基于纤维的非易失性存储器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体材料与器件领域，具体涉及一种基于纤维的非易失性存储器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]研究发现，对简单的金属/金属氧化物/金属三明治结构施加电压能够改变器件的电阻，而且这种改变是持久的且是可逆的。通过改变电压的大小或极性，器件可以在两个阻态或多个阻态之间切换，这就是电致电阻效应。电致电阻效应可以追溯到1962年，当时Hickmott在铝/绝缘体/铝三明治结构中发现了电致负电阻效应，即电压引起高电阻态到低电阻态的转变。此后的六十年，人们相继在其他薄膜器件中发现了电致电阻效应，但当时并没有引起更多地关注。直到2000年，美国休斯顿大学的研究小组在巨磁阻氧化Pr0.7Ca0.3Mn03(PCM0)薄膜中再次发现电致电阻现象，并进一步利用脉冲实现了两个阻态的翻转，而且电阻变化是非易失性的，他们证明了这种效应可以用于非易失存储器，由此引发了电致电阻研究的热潮。同一年，IBM研究小组发现SrT1jP SrZrO 3薄膜也有这种效应。电致电阻效应的重要性在2002年被广泛认识和接受。发现PCM0电脉冲诱导电阻转变现象的休斯顿大学研究组联合夏普(Sharp)公司一起提出非易失电阻随机存储器(RRAM)概念，并开发了基于PCM0的非易失电阻随机存储器原型器件。
[0003]所谓的非易失电阻随机存储器，就是使用电学脉冲擦写阻态，并且断电之后其阻态保持不变，信息由阻态表示:对应双阻态情况，高阻态(HRS)对应“0”，低阻态(LRS)对应“1”。这样的随机存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。当时的原型RRAM已具有比闪存快100倍的数据读写速度。RRAM结构简单，一个存储单元可以是一个电阻器和一个二极管，或者一个电阻器和一个晶体管。这种简单结构不仅可以提高数据读写速度，还可以提高存储密度。此外，数据擦写的偏压在IV量级，电流可以小到nA量级，因此功耗也非常小。
[0004]电致电阻效应在非易失性存储器领域具有巨大的应用潜力，经历十多年的发展，利用电致电阻性质制备的新型非易失性存储器(RRAM)的材料体系日臻完善。众多材料体系中都存在电致电阻转变效应，为开发其他具有电致电阻效应的功能材料并应用于新型存储器提供了可能。二元过渡金属氧化物随机存储器具有功率更小，速度更快，微缩化程度更高，与CMOS工艺兼容性更好等优点，被认为是新一代非易失性存储器的有力候选者。
[0005]通过专利查询可知，山东大学颜世申课题组公布了一种集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件及制备方法(中国专利，公开号102945922A)，其多功能自旋记忆电阻器件采用Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结，在外加电压下具有双极阻变效应，在外加磁场下具有隧穿磁电阻效应。索尼公司公开了一种非易失性存储器件的制造方法(中国专利，公开号102456834A、102013454A)，该器件由第一磁性材料层、隧道绝缘膜和第二磁性材料层依次层叠而成，当电阻值随磁化反转状态变化时，信息被存储在该非易失性存储器件中，继续层叠有正负珀尔帖系数的材料层和电极，能够抑制由于焦耳热导致的所述信息存储层的温度上升，实现抑制读干扰现象的功能。中科院物理所韩秀峰(中国专利，公开号102856488A、102709470A、102593129A)公开了一种基于铁电及多铁材料可逆电致电阻效应的纳米多层膜逻辑器件，以及一种电场调控型纳米多层膜、电场调制型场效应管、开关型电场传感器及电场驱动型随机存储器的制备方法，在室温下通过电场调制多层薄膜中的电致电阻效应。三星会社(中国专利，公开号103972237A)公开了一种非易失性存储器件，其结构组成包括衬底、在衬底中的沟槽、两个栅电极及沟槽中间杂质区。
[0006]虽然众多学者在二元过渡金属氧化物和其他多种材料的研究中都发现了电阻转变现象(现代物理知识，2012，01:47-50)，但是现有电致电阻效应的研究主要集中在金属三明治结构模型，其制备工艺较为复杂，集成度相对有限，导致电阻改变的区域在纳米尺度或在表面/界面处，给机理的研究带来了巨大的挑战，也阻碍了非易失性电致电阻效应存储器的产业化进程。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于纤维的非易失性存储器件及其制备方法。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:基于纳米纤维的非易失性存储器件，包括基板、底电极、纳米纤维和顶电极，所述底电极位于基板表面，所述纳米纤维的两端通过顶电极与底电极相连接。
[0009]所述底电极为Pt/Ag电极矩阵。
[0010]所述纳米纤维为Ti02、Fe203、Sn02、ZnO、CuO、N1无机纤维中的一种。
[0011]基于有机纤维的非易失性存储器件，其特征在于包括基板、有机纤维、电极，所述有机纤维为涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双恶唑纤维、聚对苯咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚酰亚胺纤维中的一种，所述有机纤维位于基板表面，其两端与电极相连接。
[0012]所述纳米纤维或有机纤维的结构形式为实心纤维、空心纤维、两腔纤维，多孔纤维。
[0013]基于纳米纤维的非易失性存储器件的制备方法，包括如下步骤:
[0014](1)通过电子束蒸镀法在基板上制备底电极；
[0015](2)通过溶胶-凝胶法和静电纺丝法在所述底电极上制备纳米纤维；
[0016](3)将所述纳米纤维进行退火处理，在其两端引入顶电极。
[0017]所述步骤还包括将Ag、Zn、Cu、Mg、Fe的硝酸盐或硫酸盐溶液滴加在步骤(3)制备的纳米纤维上并进行干燥处理。
[0018]步骤⑴所述的底电极为Pt/Ag电极矩阵。
[0019]步骤(2)所述的静电纺丝法中静电纺丝喷头与接收电极距离为120-200mm，外加电压为20kv，空气相对湿度为60%，微量注射栗的推进速度为180-200 μ 1/h。
[0020]步骤(3)所述的退火处理升温速率为2-5°C /min，加热至500°C保温2h后自然冷却。
[0021]本发明的最大优点是工艺简单，纤维可选择种类多，在纤维表面滴加金属硫酸盐或硝酸盐溶液并进行干燥处理即可得到场致粒子分布均匀的非易失性存储器件。本发明相对金属三明治结构的记忆电阻器模型而言具有更高的集成度，从高阻态到低阻态的可逆变化具有更好的重复性。以Ti02纳米纤维为基底的记忆电阻器还具有更好的生物兼容性，在模拟神经网络和非易失性存储器领域具有巨大的应用潜力。
【附图说明】
[0022]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中:
[0023]图1是本发明实施例1纳米纤维标准器件结构示意图；
[0024]图2是本发明实施例1氧化钛纳米纤维器件在湿度环境和干燥环境中的循环1-V曲线对比图；
[0025]图3是本发明实施例1氧化钛纳米纤维器件在湿度环境中循环10次的循环1-V曲线图；
[0026]图4是本发明实施例1氧化钛纳米纤维器件滴加AgN03溶液干燥处理后在干燥环境中循环2次的循环1-V曲线图；
[0027]图5是本发明实施例1氧化钛纳米纤维器件滴加AgN03溶液干燥处理后出现多值电阻的循环ι-v曲线图；
[0028]图6是本发明实施例2尼龙