退火30分钟，氮化硼的生长温度保持在750°C，时间控制在15分钟，硼氮烷的流量为3Sccm，氢气流量为2000sCCm;生长结束之后，将氮化硼/铜箔在lOOsccm氢气，lOOsccm氮气环境中退火I小时，退火温度为1000°C，即得到最终的氮化硼/铜箔样品，氮化硼生长的衬底铜箔作为器件下电极；
(2)使用电子束蒸镀仪和掩模板蒸镀钛电极和金电极:缓慢增加电子束功率，金属开始蒸发，随后增大电子束功率，直至达到0.5A/S并保持稳定时，打开上挡板，开始蒸镀电极，钛电极厚度为10nm，金电极厚度为50nmo
[0024]下面结合附图，对本发明做进一步阐述。
[0025]请参考图1，该图为本发明的电阻开关循环图。本发明的示意图为图2所示，以铜箔为衬底，以CVD的方法生长多层氮化硼，在此基础上用电子束蒸发仪蒸镀上电极钛和金，上电极的厚度分别为1nm钛，50nm金。图3是CVD法生长的单层氮化硼的SEM图，二维材料的特征如褶皱、岛状多层区域、铜箔步阶等非常清晰。此外，原子力显微镜也被引入，研究单层氮化硼的可靠性，电学图如图3所示，分析可得单层区域占82%;分别在氮化硼和氧化铪的同一位置施加3V电压，如图4和图5，观察其1-V曲线，可以得到氮化硼电学性能稳定，氧化铪由于内部缺陷较多，电学曲线不可控，容易产生电荷捕获、应力导致的泄漏电流以及击穿等现象，导致氧化铪迅速衰亡(图6)，而氮化硼仍然保持稳定。根据这种电学特性，我们采用多层氮化硼，在氮化硼/铜箔上直接蒸镀1nm钛和50nm金作为上电极，所用电子束蒸镀仪的功率分别是6%和12%，得到平稳的蒸镀速率。在蒸镀过程中，采用Tecan公司生产的电子束掩膜板，直接蒸镀上电极，无需使用光刻手段，避免了光刻胶对样品的污染。图2为器件示意图，图7为器件的SEM图。引入探针台，用两端法测量，一端探针连接铜箔并接地，另一端连接电极，施加-1V到IV的循环电压并加保护电流50μΑ，图1即为该器件的循环开关图。图9为循环图的高阻和低阻与循环次数的关系图，可见开关比大于一个数量级，该发明是一个电学性质稳定，可靠性强的器件。
[0026]实施例2
(1)采用化学气相沉积法生长氮化硼，以硼氮烷作为前驱物，在1sccm的氢气环境中，1000°C的低压条件下，使铜箔退火30分钟，氮化硼的生长温度保持在750°C，时间控制在15分钟，硼氮烷的流量为3Sccm，氢气流量为2000sCCm;生长结束之后，将氮化硼/铜箔在lOOsccm氢气，lOOsccm氮气环境中退火I小时，退火温度为1000°C，即得到最终的氮化硼/铜箔样品，氮化硼生长的衬底铜箔作为器件下电极；
(2)使用电子束蒸镀仪和掩模板蒸镀钛电极和金电极:缓慢增加电子束功率，金属开始蒸发，随后增大电子束功率，直至达到0.5A/s并保持稳定时，打开上挡板，开始蒸镀电极，钛电极厚度为20nm，金电极厚度为30nmo
[0027]实施例3
(1)采用化学气相沉积法生长氮化硼，以硼氮烷作为前驱物，在1sccm的氢气环境中，1000°C的低压条件下，使铜箔退火30分钟，氮化硼的生长温度保持在750°C，时间控制在15分钟，硼氮烷的流量为3Sccm，氢气流量为2000sCCm;生长结束之后，将氮化硼/铜箔在lOOsccm氢气，lOOsccm氮气环境中退火I小时，退火温度为1000°C，即得到最终的氮化硼/铜箔样品，氮化硼生长的衬底铜箔作为器件下电极；
(2)使用电子束蒸镀仪和掩模板蒸镀钛电极和金电极:缓慢增加电子束功率，金属开始蒸发，随后增大电子束功率，直至达到0.5A/s并保持稳定时，打开上挡板，开始蒸镀电极，钛电极厚度为15nm，金电极厚度为60nmo
[0028]对比例I
以300nm厚的二氧化娃片(300nmSi02/n_Si )作为衬底，用电子束蒸镀仪蒸镀50nmPt作为下电极，由于硅衬底不导电，在Pt上沉积氧化铪时，覆盖一部分Pt，使其在原子力显微镜下测试时，通过银胶可以连接下电极和样品台，形成通路。沉积氧化铪时，采用磁控溅射仪(厂家:Kurt J.Lesker，型号:PVD75)并以纯度为99.999%的氧化铪作为源，保持腔室压为3mtorr，氩气流量为5sccm，在100W的功率下，溅射500s。由图6和图7可见，氧化铪电学性质不稳定、内部缺陷容易产生电荷捕获、应力导致的泄漏电流以及击穿等现象，导致氧化铪迅速衰亡。
【主权项】
1.一种基于多层氮化硼的RRAM器件，其特征在于，所述的RRAM器件包括介电层、下电极、上电极，所述的介电层为多层氮化硼，所述的下电极为铜箔，所述的上电极为钛和金。2.根据权利要求1所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件，其特征在于，所述的多层氮化硼的厚度为I Onm到20nm。3.根据权利要求1所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件，其特征在于，所述的铜箔厚度为 15-25μηι。4.根据权利要求1所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件，其特征在于，所述的钛电极厚度为1nm到20nm，金电极厚度为30-60nmo5.—种基于多层氮化硼的RRAM器件的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括下述步骤: (I)采用化学气相沉积法生长氮化硼，以硼氮烷作为前驱物，在1sccm的氢气环境中，1000°C的低压条件下，使铜箔退火30分钟，氮化硼的生长温度保持在750°C，时间控制在5-30分钟，硼氮烷的流量为l-3SCCm，氢气流量为2000SCCm;生长结束之后，将氮化硼/铜箔在lOOsccm氢气，lOOsccm氮气环境中退火I小时，退火温度为1000°C，即得到最终的氮化硼/铜箔样品，氮化硼生长的衬底铜箔作为器件下电极； (2 )使用电子束蒸镀仪和掩模板蒸镀钛电极和金电极:缓慢增加电子束功率，金属开始蒸发，随后增大电子束功率，直至达到0.5A/s并保持稳定时，打开上挡板，开始蒸镀电极，钛电极厚度为10_20nm，金电极厚度为30-60nmo6.根据权利要求5所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件的制备方法，其特征在于，所述的多层氮化硼的厚度为I Onm到20nm。7.根据权利要求5所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件的制备方法，其特征在于，所述的铜箔厚度为15-25μπι。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多层氮化硼的RRAM器件及其制备方法，所述的RRAM器件包括介电层、下电极、上电极，所述的介电层为多层氮化硼，所述的下电极为铜箔，所述的上电极为钛和金。制备方法为：（1）采用化学气相沉积法生长氮化硼，得到最终的氮化硼/铜箔样品，氮化硼生长的衬底铜箔作为器件下电极；（2）使用电子束蒸镀仪和掩模板蒸镀钛电极和金电极。该器件与热门的高介电材料氧化铪器件相比，电学性质稳定；器件制备方法简单，避免二维材料常见的转移手段对样品造成的污染；使用掩膜版直接蒸镀上电极，避免光刻等微加工手段，工业化大规模生产前景广阔。
【IPC分类】H01L27/24, H01L45/00
【公开号】CN105679785
【申请号】CN201610029618
【发明人】吉艳凤, 潘成斌, 惠飞, 石媛媛, 肖娜, 马里奥兰扎
【申请人】苏州大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月18日