 但不同的材料体系，其元件所表现出来的存储特性以及存储机理并不一致。在这 些材料中，BiFe03是种多功能材料，具有简单钙钛矿结构，室温下同时具有铁电有序和铁磁 有序，是少数在室温下能够同时具有铁电性和铁磁性的材料之一。目前，研究人员采用各种 制备技术开展了 BiFe03薄膜铁电性和铁磁性的研究，希望实现BiFe03基的铁电存储器。但 BiFe03基铁电存储器实现仍然存在一定的障碍，如漏电流过大，具有较大的矫顽场等。因 此，更广泛的开发并应用BiFe03的光电性能，更加受到重视。现有技术中还未见有BiFe03 薄膜电阻开关特性的报道。

发明内容
本发明的目的是基于BiFe03薄膜的电阻开关特性，提供一种制备工艺简单，低成
本，基于BiFe03薄膜三明治结构电阻开关特性的可逆变式电阻存储器。 本发明的技术方案是，一种包含BiFe03薄膜电阻存储器的集成电路，其特征在于，
包含 LaNi03电极覆盖的Si衬底；
Pt/Ti02/Si02/Si衬底； 于所述LaNi03及Pt底电极上形成的BiFe03薄膜以及在该BiFe03薄膜表面上的 多个表面电极，所述表面电极包括Pt、 Au和Ag金属电极。 —种制备包含BiFe03薄膜电阻存储器的集成电路的方法，其特征在于，该方法包 括 制备BiFe03溶胶，即将Fe (N03) 3. 5H20与Bi (N03) 3. 9H20同溶剂乙二醇甲醚充分混 合，并在60 8(TC恒温搅拌0. 5 1小时后，加入二乙醇胺，充分混合搅拌后自然冷却到室 温，室温下搅拌2 4小时后过滤，得到BiFe03溶液，经陈化后得到其溶胶；
制备BiFe03薄膜，即将所述BiFe03溶胶在LaNi03覆盖的衬底上，该衬底是Si衬 底、LaNi03/Si衬底、LaNi03/Si02/Si衬底以及Pt/Ti02/Si02/Si衬底中的一种，采用旋涂法 制备BiFe03薄膜，甩胶后的湿膜在热平板上进行预处理，经过多次甩胶_预处理_甩胶过 程，得到BiFe(^薄膜； 所述BiFe03薄膜经500°C 60(TC下退火冷却到室温后在其表面镀所述的表面电
3极，形成所述BiFe03薄膜电阻存储器。 进一步的，加入二乙醇胺调节溶液粘度及后续薄膜的微结构。 本发明提供的BiFe03薄膜存储器件，具有优异的电阻开关特性，高阻、低阻两状态 之间的电阻值比在103量级，能够满足实际应用的要求；其中高、低组态分别对应布尔逻辑 的"0"和"1 "，存储功能得以实现；该BiFe03薄膜存储器件的制备工艺能够与CMOS工艺兼 容；本发明所述的薄膜制备方法不仅保持了溶胶-凝胶法操作简单、成本低、化学组成易控 等特点，而且制备得到的薄膜无裂纹、致密性好、晶粒分布均匀。


图1为本发明的基于BiFe03薄膜存储器件的结构示意图 其中，101是经热氧化的硅(Si)衬底 102是LaNi03底电极 103是BiFe03薄膜 104是Pt表面电极 105是电源 图2为在LaNi03/Si02/Si上生长的BiFe03薄膜物相结构
图3为Pt/BiFe03/LaNi03/Si02/Si电阻存储器件的存储特性 其中的HRS表示为高阻态，LRS表示低阻态，两者分别对应于布尔逻辑的"1 "和"O"
具体实施例方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。 本发明提供的一种包含BiFe03薄膜电阻存储器的集成电路，包含LaNi03电极覆 盖的Si衬底；Pt/Ti02/Si02/Si衬底；于所述LaNi03及Pt底电极上形成的BiFe03薄膜以及 在该BiFe03薄膜表面上的多个表面电极，所述表面电极包括Pt、 Au和Ag金属电极。
—种制备包含BiFe03薄膜电阻存储器的集成电路的方法，该方法包括
制备BiFe03溶胶，即将Fe (N03) 3. 5H20与Bi (N03) 3. 9H20同溶剂乙二醇甲醚充分混 合，并在60 8(TC恒温搅拌0. 5 1小时后，加入二乙醇胺，充分混合搅拌后自然冷却到 室温，室温下搅拌2 4小时后过滤，得到BiFe03溶液，经陈化后得到其溶胶；制备BiFe03 薄膜，即将所述BiFe03溶胶在LaNi03覆盖的衬底上，该衬底是Si衬底、LaNi03/Si衬底、 LaNi03/Si02/Si衬底以及Pt/Ti02/Si02/Si衬底中的一种，采用旋涂法制备BiFe03薄膜，甩 胶后的湿膜在热平板上进行预处理，经过多次甩胶_预处理_甩胶过程，得到BiFe03薄膜； 所述BiFe03薄膜经500°C 60(TC下退火冷却到室温后在其表面镀所述的表面电极，形成 所述BiFe03薄膜电阻存储器。加入二乙醇胺调节溶液粘度及后续薄膜的微结构。
实施例1制备BiFe03存储器件 (1)制备BiFe03溶胶将二乙醇胺同少量乙二醇甲醚充分混合后加热至沸腾后， 自然冷却，得到混合液A ;将Fe (N03) 3. 5H20室温下溶于乙二醇甲醚后，加入Bi (N03) 3. 9H20， 加热至8(TC保持lh，冷却至室温，得到混合液B。在室温下，将混合液A滴入混合液B，调节 浓度至0. 2mol/L，并充分搅拌2-4h后过滤，冷却得到前驱液。 (2)制备BiFe03薄膜将BiFe03前驱液在LaNi03覆盖的Si衬底上，用旋涂法制备薄膜，层数为六。调整甩胶参数和时间，每层湿膜在热平板上进行预处理。甩胶参数可以 为3000转/分钟，时间为30秒，每层预处理温度为350°C ，时间为5分钟。重复甩胶-预处 理_再甩胶过程，得到一定厚度的BiFe03薄膜(200-300nm)。 (3)将上述BiFe03薄膜进行热处理，温度为60(TC，恒温30min。这样可获得结晶 完善、致密且不存在Bi2Fe409等杂相的BiFe03薄膜。 (4)将上述经热处理后的BiFe03薄膜上表面镀上Pt电极(电极直径为0. 3mm)， 得到如图1所示的三明治结构的BiFe03薄膜电阻存储器件。
实施例2 (l)BiFe03薄膜和器件的制备同实施例1的(1) 、 (2)。 (2)将上述BiFe03薄膜进行热处理，温度为50(TC，恒温30min。这样能够获得结 晶完善，致密的BiFe03薄膜，且不存在Bi2Fe409等杂相。
(3)BiFe03表面电极的制作同实施例1的第(4)步。
实施例3 (1)BiFe03溶液的配置同实施例1的第(1)步。 (3)BiFe03薄膜的热处理及上表面电极的制作同实施例1的第(3) 、 (4)步。
权利要求
一种包含BiFeO3薄膜电阻存储器的集成电路，其特征在于，包含LaNiO3电极覆盖的Si衬底；Pt/TiO2/SiO2/Si衬底；于所述LaNiO3及Pt底电极上形成的BiFeO3薄膜以及在该BiFeO3薄膜表面上的多个表面电极，所述表面电极包括Pt、Au和Ag金属电极。
2. —种制备包含BiFe03薄膜电阻存储器的集成电路的方法，其特征在于，该方法包括制备BiFe03溶胶，即将Fe (N03) 3. 5H20与Bi (N03) 3. 9H20同溶剂乙二醇甲醚充分混合，并 在60 8(TC恒温搅拌0. 5 1小时后，加入二乙醇胺，充分混合搅拌后自然冷却到室温，室 温下搅拌2 4小时后过滤，得到BiFe03溶液，经陈化后得到其溶胶；制备BiFe03薄膜，即将所述BiFe03溶胶在LaNi03覆盖的衬底上，该衬底是Si衬底、 LaNi03/Si衬底、LaNi03/Si(VSi衬底以及Pt/Ti02/Si02/Si衬底中的一种，采用旋涂法制备 BiFe03薄膜，甩胶后的湿膜在热平板上进行预处理，经过多次甩胶_预处理_甩胶过程，得 到BiFe03薄膜；所述BiFe03薄膜经500°C 60(TC下退火冷却到室温后在其表面镀所述的表面电极， 形成所述BiFe03薄膜电阻存储器。
3. 如权利要求2所述制备包含BiFe03薄膜电阻存储器的集成电路的方法，其特征在 于，加入二乙醇胺调节溶液粘度及后续薄膜的微结构。
全文摘要
本发明提供的一种包含BiFeO3薄膜电阻存储器的集成电路，其特征在于，包含LaNiO3电极覆盖的Si衬底；Pt/TiO2/SiO2/Si衬底；于所述LaNiO3及Pt底电极上形成的BiFeO3薄膜以及在该BiFeO3薄膜表面上的多个表面电极，所述表面电极包括Pt、Au和Ag金属电极。本发明提供的BiFeO3薄膜存储器件，具有优异的电阻开关特性，该BiFeO3薄膜存储器件的制备工艺能够与CMOS工艺兼容；本发明所述的薄膜制备方法不仅保持了溶胶-凝胶法操作简单、成本低、化学组成易控等特点，而且制备得到的薄膜无裂纹、致密性好、晶粒分布均匀。
文档编号H01L45/00GK101728484SQ20091019916
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者包定华, 王涛, 石旺舟, 陈心满 申请人:上海师范大学