一种高稳定的双极性阻变存储器及其制备方法

本发明属于阻变存储器，涉及一种高稳定的双极性阻变存储器及其制备方法。

背景技术：

1、半导体存储器中的非易失性存储器主要是具有浮栅结构的闪存，但主流的硅基浮栅存储技术面临着理论和技术上的限制，尺寸难以持续缩小。因此，基于新材料、新结构、新原理和新集成架构的新存储技术将成为未来高密度存储的发展趋势。其中，阻变存储器(rram)的单元面积小、读写速度快、操作电压低、保持时间长、耐久性好、结构简单且能与传统的cmos工艺兼容，有望成为下一代存储器的最佳候选者。阻变存储器的工作原理基于电阻变化效应。在阻变存储器中阻变层通常由一些特殊的材料制备而成。当在器件上施加高电压时，阻变层材料中的离子进入到电极中，而出现的空缺，在两个电极之间形成导电丝，从而使器件的电阻降低几个数量级，实现逻辑“1”。当加反向电压后，离子回到空穴中，器件切换回高电阻状态，实现逻辑“0”。通过测量阻变层的电阻值来实现数据的读取存储。然而，由于阻变层的材料中离子的位置会随时间变化，导致电阻值的漂移。因此，有必要寻找一些稳定的材料来解决此问题以提高器件的稳定性。

2、近年来，ingazno/nio、ceox、yfe0.5cr0.5o3-d、bi3.15nd0.85ti3o12、laalo3和hfo2等氧化物，聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、聚乙二醇双甲基丙烯酸酯(pegdma)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚(9-乙烯基咔唑)(pvk)和聚偏氟乙烯(pvdf)等有机材料以及mos2、snse、氧化石墨烯(go)、六方氮化硼和黑磷(bp)等二维材料被广泛用作阻变层的材料。然而基于这些材料构建的阻变存储器，其稳定性普遍较差。此外，由于这些材料导致的电阻转变机理仍处于探索阶段，因而无法为阻变层材料的选择提供一定的指导。

3、为了解决上述问题，有必要继续寻找其它合适的材料来制备阻变层，从而也为阻变存储器稳定性的提高提供新思路。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高稳定的双极性阻变存储器；本发明的目的之二在于提供一种高稳定的双极性阻变存储器的制备方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、1.一种高稳定的双极性阻变存储器，所述双极性阻变存储器从上到下依次包括顶电极，阻变层，底电极和衬底，所述阻变层的材料为rb2o、v2o5、单体、聚合物或二维材料中的任意一种；

4、所述单体为吡咯，苯胺或噻吩中的任意一种；所述聚合物为聚苯乙烯或聚氧化乙烯中的任意一种；所述二维材料为nb4c3、bi2se、res2或tivc中的任意一种。

5、优选的，所述顶电极的材料为cu、ag、ni、al、au、pt或lu中的任意一种或两种；所述顶电极的厚度为100～200nm；所述顶电极为圆形顶电极或方形顶电极中的任意一种；所述圆形顶电极的直径为100～800μm；所述方形顶电极的边长为100～800μm。

6、优选的，所述阻变层的厚度为100～200nm；所述阻变层为圆形阻变层或方形阻变层中的任意一种；所述方形阻变层的边长为1.8cm。

7、优选的，所述底电极的材料为pd、tin、fto、yd或ito中的任意一种；所述底电极的厚度为100～200nm；所述底电极为圆形底电极或方形底电极中的任意一种；所述方形底电极的边长为2cm。

8、优选的，所述衬底的材料为玻璃、硅或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种；所述衬底为圆形衬底或方形衬底中的任意一种；所述方形衬底的边长为2cm。

9、2.所述双极性阻变存储器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

10、(1)将所述底电极的材料沉积在衬底的表面上，获得底电极/衬底；

11、(2)对步骤(1)中所述底电极/衬底中的底电极进行预处理，获得预处理的底电极/衬底；

12、(3)将所述阻变层的材料沉积在步骤(2)中所述预处理的底电极/衬底中预处理的底电极的表面上，获得阻变层/预处理的底电极/衬底；

13、(4)将所述顶电极的材料沉积在步骤(3)中所述阻变层/预处理的底电极/衬底中阻变层的表面上，即可得到双极性阻变存储器。

14、优选的，步骤(1)、(3)和(4)中所述沉积的方法包括真空蒸镀法，电子束物理气相沉积法或磁控溅射法中的任意一种。

15、优选的，所述真空蒸镀法中真空度≤5×10-6torr。

16、优选的，步骤(2)中所述预处理的具体方法为：将底电极/衬底中的底电极依次经去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇超声处理15～20min，烘干后采用紫外等离子体清洗。

17、本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高稳定的双极性阻变存储器。该双极性阻变存储器从上到下依次包括顶电极，阻变层，底电极和衬底。其中，阻变层的材料为rb2o、v2o5、吡咯、苯胺、噻吩、聚苯乙烯、聚氧化乙烯、nb4c3、bi2se、res2或tivc中的任意一种。实验结果表明，该阻变存储器是一种非易失性存储器，具有双极型阻变特性，表现出良好的存储耐久度，稳定性和可重复性优异，在断电状态下仍具有较长的数据保持时间。同时，其还具有低擦写电压的特性，使存储器可以在低功耗状态下实现数据的存储。

18、本发明还提供了一种高稳定的双极性阻变存储器的制备方法。该方法简单易操作，适合扩大化生产。

19、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种高稳定的双极性阻变存储器，所述双极性阻变存储器从上到下依次包括顶电极，阻变层，底电极和衬底，其特征在于：所述阻变层的材料为rb2o、v2o5、单体、聚合物或二维材料中的任意一种；

2.根据权利要求1所述的一种高稳定的双极性阻变存储器，其特征在于：所述顶电极的材料为cu、ag、ni、al、au、pt或lu中的任意一种或两种；所述顶电极的厚度为100～200nm；所述顶电极为圆形顶电极或方形顶电极中的任意一种；所述圆形顶电极的直径为100～800μm；所述方形顶电极的边长为100～800μm。

3.根据权利要求1所述的一种高稳定的双极性阻变存储器，其特征在于：所述阻变层的厚度为100～200nm；所述阻变层为圆形阻变层或方形阻变层中的任意一种；所述方形阻变层的边长为1.8cm。

4.根据权利要求1所述的一种高稳定的双极性阻变存储器，其特征在于：所述底电极的材料为pd、tin、fto、yd或ito中的任意一种；所述底电极的厚度为100～200nm；所述底电极为圆形底电极或方形底电极中的任意一种；所述方形底电极的边长为2cm。

5.根据权利要求1所述的一种高稳定的双极性阻变存储器，其特征在于：所述衬底的材料为玻璃、硅或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种；所述衬底为圆形衬底或方形衬底中的任意一种；所述方形衬底的边长为2cm。

6.权利要求1～5任一项所述的一种高稳定的双极性阻变存储器的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)、(3)和(4)中所述沉积的方法包括真空蒸镀法，电子束物理气相沉积法或磁控溅射法中的任意一种。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述真空蒸镀法中真空度≤5×10-6torr。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述预处理的具体方法为：

技术总结
本发明涉及一种高稳定的双极性阻变存储器及其制备方法，属于阻变存储器技术领域。该阻变存储器从上到下依次包括顶电极，阻变层，底电极和衬底。其中阻变层的材料选自Rb<subgt;2</subgt;O、V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;、吡咯，苯胺、噻吩、聚苯乙烯、聚氧化乙烯、Nb<subgt;4</subgt;C<subgt;3</subgt;、Bi<subgt;2</subgt;Se、ReS<subgt;2</subgt;或TiVC中的一种。基于该阻变层构建的阻变存储器是一种非易失性的双极性阻变存储器且具有高稳定性。实验结果表明，器件经连续100次读写后仍具有较大的开关比，经10<supgt;4</supgt;秒读写后高阻态和低阻态仍分区明显。此外，该阻变存储器读写电压低，可以实现低功耗数据存储。其制备方法简单，适合扩大化生产。

技术研发人员：王理燕,贺利军,张朝鹏,禹谜,龙兴,米成,马康,佘良
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22