一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法技术

本发明专利技术提供了一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法，该方法包括如下步骤：(1)在高阻态下对器件施加置位电压V

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法
本专利技术属于阻变存储器
，尤其是涉及一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法。
技术介绍
随着摩尔定律极限和冯诺依曼架构瓶颈的出现，传统存储器面临着读写速度慢、数据保持时间短、存储密度低等问题，促进了新型存储器如铁电存储器、磁性存储器、相变存储器和阻变存储器(RRAM)的加速研发。RRAM具有结构简单、大开关比、高读写速度和长时间数据保持性能。提升RRAM器件存储密度的主要思路是实现多级存储，当前的主要策略为设定限制电流方式，即持续调整限制电流大小从而获得不同的低阻态，然而该类器件存在限制电流值与对应的低阻态不完全匹配的问题，将导致的低阻态紊乱，使器件保真度下降。而且，目前调控方法可以实现的存储级数少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法，该阻变存储器可在电压调控下表现出多级阻态行为。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法，该方法包括如下步骤：(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加置位电压Vset，使器件由高阻态转变为低阻态；(2)达到低阻态之后再对器件施加与置位电压Vset方向相反的扫描电压，当扫描电压达到复位电压Vreset，使器件由低阻态回到高阻态；(3)在高阻态下继续施加与置位电压Vset方向相反的电压，在电压大于复位电压Vreset后，再次发生置位，器件转变为中间电阻；(4)在器件转变为中间阻态后，继续施加与置位电压Vset方向相反的电压，使器件回到第一低阻态；在器件转变为中间阻态后，继续施加与置位电压Vset方向相同的电压，使器件回到高阻态。进一步，该方法包括如下步骤：(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加正向的置位电压Vset1，使器件由高阻态转变为第一低阻态；(2)达到低第一低阻态之后，再对器件施加与置位电压Vset1方向相反的扫描电压，当扫描电压达到复位电压Vreset，使器件由第一低阻态回到高阻态；(3)在高阻态下继续施加与置位电压Vset1方向相反的置位电压Vset2，在电压大于复位电压Vreset后，再次发生置位，器件转变为中间电阻，即第二低阻态；(4)在器件转变为第二低阻态后，继续施加与置位电压Vset2同方向的电压，使器件回到第一低阻态；在器件转变为第二低阻态后，继续施加与置位电压Vset2相反方向的电压，使器件回到高阻态。更进一步，该方法包括如下步骤：(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加负向的置位电压Vset1，使器件由高阻态转变为第一低阻态；(2)达到低第一低阻态之后，再对器件施加与置位电压Vset1方向相反的扫描电压，当扫描电压达到复位电压Vreset，使器件由第一低阻态回到高阻态；(3)在高阻态下继续施加与置位电压Vset1方向相反的置位电压Vset3，在电压大于复位电压Vreset后，再次发生置位，器件转变为中间电阻，即第三低阻态；(4)在器件转变为第三低阻态后，继续施加与置位电压Vset3同方向的电压，使器件回到第一低阻态；在器件转变为第三低阻态后，继续施加与置位电压Vset3相反方向的电压，使器件回到高阻态。相对于现有技术，本专利技术所述的氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法具有以下优势：本专利技术所述的氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法使阻变存储器在电压调控下表现出多级阻态行为，在高阻态和低阻态之间产生更多的无相互影响的阻态，保证每个状态都能够长时间的保持；而且，实现了多级阻态之间的循环访问，可以实现快捷的擦和写功能。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为Cu-Al2O3-Al的MIM结构阻变存储器结构示意图；图2为Cu-Al2O3-Al的阻变存储器以0→+3V→0→-0.6V→0和0→-3V→0→+0.6V→0循环电压下的I-V曲线。图3为器件在负向循环电压(0→-3V→0→+1V→0)下的I-V曲线，在+0.97V时转变为第二低阻态。图4为器件在正向循环电压(0→+2V→0→-1V→0)下的I-V曲线，在-0.72V时转变为第三低阻态。图5是在0.1V读取电压下，该器件四个阻态下的电流随时间的变化曲线。附图标记说明：1-顶电极；2-氧化物阻变层；3-底电极；4-刚性基底。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1为一种氧化物薄膜阻变存储器Cu-Al2O3-Al的MIM结构阻变存储器结构示意图，其结构从下至上包括：刚性基底4、底电极3、氧化物阻变层2、顶电极1，具体的，顶电极1为Cu，氧化物阻变层2为Al2O3层，底电极3为Al。本实例中，阻变存储器形状为方形，边长为500μm，阻变层材料为厚度为10nm的Al2O3薄膜；顶电极和底电极分别为Cu和Al金属薄膜，其边长为500μm、厚度为100nm。该阻变存储器的制备方法包括以下步骤：步骤S1：清洁刚性基底4，然后超声处理，用于除去吸附在基底表面的有机物及杂质颗粒，再用氧等离子体处理载玻片表面，以提高基底表面对底电极3Al原子的附着力；步骤S2：将步骤S1中处理好的基底置于真空镀膜机内，蒸镀厚度为100nm的Al底电极金属薄膜。步骤S3：使用交流电源模式下的磁控溅射沉积Al2O3薄膜，时间为60min。步骤S4：将样品置于掩膜版下，使用直流电源模式下的磁控溅射沉积100nm的Cu顶电极金属薄膜。定义顶电极接正电为施加正向电场，顶电极接负电为施加负向电场；定义V1max为器件阻值转变到第一低阻态的置位电压最大值，而V2max为器件阻值转变到第二或第三低阻态的置位电压最大值；第一、第二和第三低阻态的置位电压分别定义为Vset1、Vset2和Vset3。仅对向第一低阻态转变的电压扫描阶段设置保护电流，之后各电压扫描阶段均不设保护电流。上述的氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法包括如下步骤：一、高阻态、第一低阻态和第二低阻态之间的转变(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加正向的置位电压Vset1，使器件由高阻态转变为第一低阻态；(2)达到低第一低阻态之后，再对器件施加与置位电压Vset1方向相反的扫描电压，当扫描电压达到复位电压Vreset，使器件由第一低阻态回到高阻态；(3)在高阻态下继续施加与置位电压Vset1方向相反的置位电压Vset2，在电压大于复位电压Vreset后，再次发生置位，器件转变为中间电阻，即第二低阻态；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加置位电压V

【技术特征摘要】
1.一种氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加置位电压Vset，使器件由高阻态转变为低阻态；
(2)达到低阻态之后再对器件施加与置位电压Vset方向相反的扫描电压，当扫描电压达到复位电压Vreset，使器件由低阻态回到高阻态；
(3)在高阻态下继续施加与置位电压Vset方向相反的电压，在电压大于复位电压Vreset后，再次发生置位，器件转变为中间电阻；
(4)在器件转变为中间阻态后，继续施加与置位电压Vset方向相反的电压，使器件回到第一低阻态；在器件转变为中间阻态后，继续施加与置位电压Vset方向相同的电压，使器件回到高阻态。


2.根据权利要求1所述的氧化物薄膜阻变存储器多级阻态的电压调控方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)在氧化物薄膜阻变存储器的初始高阻态下，对器件施加正向的置位电压Vset1，使器件由高阻态转变为第一低阻态；
(2)达到低第一低阻态之后，再对器件施加与置位电压Vset1方向相反的扫描电压，当扫描电压达到复位电压Vreset，使器件由第一低阻态回到高阻态；
(3)在高阻态下继续施...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岚，杨鹏城，徐建萍，石少波，刘丁，许江华，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12