一种低功耗忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低功耗忆阻器及其制备方法，所述低功耗忆阻器包括由下至上依次布设的黏附层、底电极层、阻变层和顶电极层，所述阻变层为SiC，所述低功耗忆阻器具有操作电压和电流小的特点，能够使器件在更小的功耗下运行，所述低功耗忆阻器还能够在不同限流下表现出易失和非易失共存特性，且能够在上百次循环后，依然保持开关特性，具有良好的稳定性和高重复性，能够更好的满足器件应用于电路时对其性能的要求。所述低功耗忆阻器制备方法，操作简单且成本低廉，具有广阔的市场价值。具有广阔的市场价值。具有广阔的市场价值。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗忆阻器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低功耗忆阻器及其制备方法，属于类脑器件


技术介绍

[0002]忆阻器是蔡少棠教授从逻辑和公理的观点所提出的第四种基本电子元器件。它表示磁通量与电荷的关系，有望实现非易失性随机存储器，也是硬件实现人工神经网络突触的最好方式。忆阻器具有结构简单、尺寸小、易于集成、开关速度快、功耗低等优势。
[0003]随着集成电路器件尺寸的缩小，硅基半导体技术出现了许多工艺节点。碳化硅(SiC)是第三代半导体的典型代表之一，具有更大的带隙宽度、高饱和电子速度、高导热系数、高击穿电场、高电子密度、高迁移率等特性，将使其在功率器件、新能源、辐射防护、通信等方面更具优势。这些优势使得SiC薄膜有望用作低功率忆阻器，以减少泄漏电流。
[0004]一般常见的镀膜方式有化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition CVD)法、高温热分解法、化学喷涂技术、活性反应蒸发、电子束蒸发以及等离子体离子镀膜等。
[0005]其中，电子束蒸发的优势很显著，具体有以下几点优势：1、电子束蒸发会产生更高的通量密度，这样对于高熔点材料的蒸发比较有利，而且还可以使蒸发的速率得到一定程度上的提高；2、电子束蒸发会将被蒸发的原材料放入到铜坩埚内，这样就可以保证材料避免被污染，还可以制造纯度比较高的薄膜；3、电子束蒸发的粒子动能比较大，这样会有利于薄膜的精密性和结合力的提升。这些优势使得用电子束蒸发工艺制备忆阻器具有更大的潜力。
[0006]碳化硅(SiC)作为宽禁带半导体，其带隙为2.4
‑
3.3eV，灵敏度高，稳定性强，在半导体光电子器件方面有着广泛的研究。但基于碳化硅的忆阻器有很少的相关报道，通过电子束蒸发工艺制备的碳化硅忆阻器更少有相关报道。

技术实现思路

[0007]为了解决上述现有技术的问题，本专利技术提供一种低功耗忆阻器及其制备方法。
[0008]一方面，本专利技术提供一种低功耗忆阻器，包括由下至上依次布设的黏附层、底电极层、阻变层和顶电极层，所述阻变层为SiC。
[0009]在一些实施例中，所述黏附层为Ti，所述黏附层的厚度为5～20nm。
[0010]在一些实施例中，所述底电极层选自W、Pt、Au中的一种，所述底电极层的厚度为80～100nm。
[0011]在一些实施例中，所述阻变层为SiC，所述阻变层的厚度为20～40nm。
[0012]在一些实施例中，所述顶电极层选自Ag、Cu中的一种，所述顶电极层的厚度为80～100nm。
[0013]另一方面，本专利技术提供一种低功耗忆阻器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0014]步骤S1、清洗衬底，将清洗好的衬底置于真空环境下，通过金属掩膜版蒸发黏附层
材料，以形成黏附层；
[0015]步骤S2、在黏附层上，通过底电极掩膜版蒸发底电极层材料，以形成底电极层；
[0016]步骤S3、将底电极掩膜版取出，放入阻变层掩膜版，在真空环境下，蒸发阻变层材料，以形成阻变层；
[0017]步骤S4、将阻变层掩膜版取出，放入顶电极掩膜版，在真空环境下，蒸发顶电极层材料，以形成顶电极层。
[0018]在一些实施例中，所述黏附层材料为Ti，所述底电极层材料为Pt，所述阻变层材料为SiC，所述顶电极层材料为Cu。
[0019]在一些实施例中，将清洗好的衬底放入蒸发室内的样品台上，在电子束蒸发系统的电子束腔体中，将腔体真空抽至10
‑4Pa量级以下，以形成真空环境。
[0020]在一些实施例中，所述黏附层材料的蒸发速率为蒸发时长为15～20min；所述底电极层材料的蒸发的速率为蒸发时长为2h～3h；所述阻变层材料的蒸发速率为蒸发时长为15～20min；所述顶电极层材料的蒸发率为蒸发时长为1h～2h。
[0021]在一些实施例中，所述黏附层材料的蒸发速率为蒸发时长为16min40s；所述底电极层材料的蒸发的速率为蒸发时长为2h 30min；所述阻变层材料的蒸发速率为蒸发时长为16min 40s；所述顶电极层材料的蒸发率为蒸发时长为1h 15min。
[0022]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0023]1、本专利技术提供的低功耗忆阻器，包括由下至上依次布设的黏附层、底电极层、阻变层和顶电极层，所述阻变层为SiC，所述低功耗忆阻器具有操作电压和电流小的特点，能够使器件在更小的功耗下运行。本专利技术提供的低功耗忆阻器还能够在不同限流下表现出易失和非易失共存特性，且能够在上百次循环后，依然保持开关特性，具有良好的稳定性和高重复性，能够更好的满足器件应用于电路时对其性能的要求。
[0024]2、本专利技术提供的低功耗忆阻器制备方法，能够使得黏附层材料通过金属掩膜版用电子束蒸发的方式形成于衬底上；底电极层材料通过底电极掩膜版用电子束蒸发的方式形成于所述黏附层上；阻变层材料通过阻变层掩膜版用电子束蒸发的方式形成于底电极层上；顶电极层材料通过顶电极掩膜版用电子束蒸发的方式形成于阻变层上，从而制得低功耗忆阻器，该制备方法操作简单且成本低廉，具有广阔的市场价值。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器的4x4阵列结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器的制备流程图；
[0027]图3为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器在10μA限流下的80次循环易失特性循环伏安曲线图；
[0028]图4为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器在150μA限流下的200次循环非易失特性循环伏安曲线图；
[0029]图5为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器在200次循环中的工作电压累积分布图；
[0030]图6为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器在150μA限流下190次循环(0.05V)的高低阻态图；
[0031]图7为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器在150μA限流下高低电阻超过1200s的保持特性；
[0032]图8为本专利技术实施例提供的一种低功耗忆阻器双脉冲易化现象模拟；
[0033]图中：1、顶电极层；2、阻变层；3、底电极层；4、黏附层；5、衬底。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径的到试剂和材料。
[0035]实施例一：
[0036]本实施例提供一种低功耗忆阻器，请参见图1，包括由下至上依次布设的黏附层4、底电极层3、阻变层2和顶电极层1，所述阻变层2为SiC。
[0037]在一些实施例中，所述黏附层4为Ti，所述黏附层4的厚度为5～20nm。本领域技术人员可以根据实际需要，将所述黏附层4的厚度设置为10nm，或者将所述黏附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗忆阻器，其特征在于，包括由下至上依次布设的黏附层、底电极层、阻变层和顶电极层，所述阻变层为SiC。2.根据权利要求1所述的低功耗忆阻器，其特征在于，所述黏附层为Ti，所述黏附层的厚度为5～20nm。3.根据权利要求1所述的低功耗忆阻器，其特征在于，所述底电极层选自W、Pt、Au中的一种，所述底电极层的厚度为80～100nm。4.根据权利要求1所述的低功耗忆阻器，其特征在于，所述阻变层为SiC，所述阻变层的厚度为20～40nm。5.根据权利要求1所述的低功耗忆阻器，其特征在于，所述顶电极层选自Ag、Cu中的一种，所述顶电极层的厚度为80～100nm。6.一种低功耗忆阻器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤S1、清洗衬底，将清洗好的衬底置于真空环境下，通过金属掩膜版蒸发黏附层材料，以形成黏附层；步骤S2、在黏附层上，通过底电极掩膜版蒸发底电极层材料，以形成底电极层；步骤S3、将底电极掩膜版取出，放入阻变层掩膜版，在真空环境下，蒸发阻变层材料，以形成阻变层；步骤S4、将阻变层掩膜版取出，放入顶电极掩膜版，在真空环境下，蒸发...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙仕磊，陈帅，何南，童袆，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：