一种AlScN/nGaN异质结忆阻器及制备方法技术

本申请提供的AlScN/nGaN异质结忆阻器及其制备方法，包括自下至上依次设置的衬底、氮化物成核层、氮化物外延层、n型氮化物底电极、AlScN铁电层及顶电极，以及与所述n型氮化物底电极接触的金属电极，AlScN作为一种新型氮化物铁电材料，兼具优异的铁电性能以及宽禁带半导体特性，结合AlScN材料的铁电极化对铁电/半导体异质结界面势垒的调控以及氮化物半导体中陷阱辅助的导电机制，在不改变AlScN铁电极化方向的基础上实现忆阻功能，实现非破坏性读取，并通过调控铁电极化的大小实现多级存储，且该忆阻器具有典型的双极性阻抗开关特性，开关比大于103，符合忆阻器的应用需求。该两端器件结构制备方法简单、性能稳定、且与主流的CMOS工艺具有更大的兼容性。CMOS工艺具有更大的兼容性。CMOS工艺具有更大的兼容性。

【技术实现步骤摘要】
一种AlScN/nGaN异质结忆阻器及制备方法


[0001]本申请涉及半导体材料
，特别涉及一种AlScN/nGaN异质结忆阻器及制备方法。

技术介绍

[0002]随着信息科技的飞速发展，计算机的计算能力成几何式上升，各种新兴的电子设备对海量的信息进行分析、处理和存储，为人类生活带来便利的同时，也拉开了大数据时代的序幕。面对信息数据的爆炸式增长，传统冯诺伊曼计算存储体系架构接近其存储容量与尺寸大小的极限，学术界和工业界逐步迈向类人脑存算一体器件的研究，而忆阻器作为新兴的纳米存储器件引起了人们的广泛关注。
[0003]其中，铁电存储器(FeRAM)，采用铁电材料作为存储介质，利用铁电材料电压与电流关系具有特征滞后回路的特点来实现信息存储，具有非易失性、随机存储等优点，成为未来存储器的重要发展方向之一。但是目前FeRAM多采用破坏性读取的模式，即当进行信息的写入操作时，写操作电压使铁电材料极化发生翻转，铁电电容上的电荷由于剩余极化得以稳定保存；当进行信息的读取操作时，如果铁电剩余极化方向与读操作电压电场方向不同，铁电极化就会向相反方向翻转，产生较大的极化翻转电流；如果铁电剩余极化方向与读操作电压电场方向相同，铁电极化只是沿原来的方向进一步极化，与极化翻转电流相比，此情况下的电流要小得多。通过读操作电压下的电流大小，铁电电容的极化状态得以识别，进而可分辨出存储器的数字状态。由于原存储器的存储状态在读取过程中遭到了破坏，需要重新写入原来的逻辑数据以恢复存储状态，此过程伴随大量的擦除/重写操作，面临疲劳失效等可靠性问题。此外在材料方面，目前广泛使用的锆钛酸铅、钽酸锶铋等都存在污染环境、CMOS工艺兼容等问题，制约了铁电存储器的商业化应用。

技术实现思路

[0004]鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种环境友好、性能稳定且与主流的CMOS工艺具有更大的兼容性的AlScN/nGaN异质结忆阻器及制备方法。
[0005]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0006]本申请目的之一，提供一种AlScN/nGaN异质结忆阻器，包括自下至上依次设置的衬底、氮化物成核层、氮化物外延层、n型氮化物底电极、AlScN铁电层及顶电极，以及与所述n型氮化物底电极接触的金属电极。
[0007]在其中一些实施例中，所述衬底为00l取向的单晶蓝宝石衬底。
[0008]在其中一些实施例中，所述氮化物成核层为AlN缓冲层。
[0009]在其中一些实施例中，所述氮化物外延层为GaN缓冲层。
[0010]在其中一些实施例中，所述n型氮化物底电极包括Si掺杂的n型氮化物，载流子浓度为10
19
cm
‑3量级。
[0011]在其中一些实施例中，所述n型氮化物包括GaN或AlGaN。
[0012]在其中一些实施例中，在所述AlScN铁电层中，AlScN材料中Sc掺杂浓度为20％
‑
40％。
[0013]在其中一些实施例中，所述顶电极的材料包括Ti和/或Au，所述顶电极为圆形，直径小于200um,厚度为10nm以上。
[0014]在其中一些实施例中，所述金属电极材料包括Ti和/或Au，厚度为10nm以上。
[0015]本申请目的之二，提供了一种所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器的制备方法，包括下述步骤：
[0016]沿所述衬底自下至上依次生长所述氮化物成核层、所述氮化物外延层及所述n型氮化物底电极；
[0017]在所述n型氮化物底电极上生长所述AlScN铁电层；
[0018]在所述AlScN铁电层上制备所述顶电极；
[0019]在所述n型氮化物底电极上制备与所述n型氮化物底电极接触的所述金属电极。
[0020]在其中一些实施例中，在所述n型氮化物底电极上生长所述AlScN铁电层的步骤中，具体包括下述步骤：
[0021]在所述n型氮化物底电极上采用磁控溅射法生长所述AlScN铁电层；
[0022]通过光刻技术对所述AlScN铁电层进行光刻胶掩膜，然后采用等离子体刻蚀工艺刻蚀出台面，再采用Lift Off技术去除残余光刻胶。
[0023]在其中一些实施例中，在所述AlScN铁电层上制备所述顶电极的步骤中，具体包括下述步骤：
[0024]通过光刻技术在所述AlScN铁电层的台面上方制备所述顶电极的光刻胶掩膜图形，之后蒸镀所述顶电极，最后采用Lift Off技术去除光敏面区域的光刻胶及其上部蒸镀的顶电极材料。
[0025]在其中一些实施例中，在所述n型氮化物底电极上制备与所述n型氮化物底电极接触的所述金属电极的步骤中，具体包括下述步骤：
[0026]通过光刻技术在所述n型氮化物底电极的暴露区域制备所述金属电极的光刻胶掩膜图形，随后通过电子束蒸镀底电极材料，最后采用Lift Off技术去除非金属电极区域的光刻胶及其上部蒸镀的金属电极材料。
[0027]在其中一些实施例中，其特征在于，采用Lift Off技术去除光刻胶的溶解液为丙酮。
[0028]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0029]本申请提供的AlScN/nGaN异质结忆阻器及其制备方法，包括自下至上依次设置的衬底、氮化物成核层、氮化物外延层、n型氮化物底电极、AlScN铁电层及顶电极，以及与所述n型氮化物底电极接触的金属电极，AlScN作为一种新型氮化物铁电材料，兼具优异的铁电性能以及宽禁带半导体特性，结合AlScN材料的铁电极化对铁电/半导体异质结界面势垒的调控以及氮化物半导体中陷阱辅助的导电机制，在不改变AlScN铁电极化方向的基础上实现忆阻功能，实现非破坏性读取，并通过调控铁电极化的大小实现多级存储，且该忆阻器具有典型的双极性阻抗开关特性，开关比大于103，符合忆阻器的应用需求。该两端器件结构制备方法简单、性能稳定、且与主流的CMOS工艺具有更大的兼容性。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本申请实施例1提供的AlScN/nGaN异质结忆阻器的结构示意图。
[0032]图2为本申请实施例1提供的AlScN/nGaN异质结忆阻器的器件特性图。
[0033]图3为本申请实施例1提供的AlScN/nGaN异质结忆阻器的工作原理图。
[0034]图4为本申请实施例2提供的AlScN/nGaN异质结忆阻器的制备方法步骤流程图。
具体实施方式
[0035]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，包括自下至上依次设置的衬底、氮化物成核层、氮化物外延层、n型氮化物底电极、AlScN铁电层及顶电极，以及与所述n型氮化物底电极接触的金属电极。2.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述衬底为00l取向的单晶蓝宝石衬底。3.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述氮化物成核层为AlN缓冲层。4.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述氮化物外延层为GaN缓冲层。5.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述n型氮化物底电极包括Si掺杂的n型氮化物，载流子浓度为10
19
cm
‑3量级。6.如权利要求5所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述n型氮化物包括GaN或AlGaN。7.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，在所述AlScN铁电层中，AlScN材料中Sc掺杂浓度为20％
‑
40％。8.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述顶电极的材料包括Ti和/或Au，所述顶电极为圆形，直径小于200um,厚度为10nm以上。9.如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器，其特征在于，所述金属电极材料包括Ti和/或Au，厚度为10nm以上。10.一种如权利要求1所述的AlScN/nGaN异质结忆阻器的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：沿所述衬底自下至上依次生长所述氮化物成核层、所述氮化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓娟，刘明睿，黎大兵，吕顺鹏，蒋科，臧行，贾玉萍，贲建伟，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：