一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件，其特征在于采用金属层（Ｍ１）－无机介质层－金属（Ｍ２）结构，其中，二端的金属层（Ｍ↓［１］和Ｍ↓［２］）作为电极，中间的无机介质层作为功能介质层；这里，金属层（Ｍ１）为Ｃｕ，金属层（Ｍ２）为铝，无机介质层为由硫氰酸钾和部分铜电极反应制备获得的功能材料层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子器件和功能无机薄膜
，具体涉及一种可擦写、可读出的无 机薄膜电双稳器件及其制作方法。
技术介绍
近年来，基于无机化合物的电子学已引起国内外学术界和产业界的高度重视。无机材 料由于具有很高的稳定性对实际应用有利，因此，被认为是下一代信息处理器件的最佳候选之一。([l] A. P. Ramirez, Oxide Electronics Emerge, S'ewce， 315， 1377 (2007); [2] Chih-Yi Liu, a/., Bistable Resistive Switching of a Sputter-Deposited Cr-doped SrZrO3 Memory Film, 五/ec化o Dew'ce betters, 26, 351 (2005); [3] Chun-Chieh Lin, a/., Resistive Switching Mechanisms of V-Doped SrZrO3 Memory Films, 孤ra DeWce 27, 725(2006).)但是，基于无机材料的薄膜器件，通常需要很高的驱动电压，而且制作工艺也比较复 杂。因此，离实际应用还有较大距离。与无机材料不同，基于有机材料的电子器件，薄膜的制作工艺简单，而且驱动电压较 低。比如，我们前期就采用简单的M-Organic-M结构实现薄膜器件高电阻态和低电阻态的 可逆转换以及可读出功能。([4]徐伟，吕银祥，华中一， 一种电可擦写的分子基有机电 双稳薄膜器件及其制作工艺，专利技术专利申请号01132374.4)。在目前的状况下，如何制作高稳定性、低驱动电压的无机薄膜器件巳成为本领域最具 挑战性的课题。多数的无机化合物稳定很好，但是由于熔点很高，以及结构的特殊性，成 膜很困难。但是也有少数有机化合物，具有比较低的熔点和热蒸发温度。硫氰酸钾(KSCN) 就是比较特殊的一种无机化合物，熔点很低，可以采用真空热蒸发成膜。我们发现，可以用硫氰酸钾代替一般的有机材料来制作功能介质层薄膜。这种功能介 质层薄膜具有无机材料的典型特征和稳定性。基于这种功能介质层的薄膜器件具有很高的 稳定性、低的驱动电压。我们的设计方案和技术路线将为无机薄膜电子器件的研制开辟出 一条可行的新路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件及其制作方法。本专利技术提出的无机薄膜电双稳器件，采用夹层结构，如图1所示。器件的结构依次为 金属底电极(Ml)、功能无机介质层、金属顶电极(M2)，即金属-无机介质层-金属(M1-Inorganic layer-M2)结构。其中，二端的金属层(Ml和M2)作为电极，中间的无机介 质层(Inorganic layer)作为功能介质层。该器件可通过正向和反向的电压脉冲激发来实现 信号的写入和擦除，用小电压脉冲信号读出。本专利技术还提出的无机薄膜电双稳器件的具体结构底电极采用铜(Cu)，中间为功能 介质层。其中的功能介质层(简称CN)由铜膜和硫氰酸钾反应形成。即器件为Cu-CN-Al 结构。本专利技术中，金属顶电极可采用铝(Al)。本专利技术还提出无机薄膜电双稳器件的一种简易制备方法，具体步骤如下在绝缘基板 上蒸镀一层铜膜作为底电极，然后蒸镀一层硫氰酸钾薄膜，最后蒸镀一层金属膜(如铝膜) 作为顶电极，如图2(a)所示。由于在器件制作过程中，铜膜底电极的上部分会自发与硫氰 酸钾薄膜反应，形成复合无机介质层，器件的结构就成为图2(b)形式，即说明书附图l。绝缘基板可采用载波片、石英片以及其他各种表面平整的材料，包括聚合物薄膜。铜 膜、硫氰酸钾薄膜以及顶电极，依次在真空镀膜机中沉积，薄膜的面积大小和形状由特定 的掩膜控制。在铜膜的上表面沉积硫氰酸钾薄膜时，铜与硫氰酸钾发生反应，自发形成一 层复合功能介质层CN，厚度为10-150nm。因此铜膜的厚度较大， 一般为150-300nm，即 一部分铜与硫氰酸钾反应生成CN层，剩余的未反应的铜膜作为底电极。本专利技术的具体的制备步骤如下在真空镀膜机中，以绝缘基板(比如载波片)做基 底，采用一掩膜，在基板上沿X轴方向沉积较厚的线条状铜膜(厚度150-300纳米)，再 在铜膜的上表面上沉积较薄的硫氰酸钾薄膜(厚度5 50纳米)，然后再利用掩膜在硫氰酸 钾薄膜上沉积沿Y轴方向的线条状铝膜(厚度80-150纳米)。X轴方向线条状的铜膜与Y 轴方向线条状的铝膜相交叉部分的面积就是一个器件的面积大小。每个器件的面积大小可 根据具体的掩膜来确定。本专利技术提出的无机薄膜夹层器件具有二种不同的电阻态(高电阻态和低电阻态)，高 阻态和低阻态之间用外加电压信号来驱动可逆转换。在铜电极接地，铝电极接正极的情况 下反向脉冲电压激发后，器件处于低电阻态，相当于写入状态，即l态；正向电压 脉冲信号激发后，器件处于高电阻态，相当于擦除状态，即0态。二种状态的可逆转 换通过交替施加正反向电压脉冲来实现。二种状态用较低的电压信号来读出，二种状态的 电阻值比可超过105，甚至可以更高。正向擦除电压通常采用1~4伏，反向写入电压通常 采用-1~-4伏；读取电压较低，通常采用0.1 0.6伏。中间功能介质层厚度的变化以及沉积工艺对器件电特性参数会产生一定影响，但是不 同器件的可逆电双稳特性是一致的。本专利技术提出的无机薄膜电双稳器件稳定性很好，写-读-擦-读操作可以多次重复(参 见图3)。这种薄膜器件可作为开关元件和电存储器件在信息处理和运算领域中应用。特别 是，由于结构和工艺简单，成本低，在移动电话和MP3领域有实用价值。 附图说明图l无机薄膜电双稳器件的结构示意图。图2无机薄膜器件的制作及复合功能介质层的形成。(a)在绝缘基板上蒸镀较厚铜膜作为底电极(标号2)，再蒸镀较薄的硫氰酸钾薄膜(标 号5)，然后再蒸镀铝膜作为顶电极；(b)硫氰酸钾薄膜和部分铜膜自发反应形成功能介质 层CN (标号3)。图3薄膜器件连续读-写-读-擦特性图示。读取电压0.5V,写入电压-IV，擦除电压2V.。图中标号1为基底；2为底电极(Ml); 3为无机介质层；4为顶电极(M2); 5为 硫氰酸钾薄膜. 具体实施例方式实施例，以Cu-CN-Al器件为例进一步描述本专利技术。器件Cu-CN-Al的制备以清洁的载波片为基底，在10—spa量级的压强下用真空热蒸发的方法依次蒸镀底电极 (Cu)、硫氰酸钾(KSCN)和顶电极(Al)。铜底电极的厚度大于150纳米，铝顶电极的 厚度约100纳米，硫氰酸钾的厚度约20 30纳米。顶电极和底电极交叉重叠部分的面积约 0.2平方毫米。器件Cu-CN-Al的电特性Cu-CN-Al器件的读-写-读-擦特性用外加脉冲电压信号来实现。脉冲电压信号由电 脑控制的HP33120函数发生器产生，用Keithley2400釆集器件的电流信号。其中，Cu作 为底电极接负极，Al作为顶电极接正极。测试过程在干燥的大气环境中进行。图3是这种器件进行连续的读-写-读-擦特性。图中上半部分是外加的电压信号， 左边的纵轴标定外加电压的数值读取电压为+0.5伏，写入电压为-l伏，擦除电压为+2 伏。图的下半部分是测得的电流数值，右边的纵轴标定电流数值。从图中可以看出，处于擦除状态的读出电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件，其特征在于采用金属层（Ｍ１）－无机介质层－金属（Ｍ２）结构，其中，二端的金属层（Ｍ↓［１］和Ｍ↓［２］）作为电极，中间的无机介质层作为功能介质层；这里，金属层（Ｍ１）为Ｃｕ，金属层（Ｍ２）为铝，无机介质层为由硫氰酸钾和部分铜电极反应制备获得的功能材料层。
【技术特征摘要】
1、一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件，其特征在于采用金属层(M1)-无机介质层-金属(M2)结构，其中，二端的金属层(M1和M2)作为电极，中间的无机介质层作为功能介质层；这里，金属层(M1)为Cu，金属层(M2)为铝，无机介质层为由硫氰酸钾和部分铜电极反应制备获得的功能材料层。2、 根据权利要求1所述的可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件，其特征在于所述无 机介质层厚度为10-150nm。3、 根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，唐佳其，季欣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31
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