一种稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器及其制作方法技术

一种稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于底电极和顶电极之间的阻变存储层材料，所述阻变存储层材料由一层稀土氧化物薄膜构成，在可见光区具有接近100％的透过率。其制作方法包括以下步骤：(1)透明衬底的清洗；(2)在透明衬底上制作底电极；(3)利用物理气相沉积技术在底电极上沉积稀土氧化物薄膜；(4)利用光学曝光技术形成顶电极图形，制作顶电极。本发明专利技术的全透明阻变存储器具有高透光率、存储密度高、存储稳定好、免电激活等优点，在透明电子的非易失性存储领域具有非常好的应用前景；其制作方法简单、成本低。

【技术实现步骤摘要】
—种稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器及其制作方法
本专利技术涉及，属于半导体非易失性存储器
。
技术介绍
对可见光全透过的电子元器件由于具有广阔的技术和市场前景而引发广泛的关注。宽禁带材料用于透明晶体管的制作已经取得了很大的进展。然而，为了实现集成电路的全透明化，还需要将集成电路中的存储器件实现全透明化。尽管目前可将基于晶体管结构的电荷存储器件实现全透明化，但是由于基于电荷存储的存储器面临等比例缩小所带来的电荷泄露的物理瓶颈以及存储速度存储密度已经不能满足未来嵌入式存储在移动终端的应用。 这一系列问题使得更多的研究者将目光转向利用高低电阻态区分逻辑“O” (高阻态)、“1”(低阻态)的阻变存储器。这种阻变存储器具有结构简单，存储密度高，读写速度快，功耗低，并且与目前制作集成电路的CMOS工艺兼容等优点。其器件结构为电极(金属或导电氧化物以及其他导电材料)_存储层(绝缘体/半导体)_电极(金属或导电氧化物以及其他导电材料)结构，在用于透明存储器件中，只需实现其电极与存储层透明就可以实现整个存储器件的全透明。 为了实现这种阻变存储对可见光的全透过并且不影响其存储能力和存储密度，对于存储功能层材料的要求是其光学带隙大于3.1eV0稀土氧化物材料由于其在微电子领域的高介电常数介质材料中的潜在应用而获得广泛的研究。研究表明，稀土氧化物具有较好的化学与热力学稳定性，其较大的禁带宽度适用于作为透明薄膜材料，并且研究发现，其作为阻变存储的阻变功能层材料具有优异的电学性能表现。 石墨烯是由Sp2杂化碳原子相互连接构成的，是一种具有六方点阵蜂窝状结构的新型的二维材料，其高的载流子迁移率和光透过率以及可以预见的碳材料的低成本，使得其在透明电子领域具有非常好的应用前景。氧化铟锡是目前主流的用于透明电极的材料。将氧化铟锡与石墨烯用作电极材料以及稀土氧化物用作存储材料的阻变存储器将是一种非常优秀的透明存储器件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稀土氧化物作为存储层的透明阻变存储器，是一种基于电极-存储层-电极结构的阻变存储器。该阻变存储器整体透明，电阻转变稳定，能适用于透明集成电路中的存储部件。 本专利技术的另一目的在于提供一种所述透明阻变存储器的制造方法。 为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案: 一种稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于底电极和顶电极之间的阻变存储层材料，所述阻变存储层材料由一层稀土氧化物薄膜构成，在可见光区具有接近100%的透过率。 所述底电极材料为氧化铟锡(ITO)或者石墨烯(graphene)。 所述顶电极材料为氧化铟锡(ITO)或者石墨烯(graphene)。 当底电极或顶电极的材料为氧化铟锡时，构成电极的氧化铟锡薄膜的厚度为100 ?300nmo 所述稀土氧化物为氧化钆(Gd2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化镝(Dy2O3)或氧化镥(Lu2O3)，该些稀土氧化物均具有较宽的禁带宽度，其中氧化钆的禁带宽度为5.3eV，氧化镧的禁带宽度为6eV，氧化镝的禁带宽度为4.8eV，氧化镥的禁带宽度为5.5eV。 所述稀土氧化物薄膜的厚度为30?200nm。 一种所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器的制造方法，包括以下步骤: (I)透明衬底的清洗； (2)在透明衬底上制作底电极； (3)利用物理气相沉积技术在底电极上沉积稀土氧化物薄膜； (4)利用光学曝光技术形成顶电极图形，制作顶电极。 当底电极材料选择氧化铟锡时，利用物理气相沉积技术在透明衬底上沉积氧化铟锡底电极，厚度为100?300nm ;当底电极材料选择石墨烯时，利用化学气相沉积技术在铜箔上面生长石墨烯，然后转移到透明衬底上形成底电极，石墨烯底电极由I?10层单层石墨稀置加而成。 当顶电极材料选择氧化铟锡时，利用光学曝光技术在稀土氧化物薄膜上做出顶电极图形，然后利用物理气相沉积技术沉积氧化铟锡顶电极，厚度为100?300nm ;当顶电极材料选择石墨烯时，利用化学气相沉积技术在铜箔上面生长石墨烯，然后将石墨烯转移到稀土氧化物薄膜上，利用光学曝光技术做出顶电极图形，再用氧气刻蚀掉无光刻胶覆盖的石墨烯，去胶得到石墨烯顶电极，石墨烯顶电极由I?10层单层石墨烯叠加而成。 所述的透明衬底为石英玻璃，主要起到支撑整个器件的作用并且不影响器件的透光率。 在本专利技术全透明阻变存储器的制造方法中，所利用的物理气相沉积技术优选为磁控溅射或脉冲激光沉积技术。 本专利技术的优点在于: 本专利技术的全透明阻变存储器在透明底电极氧化铟锡或者石墨烯上面之间沉积一种稀土氧化物薄膜材料，然后在稀土氧化物薄膜上面做出氧化铟锡或者石墨烯顶电极，由于稀土氧化物薄膜具有高的可见光透过率和免激活特性，所以制造出的透明存储器件具有免电激活、透光率高、存储密度高、存储稳定好、高的耐久性、低的操作电压、好的数据保持等优点，在透明电子的非易失性存储领域具有非常好的应用前景。 本专利技术的全透明阻变存储器具有制作方法简单、成本低并且与传统的CMOS工艺兼容相兼容等优点。 【附图说明】 图1为本专利技术的全透明阻变存储器的基本结构示意图。 图2为本专利技术的石墨烯顶电极的全透明阻变存储器的制作流程示意图。 图3为本专利技术的全透明阻变存储器的制作流程示意图。 图4 为实施例1 所制作的 Graphene (51ayers) / Dy2O3 (50nm) / IT0(200nm)原型阻变存储器器件的光学透射率曲线。 图5 为实施例1 所制作的 Graphene (51ayers) / Dy2O3 (50nm) / IT0(200nm)原型阻变存储器器件的开关特性测试曲线。 图6 为实施例1 所制作的 Graphene (51ayers) / Dy2O3 (50nm) / IT0(200nm)原型阻变存储器器件的耐久性测试曲线。 图7 为实施例1 所制作的 Graphene (51ayers) / Dy2O3 (50nm) / IT0(200nm)原型阻变存储器器件的数据保持能力测试曲线。 【具体实施方式】 以下用实施例对本专利技术的方法及其应用作进一步说明。 如图1所示，本专利技术的全透明阻变存储器是一种基于稀土氧化物作为存储层薄膜材料的非易失性阻变存储器，其最下端是衬底101，衬底101用于支撑整个阻变存储器结构；在衬底101上沉积底电极102 ;在底电极102上面沉积一层稀土氧化物薄膜103，在稀土氧化物薄膜104上面沉积顶电极104。 如图2所示，为本专利技术以石墨烯为顶电极的阻变存储器的制作流程示意图，包括: 步骤201:在透明衬底上面利用物理气相沉积技术沉积ITO底电极或者转移化学气相沉积法制作的石墨烯底电极； 步骤202:利用物理气相沉积技术在底电极上沉积稀土氧化物薄膜作为阻变存储层薄膜材料； 步骤203:在稀土氧化物薄膜上转移化学气相沉积技术制作的石墨烯； 步骤204:利用光学曝光技术在石墨烯上做出顶电极图形。 步骤205:利用刻蚀技术，将未被光刻胶遮盖住的石墨烯刻掉。 步骤206:去除光刻胶，获得具有需要图形的石墨烯顶电极。 如图3所示，为本专利技术具有稀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于底电极和顶电极之间的阻变存储层材料，其特征在于：所述阻变存储层材料由一层稀土氧化物薄膜构成，在可见光区具有接近100％的透过率。

【技术特征摘要】
1.一种稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，包括底电极、顶电极以及位于底电极和顶电极之间的阻变存储层材料，其特征在于:所述阻变存储层材料由一层稀土氧化物薄膜构成，在可见光区具有接近100%的透过率。2.根据权利要求1所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，其特征在于:所述底电极材料为氧化铟锡或石墨烯。3.根据权利要求1所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，其特征在于:所述顶电极材料为氧化铟锡或石墨烯。4.根据权利要求2或3所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，其特征在于:当电极材料为氧化铟锡时，构成电极的氧化铟锡薄膜的厚度为100?300nm。5.根据权利要求1所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，其特征在于:所述稀土氧化物为Gd2O3、La2O3、Dy2O3或Lu2O3。6.根据权利要求1所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器，其特征在于:所述稀土氧化物薄膜的厚度为30?200nm。7.权利要求1?6中任一项所述的稀土氧化物作为存储层的全透明阻变存储器的制造方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)透明衬底的清洗； (2)在透明衬底上制作底电极； (3)利用物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鸿滨，屠海令，魏峰，杜军，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11