本发明专利技术公开了一种纳米级三态阻变存储器，其是在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上依次沉积有nc-Si:H膜和Ag电极膜。本发明专利技术同时公开了其制备方法，具体是采用PECVD方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底生长一层nc-Si:H膜，然后采用磁控溅射的方法在nc-Si:H膜上生长Ag电极。本发明专利技术的三态阻变存储器具有长的保持时间和良好的开关性能，呈现出较为稳定三阻态的保持，其保持时间长达2.3×105s；并且高阻态电阻与中间阻态电阻的开关阻值比大于102，中间阻态电阻与低阻态电阻的开关阻值比大于105，拥有显著的开关效应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多态阻变存储器件及其制备工艺，具体的说是。
技术介绍
随着器件特征尺寸不断缩小，集成度不断提高，传统的基于电荷存储的非易失性FLASH存储器已逐渐不能满足市场的需求，研究人员在新型存储
开展了大量的研究工作并取得的很大的进展，如铁电存储器、相变存储器、磁存储器、阻变存储器等。在这几类新型的存储器中，阻变存储器因具有器件结构简单、优秀的可缩小性、读写速度快、功耗低，从而成为下一代非易失性存储器有力的竞争者，引起了微电子产业界广泛关注。对于阻变存储器，其阻变效应通常被认为是由导电细丝的形成引起的。导电细丝的种类很多，它们有不同的成分和来源，其中最有名的一类是金属原子通路，它可以通过电化学活性电极金属(如Ag和Cu)的电化学金属化形成。近年来，随着对阻变存储器研究的不断深入，具有典型的双端金属/绝缘体/金属(MIM)结构的纳米级阻变(RS)存储器由于其超快的开关速度、出色的抗疲劳性、出色的可扩展性和CMOS兼容性，从而成为下一代高密度存储器有力的备选方案之一，并已被广泛地研究。另一方面，在存储技术中，阻变的多阻态一直是人们的研究兴趣所在，其在下一代高密度非挥发性存储器开发中占有很好的优势。目前，已经有一些多阻态的存储器被开发出来，如专利2009102012676公开了一种多阻态随机存储单元及其制备方法，该存储单元包括衬底和金属-绝缘层-金属(MIM)结构单兀，MIM结构单兀的电极之一为铜,另一电极为铝等可用于互连工艺中的金属薄膜，阻变绝缘层为低介电常数SiOCH介质薄膜。该MIM结构，在直流电压连续扫描激励下，表现出优异的多电阻态(高、低以及中间电阻态)之间的转变和记忆特性，其各阻态之间的差值达103，该性能能够实现单元器件的多级存储。这种存储器虽然大大提高了存储集成密度，而且与后端工艺有良好的集成特性，但这种多阻态随机存储单元与现有的很多其它多阻态存储器一样，在多级开关特性方面尚有待进一步改善，通常无法兼具长的保持时间和好的开关性能等等，这是多阻态阻变存储器研究领域急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种纳米级三态阻变存储器，以解决现有多阻态阻变器件保持时间短、开关性能比较差的问题。本专利技术的目的之二是同时提供一种纳米级三态阻变存储器的制备方法。本专利技术的第一个目的是按如下的技术方案实现的:本专利技术所提供的纳米级三态阻变存储器，其是在Pt/Ti/Si02/Si衬底的Pt膜层上依次生长有nc-S1: H膜和Ag电极膜；所述nc-S1: H膜的厚度为5(T350nm，所述Ag电极膜的厚度为5(T200nm。由此在Pt/Ti/Si02/Si衬底上形成Ag/nc_S1:H/Pt结构的三态阻变存储器。另外，所述nc-S1:H 是 hydrogenated nanocrystalline silicon films (氢化纳米晶硅)的简称。其中所述的Ag电极膜优选为直径0.1-0.3mm的圆形电极膜。直径0.1-0.3mm的Ag电极膜具有更好的开关性能和时间保持性能。本专利技术的第二个目的是按如下的技术方案实现的: 本专利技术所提供的纳米三态阻变存储器的制备方法，包括如下步骤: (1)将Pt/Ti/Si02/Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，然后取出用N2吹干,备用； (2)将清洗好的Pt/Ti/Si02/Si衬底固定到PECVD设备腔体的衬底台上并将腔体抽真空至I X 10_，8 X IO-4Pa,然后将衬底升温至2(T300°C，通入H2,调整阀门使腔体内压强维持在10(Tl50Pa，打开射频源使H2起辉，预溅射5~20min ； (3)预溅射完毕并重新将腔体抽真空至lX10_4lX10_4Pa后，通入反应气体，调整阀门使腔体内压强维持在10(Tl50Pa，打开射频源使反应气体起辉，开始在Pt/Ti/Si02/Si衬底的Pt膜层上生长nc-S1:H膜； 其中，所述反应气体是体积比99:1的H2、SiH4混合气体，其通入流量为f 70SCCm ;所述nc-S1: H膜的生长速率控制在0.5~3.5nm/min，生长厚度控制在5(T350nm ； (4)在磁控溅射制膜系统的生长室中，将Ag靶材固定在靶台上，将步骤(3)所得生长有nc-S1:H膜的Pt/Ti/Si02/Si衬底固定在衬底台上并放置掩膜版；将生长室抽真空至0.5X10_，5X10_4Pa后，通入流量为5~50sccm的氩气，调整阀门使生长室内气压维持在0.l~5Pa，开始在nc-S1: H膜上生长Ag电极膜，形成Ag/nc_S1:H/Pt结构的三态阻变存储器； 其中，所述Ag电极膜的生长速率控制在5~20nm/min，生长厚度控制在5(T200nm。本专利技术所述纳米三态阻变存储器的制备方法，步骤(4)中，所述掩膜版上均布有直径为0.1 0.3mm的圆形孔。由此使nc_S1:H膜上所生长的Ag电极膜为直径0.1 0.3mm的圆形电极膜。本专利技术所述方法优选方案包括: 步骤(3)中反应气体的通入流量控制在5(T70sccm，nc_S1:H膜的生长速率控制在2^3nm/min,生长厚度设为260nm ； 步骤(4)中Ag电极膜的生长速率控制在8~15nm/min，生长厚度设为8(Tl50nm。本专利技术的三态阻变存储器具有如下有益效果: (1)本专利技术所提供的Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器，由于Ag/nc_S1:H/Pt结构的存在，使其在直流电压连续扫描激励下表现出稳定的三个非易失电阻状态； (2)本专利技术所提供的Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器，具有良好的稳定性能。其三阻态的保持时间可长达2.3 X IO5s ； (3)本专利技术所提供的Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器，具有显著的开关效应。其Ag/nc-S1:H/Pt结构记忆元件高阻态电阻在IO9欧姆量级，中间阻态电阻在IO7欧姆量级，低阻态电阻在IO2欧姆量级，高阻态电阻与中间阻态电阻的开关阻值比大于102，中间阻态电阻与低阻态电阻的开关阻值比大于105，这都表明本专利技术拥有显著的开关性能，其非常有利于记忆元的读出； (4)本专利技术所提供的Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器，其三个电阻状态的电阻累积概率分布较为集中，可以减少电阻状态的误读。综合以上几点可以看出，本专利技术所提供的三态阻变存储器具有长的保持时间和良好的开关性能，是一种性能更为良好的多态阻变存储器。【附图说明】图1是本专利技术三态阻变存储器的结构示意图。图1 中:1、衬底；2、nc-S1:H 薄膜;3、Ag 电极。图2是本专利技术实施例1所制备Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器的电压一电流特性图。图3是本专利技术实施例1所制备Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器的HRS，IRS和LRS的保持特性图。图4是本专利技术实施例1所制备Ag/nc-S1:H/Pt结构的三态阻变存储器的HRS，IRS和LRS的电阻累积概率分布图。图5是本专利技术实施例1所制备的nc-S1:H薄膜的拉曼光谱图。图6是本专利技术实施例1中所制备的nc-S1:H薄膜的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图。【具体实施方式】实施例1:制备Ag/nc-S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米级三态阻变存储器，其特征是，其是在Pt/Ti/SiO2/Si衬底的Pt膜层上依次生长有nc‑Si:H膜和Ag电极膜；所述nc‑Si:H膜的厚度为50~350nm，所述Ag电极膜的厚度为50~200nm。
【技术特征摘要】
1.一种纳米级三态阻变存储器，其特征是，其是在Pt/Ti/Si02/Si衬底的Pt膜层上依次生长有nc-S1:H膜和Ag电极膜；所述nc-S1:H膜的厚度为5(T350nm，所述Ag电极膜的厚度为50~200nm。2.根据权利要求1所述的纳米级三态阻变存储器，其特征是，所述Ag电极膜为直径0.1 ~0.3mm的圆形电极膜。3.—种纳米级三态阻变存储器的制备方法，其特征是，包括如下步骤: (1)将Pt/Ti/Si02/Si衬底依次在丙酮、酒精和去离子水中分别用超声波清洗，然后取出用N2吹干,备用； (2)将清洗好的Pt/Ti/Si02/Si衬底固定到PECVD设备腔体的衬底台上并将腔体抽真空至I X 10_，8 X 10-4Pa,然后将衬底升温至20~300°C，通入H2,调整阀门使腔体内压强维持在10(Tl50Pa，打开射频源使H2起辉，预溅射5~20min ； (3)预溅射完毕并重新将腔体抽真空至lX10_4lX10_4Pa后，通入反应气体，调整阀门使腔体内压强维持在10(Tl50P...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫小兵，陈英方，郝华，娄建忠，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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