一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器及制备方法技术

一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器及制备方法。一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器，包括Pt/TiO

A bipolar resistance switch memory based on nickel oxide film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器及制备方法
本专利技术是关于存储器的，尤其涉及一种基于NiO薄膜的双极电阻开关存储器及其制备方法。
技术介绍
近年来，一种新型的非易失性存储器—阻变存储器，受到了学术界和工业界的广泛关注。阻变存储器具有存储速度快、功耗低、结构简单、可高密度集成等优点，更有望集合动态存储器的成本优势、静态存储器的高速读写和闪存的非易失性的特点，成为一种通用存储器。此外，金属/氧化物/金属结构开关电阻器件由于其低功耗，开关响应速度快，单元结构简单和CMOS技术兼容性号等优势，使其成为下一代非易失性存储器的主要选择。近来，在许多材料中发现了低电阻状态和高电阻状态的电阻转换现象，如二元过渡金属氧化物(NiO，TiO2，SiO2，Cr2O3和ZnO)和钙钛矿氧化物(SrTiO3和NiFe2O4)。在具有电阻转换特性的各种氧化膜中，NiO由于成分简单，开关比高，引起了研究者的广泛关注。双极电阻开关和单极开关不同，其电阻转换需要在相反极性的偏压下才能完成；在双极电阻开关行为中，限制电流并不是必要条件。现有技术对双极电阻开关存储器研究较少，且制备方法复杂，成本昂贵，开关比比较低。本文采用NiO陶瓷靶材磁控溅射制备双极电阻开关存储器，该电阻开关不仅结构简单、制备方便、低成本，且具有较大的开关比，所得薄膜可广泛应用于电子器件，尤其是电阻开关存储。
技术实现思路
本专利技术的目的，是克服现有技术的制备复杂、成本昂贵、开关比低的缺点和不足，采用NiO陶瓷靶材磁控溅射制备双极电阻开关存储器，首次采用NiO薄膜作为阻变介质层，提供了一种双极电阻开关存储器的制备方法。本专利技术通过如下技术方案与已实现。一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器，包括衬底、阻变介质层及电极膜；其特征在于，所述衬底1为Pt/TiOx/SiO2/Si衬底，其由上至下次序为Pt、TiOx、SiO2和Si，衬底1上面设置有NiO阻变介质层即NiO薄膜2，NiO薄膜2上面设置有Au电极3。一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器的制备方法，具有如下步骤：(1)清洗衬底将Pt/TiOx/SiO2/Si衬底放入有机溶剂中超声清洗，用去离子水冲洗后在氮气流中进行干燥；(2)制备NiO薄膜，即NiO阻变介质层(a)采用固态反应法制备NiO靶材，靶材烧结温度为1100～1300℃；(b)将步骤(1)干燥后的衬底放入磁控溅射样品台上，将NiO靶材装置在相应的射频溅射靶上，再将磁控溅射系统的本底真空抽至5.0×10-5Torr；(c)以高纯Ar和O2作为溅射气体，O2：Ar为1:5～1:14，溅射气压为12mTorr，溅射功率为100W～250W，进行溅射沉积得到NiO薄膜；(d)将步骤(c)得到的NiO薄膜置于管式炉中退火，得到结晶良好的NiO薄膜；(3)制备Au电极膜将步骤(2)(d)退火后的NiO薄膜放置于热蒸镀样品台上，将无包覆Au线放置于相应蒸发舟中，再将热蒸镀设备的本底真空抽至9.0mTorr，开启蒸发舟开关加热Au线，得到Au电极薄膜，即Au电极，亦称顶电极，制得基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器。所述步骤(2)(c)的NiO薄膜厚度为200～800nm。所述步骤(3)的Au电极薄膜厚度为50～100nm。所述衬底的Pt层厚度为30～100nm。所述步骤(1)的有机溶剂为丙酮和/或者酒精。所述步骤(2)(a)的NiO靶材的纯度大于99.99％。所述步骤(2)(c)的氩气和氧气的纯度均为99.99％。所述步骤(2(d)的退火温度为200～500℃，保温时间为10～30min。本专利技术制备的双极电阻开关存储器不仅结构简单、制备方便、低成本，且具有较大的开关比，所得薄膜可广泛应用于电子器件，尤其是电阻开关存储，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的基于NiO薄膜制备的电阻开关存储器结构示意图；图2为实施例1的制备NiO薄膜的XRD图谱；图3为实施例1的NiO薄膜电阻开关存储器的I-V曲线；图4为实施例2的NiO薄膜电阻开关存储器的I-V曲线；图5为实施例3的NiO薄膜电阻开关存储器的I-V曲线。附图标记如下：1———衬底2———NiO薄膜3———Au电极具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。参见图1，本专利技术的衬底1为Pt/TiOx/SiO2/Si衬底，其由上至下次序为Pt、TiOx、SiO2和Si，衬底1上面设置有NiO阻变介质层即NiO薄膜2，NiO薄膜2上面设置有Au电极3。实施例1(1)清洗衬底，即Pt/TiOx/SiO2/Si衬底将Pt/TiOx/SiO2/Si衬底使用丙酮和无水乙醇分别超声清洗30分钟，用去离子水冲洗后在氮气流中进行干燥，衬底的Pt层厚度为50nm；(2)制备NiO薄膜(a)采用固态反应法制备NiO靶材，靶材烧结温度为1250℃；NiO靶材的纯度大于99.99％；(b)将步骤(1)干燥后的导电玻璃基片放入磁控溅射样品台上，将NiO靶材装置在相应的射频溅射靶上，再将磁控溅射系统的本底真空抽至5.0×10-5Torr；(c)以高纯Ar和O2作为溅射气体，O2：Ar为1：14，溅射气压为12mTorr，溅射功率为135W，进行溅射沉积得到厚度为300nm的NiO薄膜；氩气和氧气的纯度均为99.99％；(d)将步骤(c)得到的NiO薄膜置于管式炉中于200℃退火，保温10分钟，得到结晶良好的NiO薄膜；(3)制备Au电极将步骤(2)(d)退火后的NiO薄膜放置于热蒸镀样品台上，将无包覆Au线放置于相应蒸发舟中，再将热蒸镀设备的本底真空抽至9.0mTorr，开启蒸发舟开关加热Au线，制备出厚度为100nm的Au电极，得到基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器。图2为实施例1的制备的NiO薄膜的XRD图谱，可以看出NiO薄膜有很好的结晶性和取向性。图3为实施例1的制备的NiO薄膜电阻开关存储器的I-V曲线，可以看出在相同电压下，对应不同的电流，表现出不同的电阻值。在电压-4V下，高低电阻比达到10以上，表现出高低电阻态。实施例2实施例2的步骤(2)(c)的NiO薄膜厚度为200nm，其他工艺步骤及其工艺参数和实施例1中完全相同。经检测，实施例2中的NiO薄膜具有较好的结晶性和取向性，图4为实施例2的制备的NiO薄膜电阻开关存储器的I-V曲线，可以看出在相同电压下，对应不同的电流，表现出不同的电阻值。在电压-1.5V下，高低电阻比达到5以上，表现出高低电阻态。实施例3实施例3步骤(2)(d)的NiO退火温度为300℃，退火时间为10min，其他工艺步骤及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器，包括衬底、阻变介质层及电极；其特征在于，所述衬底(1)为Pt/TiO

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器，包括衬底、阻变介质层及电极；其特征在于，所述衬底(1)为Pt/TiOx/SiO2/Si衬底，其由上至下次序为Pt、TiOx、SiO2和Si，衬底(1)上面设置有NiO阻变介质层即NiO薄膜(2)，NiO薄膜(2)上面设置有Au电极(3)。


2.权利要求1的一种基于氧化镍薄膜的双极电阻开关存储器的制备方法，具有如下步骤：
(1)清洗衬底
将Pt/TiOx/SiO2/Si衬底放入有机溶剂中超声清洗，用去离子水冲洗后在氮气流中进行干燥；
(2)制备NiO薄膜，即NiO阻变介质层
(a)采用固态反应法制备NiO靶材，靶材烧结温度为1100～1300℃；
(b)将步骤(1)干燥后的衬底放入磁控溅射样品台上，将NiO靶材装置在相应的射频溅射靶上，再将磁控溅射系统的本底真空抽至5.0×10-5Torr；
(c)以高纯Ar和O2作为溅射气体，O2：Ar为1:5～1:14，溅射气压为12mTorr，溅射功率为100W～250W，进行溅射沉积得到NiO薄膜；
(d)将步骤(c)得到的NiO薄膜置于管式炉中退火，得到结晶良好的NiO薄膜；
(3)制备Au电极
将步骤(2)(d)退火后的NiO薄膜放置于热蒸镀样品台上，将无包覆Au线放置于相应蒸发舟中，再将热蒸镀设备的本底真空抽至9.0mTorr，开启蒸发舟开关加热Au线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲霞，彭伟，于仕辉，杨盼，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12