一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件及其制备方法，该多功能存储器件包括：底电极，转变层和顶电极；转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜。本申请的多功能存储器件，转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜。且氧化铌是一种良好的相变材料，制备工艺简单；该材料价格较低，成本可控；本申请采用锂掺杂氧化铌作为转变层，由于锂金属易氧化且与氧空位相互作用，锂和氧空位一起形成的导电细丝更加稳定，故而使得基于该器件阻变过程中的最低限流低至500μA时实现稳定的双极性转变性能。同时基于该材料所得的器件还具有良好的忆阻特性，并且可以用来模拟神经突触；本申请的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，也可实现选通性能。也可实现选通性能。也可实现选通性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及信息存储
，尤其涉及一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的不断进步与发展，大数据时代的来临，使人们对于数据存储的需求不断增大。在数据存储技术中，半导体存储器的发展至关重要，目前市场上的半导体存储器主要包括有动态随机存储器(DRAM)和Flash存储器。其中非挥发性的Flash存储设备已成为目前应用最为广泛的存储器产品之一。
[0003]但是Flash存储存在明显的不足，一方面它的擦写速度较慢，擦写寿命仅有105～106次，导致在信息的存储速度和擦写耐受性方面无法满足需求。另一方面，Flash持续微缩到20nm以下技术节点后面临一系列技术限制和理论极限，所以发展新的存储技术和新的存储器件或结构也是未来的必然趋势。为了取代Flash存储技术，新型的存储技术，如铁电存储器(FeRAM)、相变存储器(PCRAM)、磁阻存储器(MRAM)和阻变存储器(RRAM)等应运而生。RRAM是一种新型非易失性存储器，在外加电压的作用下实现导电通道的开关切换，得到高阻态或者低阻态的性能，从而实现数据的储存。阻变存储器的存储原理较简单，根据施加在金属氧化物或者其它阻变材料上电压的不同，器件的电阻会在高阻态或者低阻态之间的转变，且阻态可以保持。其基本结构为上、下电极以及电阻转变层组成的三明治结构。
[0004]虽然RRAM是目前最具有应用前景的下一代非易失性存储器之一，但是存储阵列的串扰问题会造成信息误读等严重错误，使存储信息的可靠性大幅度降低。串扰问题是由存储阵列产生漏电流引起的，而这些漏电流可能导致无意义的存储器寻址和读取。选通管具有较高的非线性和较高的导通电流密度，在不影响工作器件的同时抑制其他通路的漏电流，因此选通管成为RRAM集成的克服串扰问题的优选方案，以满足高密度存储的需求。
[0005]阻变存储器也可实现忆阻性能。与普通的电阻不同，忆阻器的阻值会根据不同激励进行调节，并且当切断电源时，它的阻值会停留在断电前的状态。除了它的“三明治”结构和生物上的神经突触的构造很相似以外，电激励作用下的基于阳离子(如Ag
+
、Cu
2+
)或阴离子(O2‑
)在记忆层中的影响，得到电导渐变的现象与由于Ca
2+
、Na
+
、K
+
和Cl
‑
在突触中的运动和交换而产生的突触权重很相似，因此可以将忆阻器引入到各种人工神经网络中，为实际的智能应用铺平道路。
[0006]阻变存储器的电阻转变机理与器件材料的性能是息息相关的，且由于制备器件的转变层材料范围非常广泛，而制备器件使用的材料不同或者制备器件的工艺不同，都会导致器件具有不同的性能。当前，为了降低制造成本，优化制备工艺，实现性能稳定、多功能的器件，新的转变层材料的选用和制备成为了本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件及其制备方
法，解决或至少部分解决现有技术中存在的技术缺陷。
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，包括：
[0009]底电极；
[0010]转变层，位于所述底电极一侧表面；
[0011]顶电极，位于所述转变层远离所述底电极一侧表面；
[0012]其中，所述转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜。
[0013]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，所述底电极的材料为Ti、Pt、W或TiN中的一种；所述顶电极的材料为Pt或Ti中的一种。
[0014]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，所述底电极的厚度为50～300nm，所述转变层的厚度为10～40nm，所述顶电极的厚度为50～300nm。
[0015]第二方面，本专利技术还提供了一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件的制备方法，包括以下步骤：
[0016]提供底电极；
[0017]在所述底电极表面制备转变层；
[0018]在所述转变层远离所述底电极一侧的表面制备顶电极；
[0019]其中，所述转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜。
[0020]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件的制备方法，所述转变层的制备方法具体为：以铌酸锂为靶材，利用磁控溅射法在所述底电极表面沉积得到锂掺杂氧化铌薄膜即得转变层。
[0021]进一步优选的，所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件的制备方法，所述磁控溅射控制的工艺条件为：溅射功率为100～140W、溅射时间为200～600s。
[0022]在以上技术方案的基础上，优选的，所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件的制备方法，所述顶电极的材料为Pt，所述顶电极的制备方法具体为：以铂为靶材，利用磁控溅射法在所述转变层表面沉积得到铂即得顶电极。
[0023]进一步优选的，所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件的制备方法，所述磁控溅射控制的工艺条件为：溅射功率为80～120W、溅射时间为200～1200s。
[0024]本专利技术的一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：
[0025](1)本申请的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜。氧化铌是一种良好的相变材料，制备工艺简单；铌酸锂这种材料价格较低，成本可控，有利于实际应用；
[0026](2)本申请的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，采用锂掺杂氧化铌作为转变层，由于锂金属易氧化且与氧空位相互作用，锂和氧空位一起形成的导电细丝更加稳定；故而使得基于该器件阻变过程中的最低限流低至500μA时，仍可实现稳定的双极性转变性能；
[0027](3)本申请的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，采用锂掺杂氧化铌作为转变层，基于该材料所得的器件具有良好的忆阻特性，并且能用来模拟神经突触，即可以实现长时程可塑性(LTP/LTD)和脉冲时间依赖可塑性(STDP)这两种性能；LTP/LTD性能表现出电导的变化和生物神经突触权重调制相似，所以器件可以实现生物神经突触的增强和抑制特性
的转换，且STDP性能的实现进一步表明器件具有训练和学习能力的潜力，可以应用于神经形态系统，故器件具有优异的神经突触仿生性能；
[0028](4)本申请的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，还可实现选通性能。如图4所示，可在800μA的限流条件下稳定工作，即具有高的开态电流密度和抗过冲电流的特点，更有利于实现选通管的工业化应用；
[0029](5)本申请的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，从整体上看，在不同限流时表现出较好的耐受性，因此能够实现多级储存，且具有稳定的SET电压、RESET电压和明显的存储窗口。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，其特征在于，包括：底电极；转变层，位于所述底电极一侧表面；顶电极，位于所述转变层远离所述底电极一侧表面；其中，所述转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜。2.如权利要求1所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，其特征在于，所述底电极的材料为Ti、Pt、W或TiN中的一种；所述顶电极的材料为Pt或Ti中的一种。3.如权利要求1所述的基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件，其特征在于，所述底电极的厚度为50～300nm，所述转变层的厚度为10～40nm，所述顶电极的厚度为50～300nm。4.一种基于锂掺杂氧化铌的多功能存储器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供底电极；在所述底电极表面制备转变层；在所述转变层远离所述底电极一侧的表面制备顶电极；其中，所述转变层的材料为锂掺杂氧化铌薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国坤，夏雅馨，桃李，饶毅恒，段金霞，董文静，万厚钊，王浩，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：