一种钛锡酸锶薄膜的用途制造技术

本发明专利技术提供了一种钛锡酸锶薄膜在阻变存储器中的应用。所述钛锡酸锶薄膜的化学组成为ＳｒＴｉ（１－ｘ）ＳｎｘＯ３，其中０．０１≤ｘ≤０．２５。本发明专利技术的钛锡酸锶薄膜具有优良的电阻切变特性，可作为阻变存储器的介质层。将该薄膜用于阻变存储器中，可使具有“底电极／ＳｒＴｉ（１－ｘ）ＳｎｘＯ３薄膜／顶电极”结构的存储单元表现出优异的具有记忆效应的电脉冲诱发电阻切变性能，具有新一代非挥发性阻变存储器的特点，并且具备新一代存储器所需要的高速度，低功耗读写特性；其高电阻态与低电阻态可以保持十年以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛锡酸锶薄膜的用途，具体地说，涉及一种钛锡酸锶薄膜在阻变存储器中的用途。
技术介绍
随着集成电路存储器技术向纳米尺度的发展，传统的Flash非挥发性存储器日 益接近其物理极限。过薄的隧穿氧化层带来的电荷泄漏越来越严重，严重影响了存储器 的保持特性等器件参数。因此，各种新型非挥发性存储器，如铁电存储器(ferroelectric random accessmemory, FRAM)、磁存储器(magnetic random access memory, MRAM)、相变 存储器(phase-change random access memory, PRAM)禾口阻变存储器(resistive random access memory, RRAM)正在被大量的研究，。其中阻变存储器因其具有结构简单、尺寸小、 保持时间长、擦写速度快、操作电压小、非破坏性读出和与传统CMOS工艺兼容性好等优点。 正在被工业界和学术界广泛的研究，极有可能成为传统Flash非挥发存储器的替代者。阻变存储器多为金属/介质层/金属(metal-insulator-metal，MIM)结构，介质 层材料在不同的电压下会发生可逆的阻值变化，形成稳定的“高阻态”和“低阻态”。阻变 存储器的“0”和“1”的切换正是基于这种快速可逆双稳的阻值转变完成的。目前，研究人 员报道的具有阻值转变效应的介质层材料常见的有过渡金属二元氧化物(如Cux0、ZrO2, Nb205>Ti02, NiO)和钙钛矿材料(如 SrZrO3, SrTiO3, Pr0.7Ca0.3Μη03)。能用于电阻式内存的材料目前至少存在以下方面的问题(1)开发RRAM材料的一 个重要目标就是减少存储器在信号写入或擦除时所需要的脉冲信号的幅度和宽度，以利于 节能和提高读写速度，弥补传统存储产品的不足。但伴随着高速的写入或擦除操作，一般双 稳态电阻材料的电阻会呈现出电阻波动的情况，即发生读写错。所以控制电阻波动是开发 ReRAM材料的关键。(2)疲劳问题，随着切变次数的增加，薄膜的高低电阻会发生变化甚至 消失，这严重影响存储器的使用寿命。SrTiO3是一种典型的钙钛矿结构室温下处于顺电态的物质，其电脉冲诱导电阻切 变的物理机制目前还不是很清楚。一种观点认为电阻切变是薄膜的体效应，目前主要通过 掺杂0. 2%的Cr在薄膜中形成缺陷通道，该通道在外加电脉冲的作用下可以连通或者被打 断从而获得阻变切换。另一种观点认为电阻切变是薄膜和电极之间的界面效应，是电脉冲 改变了薄膜和电极之间界面势垒的高度，从而改变了这种薄膜和电极系统的总电阻。由于高温烧结制备中容易流失氧，Ti4+得到一个电子成为Ti3+，该电子与Ti4+结合 得并不紧密，SrTiO3薄膜表现出弱η型半导体类似的导电性质。SrTiO3薄膜与金属接触能 形成整流效应的Schottky势垒，该势垒的高度和宽度与薄膜中的载流子浓度以及与之接 触的电极材料有关。实验和理论证明，只有势垒宽度和高度满足一定条件才能使薄膜与电 极系统表现出记忆效应的电脉冲诱发电阻切变现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有阻变存储功能的钛锡酸锶薄膜的用途，该薄膜可用 于阻变存储器中，作为阻变存储器的存储单元中的介质层。本专利技术采用以下技术方案来解决上 述技术问题本专利技术提供了一种钛锡酸锶薄膜及其在阻变存储器中的用途。较佳的，所述薄膜的化学组成为SrTia_x)Snx03，其中0. 01彡χ彡0. 25。上述结构式SrTia_x)Snx03中，右下标数字及字母表示相应化学元素间的摩尔关系。较佳的，所述钛锡酸锶薄膜的厚度为40 80nm。所述阻变存储器的存储单元的结构包括顶电极、所述钛锡酸锶薄膜和底电极； 其中，所述顶电极是在所述薄膜上形成的；所述底电极是在所述薄膜的衬底上形成的。较佳的，所述底电极选自LaNi03、LaSrCoO3或SrRuO315所述底电极可采用本领域内 技术人员所熟知的射频磁控溅射方法或溶胶_凝胶方法制备在衬底上。较佳的，所述顶电极选自Al、TiN、W、Au或Pt。所述顶电极Al、W、Au或Pt用直流 磁控溅射或射频磁控溅射溅射制备在所述钛锡酸锶薄膜上；顶电极TiN用TiN靶经直流磁 控溅射或射频磁控溅射溅射制备在所述钛锡酸锶薄膜上，或者用Ti靶经直流磁控溅射或 射频磁控溅射与氮气(N2)反应溅射制备在所述钛锡酸锶薄膜上。本专利技术还提供了一种所述钛锡酸锶薄膜的制备方法，包括以下步骤a)采用溶胶凝胶法制备前驱体溶液；b)将步骤a)所得前驱体溶液涂覆于衬底上形成凝胶膜，然后于50(TC下保温 30min，再涂覆下一层凝胶膜，循环涂覆直到获得所需厚度的薄膜，最后于650°C 700°C下 热处理0. 5 1小时，得到具有阻变存储功能的钛锡酸锶薄膜。所用的前驱体溶液的浓度、涂覆的层数与最后获得薄膜总的厚度有关，即摩尔浓 度越大，其厚度也就越大；层数越多，其厚度也越大。所述将前驱体溶液涂覆于衬底上形成凝胶膜，采用与半导体工艺相兼容的旋转涂 覆的方法。将本专利技术的钛锡酸锶薄膜用于阻变存储器中，在制备薄膜时，通常需要先将底电 极制备在衬底上，然后再在衬底上涂覆前驱体溶液形成薄膜。较佳的，所述前驱体溶液中锶的前驱体为醋酸锶，锡的前驱体为醋酸锡或二丁基 氧化锡，钛的前驱体为异丙醇钛，溶剂为冰醋酸、乙二醇乙醚和乙酰丙酮。较佳的，所述前驱体溶液的浓度为0. 05 0. 3M。较佳的，所述衬底选自SrTiO3单晶或Pt/Ti/Si02/Si。较佳的，所述采用溶胶凝胶法制备前驱体溶液的过程包括1)将锶的前驱体和锡的前驱体按Sr(TihSnx)O3中的计量比加入到冰醋酸中，力口 热至沸腾后冷却；其中，Sr元素与Sn元素的总摩尔量与冰醋酸的摩尔量比为1 10;2)将钛的前驱体与乙二醇乙醚和乙酰丙酮(AcAc)的混合溶液加入到步骤1)所得 的冰醋酸溶液中；其中，Ti元素与乙酰丙酮的摩尔比为1 2，钛的前驱体与乙二醇乙醚的 摩尔比为1 10 ；3)加入乙二醇乙醚将溶液的摩尔浓度调整到0. 05 0. 3M。采用上述方法即可得到所述前驱体溶液，放置一段时间后即可用来制备薄膜。本专利技术通过变价能力较弱的锡(Sn4+)部分替换变价能力较强的钛(Ti4+)，优化薄膜中载流子浓度和薄膜中的缺陷，并选择恰当的电极材料与薄膜之间形成合适的界面势 垒，同时精心控制薄膜的厚度，最终使这种“底电极/SrTi(H)SnxO3薄膜/顶电极”结构表现 出优异的具有记忆效应的电脉冲诱发电阻切变性能，目前还没有SrTi(1_x)Snx03薄膜用于阻 变存储器的报道。本专利技术的钛锡酸锶薄膜具有优良的电阻切变特性，可作为阻变存储器的介质层。 将该薄膜用于阻变存储器中，可使具有“底电极/SrTi(1_x)SnxO3薄膜/顶电极”结构的存储 单元表现出优异的具有记忆效应的电脉冲诱发电阻切变性能，具有新一代非挥发性阻变存 储器的特点，并且具备新一代存储器所需要的高速度，低功耗读写特性；其高电阻态与低电 阻态可以保持十年以上。其写入和擦出电压在_5伏特 +5伏特之间，写入和擦出时间小 于等于50纳秒，50毫伏的读出电压所消耗电流在小于微安级。 附图说明图1是以SrTia95Snatl5本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛锡酸锶薄膜在阻变存储器中的用途。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟继卫，周歧刚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]