一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器，该忆阻器包括上电极层、下电极层以及位于上下电极层之间的功能材料层，其中所述功能材料层由譬如Ag5In5Sb60Te30、Ag5.5In6.5Sb59Te29、Ag7In3Sb60Te30、Ag3In4Sb76Te17、Ag12.4In3.8Sb55.2Te28.6、Ag3.4In3.7Sb76.4Te16.5、AgSbTe2和AgInTe等分子式结构的硫系合金化合物制成。本发明专利技术还公开了相应的制备方法。通过本发明专利技术，能够以低成本、便于操控的方式来制备忆阻器元件，而且所制得的产品可提供非易失性的中间阻态，并能实现对电阻的多级连续可调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子材料与器件
，更具体地，涉及ー种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器及其制备方法。
技术介绍
1971年加州大学伯克利分校的蔡少棠教授理论最早预测了除电阻、电容、电感以外的第四种无源电路元件--[乙阻器。它的基本特征是能够记忆流经的电荷，并以电阻的变化反应出来。由于忆阻器具备尺寸小、功耗低、速度快、非易失性等优点，因此成为了下一代非易失性存储器的重要候选。此外，忆阻器的电路特性使其能够实现存储和运算的融合，从而突破传统的冯 诺伊曼结构瓶颈，构建新型的计算机结构；其非线性的阻变行为使其在多值存储、震荡器、混沌电路及信号处理等领域都有潜在应用；而且，因其电荷记忆特性与生物神经元突触的学习功能极为相似，忆阻器还被认为是模拟神经元、实现认知存储和人工智能的绝佳器件。2008年惠普实验室率先提出了基于TiO2的忆阻器原型器件，并采用双层TiO2层作为功能材料，ー层TiO2具有氧空位，另ー层TiO2则是没有氧空位的自然状态。此后，研究人员对忆阻器展开了广泛的研究，其中功能材料作为忆阻器中的重要部分，更是受到了极大的关注。例如，CN102738387A中公开了ー种基于TiOx结构的忆阻器及其制备方法，其中采用一次溅射Ti层之后表面热氧化的方法取代了原本的两层结构ALDエ艺，从而降低了制备成本；CN101864592A中公开了ー种基于铁电金属异质结的忆阻器及其制备方法,其中通过将忆阻器铁电铌酸钾薄膜夹在两金属电极膜之间，以此方式构成微型忆阻器単元。然而，研究发现，对于现有技术中的忆阻器及其制备エ艺，仍然存在以下的不足第一，由于目前常用的忆阻器 功能材料由氧化物构成，通常需要采用多层氧化物的异质结构，这种异质结构需要较复杂的エ艺来控制各个功能层之间的材料组分，相应增加了制备エ艺上的困难；第二，现有技术的氧化物忆阻器虽然具备较好的阻变存储特性，但电阻的渐变特性较难控制；第三，现有技术中的制备方法需要较大的初始化电操作，之后才能展现出忆阻特性，而这对于エ业化大批量生产过程而言是非常不利的。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷和/或技术需求，本专利技术的目的在于提供，其通过对忆阻器功能材料的选择及其制备エ艺上的改进，相应能够以低成本、便于操控，无需大的初始化电操作的方式来制备忆阻器元件，所制得的产品不仅可提供非易失性的中间阻态，同时还能实现对电阻的多级连续可调，而且在实现过程中没有发生相变，与现有技术中的相变存储器形成了明显区別。按照本专利技术的ー个方面，提供了一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器，该忆阻器包括上电极层、下电极层以及位于上下电极层之间的功能材料层，其特征在于所述功能材料层由AgInSbTe硫系合金化合物制成。作为进ー步优选地，所述AgInSbTe硫系合金化合物为以下分子式结构的合金化合物中的任意ー种或其组合Ag5In5Sb6(lTe3(l、Ag5 5In6 5Sb59Te29> Ag7In3Sb60Te30^Ag3In4Sb76Te17' Ag12.4In3.8Sb55.2Te28,6、Ag3 4In3 7Sb76.4Te16.5、AgSbTe2 和 AgInTe。通过以上构思，由于采用AgInSbTe硫系合金化合物来构成忆阻器的功能材料层，可以充分运用该硫系合金化合物自身所具备的大量本征缺陷，由此既利于空间电荷限制电流等机制的产生，也利于导电Ag离子的迁移；此外，通过对该硫系合金化合物的分子构成进行研究，测试表明采用上述分子式结构的硫系化合物具备优良的忆阻特性，井能实现精确可控的电阻渐变性能，因此尤其适用于忆阻器的制造用途。作为进ー步优选地,所述功能材料层的厚度为5nm 600nm。通过将忆阻器功能材料的厚度限定为以上納米量级的范围，一方面是基于沉积加エ和制造成本上的考虑，另外一方面，较多的比较测试表明，上述厚度范围能够便于实现对忆阻器忆阻特性的精确控制。作为进一步优选地，所述上、下电极层由Ag、Cu、Al、Pt、Ta、Au、T1、Ti具、W、Cr、IT0、TiN、TaN、IZO这些材质中的ー种或多种构成，且其厚度为IOnm 800nm。研究发现，电极层厚度过薄时既会增加薄膜沉积的加工难度，也不利于器件的电输运；而电极层过厚时会对器件结构设计造成不便。因此对于基于AgInSbTe硫系合金化合物作为功能材料层与上述材质的电 极层配合使用时，需要对其厚度进行适当选择，这样既便于保证忆阻器器件的整体性能，又便于大批量生产时的制造加工。作为进ー步优选地，所述忆阻器还具有衬底，所述上电极层、功能材料层和下电极层共同构成三明治结构，并设置在该衬底之上。作为进ー步优选地，所述上电极层、功能材料层和下电极层三者之间形成十字交叉状结构。按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的制备方法，该方法包括下列步骤(a)在Si或SiO2衬底上利用光刻、刻蚀或纳米压印技术制作下电极图形，并通过薄膜沉积法形成下电极层；(b)在通过步骤(a)所形成的下电极层上沉积由AgInSbTe硫系合金化合物构成的功能材料，并通过剥离エ艺制得以该功能材料作为存储介质的功能材料层；(C)在通过步骤(b)所制得的功能材料层上利用光刻、刻蚀或纳米压印技术制作上电极图形，然后通过薄膜沉积法形成上电极层，由此制得相应的忆阻器器件产品。作为进ー步优选地，所述薄膜沉积法包括磁控溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法、原子层沉积法或者激光辅助沉积法。作为进ー步优选地，所述上电极层、功能材料层和下电极层三者之间被形成为彼此垂直的十字交叉结构。总体而言，按照本专利技术的忆阻器及其制备方法与现有技术相比，主要具备以下的技术优点1、由于采用特定分子结构的AgInSbTe硫系合金化合物来构成忆阻器的功能材料层，可以充分运用该硫系合金化合物自身所具备的大量本征缺陷，所制得的忆阻器器件不仅具备优良的忆阻特性，井能在电脉冲作用下实现电阻的多级连续可调；2、按照本专利技术的忆阻器中所用的功能材料为同质材料，因此在制备过程中不再需要表面热氧化、退火等工序，并能以低成本、便于操控的方式来制得操作电压低、兼容性好的忆阻器器件；3、按照本专利技术的忆阻器制作方法无需大的电操作执行初始化即可获得忆阻特性，相应降低了生产工艺控制的难度，并尤其适用于大规模的工业化批量生产用途。附图说明图1是按照本专利技术的基于AgInSbTe硫系合金化合物的忆阻器整体结构示意图；图2是对按照本专利技术实施例所制得的忆阻器器件执行测试所获得的电流-电压特性曲线示意图；图3是按照本专利技术实施例所制得的忆阻器器件在不同幅值的正向脉冲作用下的电阻变化图；图4是按照本专利技术实施例所制得的忆阻器器件在不同脉宽的正向脉冲作用下的电阻变化图；图5是按照本专利技术实施例所制得的忆阻器器件在不同幅值的负向脉冲作用下的电阻变化图；图6是按照本专利技术实施例所制得的忆阻器器件在不同脉宽的负向脉冲作用下的电阻变化图。 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中100-衬底100 101-下电极层101 102-功能材料层102 103-上电极层具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器，该忆阻器包括上电极层、下电极层以及位于上下电极层之间的功能材料层，其特征在于：所述功能材料层由AgInSbTe硫系合金化合物制成。

【技术特征摘要】
1.一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器，该忆阻器包括上电极层、下电极层以及位于上下电极层之间的功能材料层，其特征在于所述功能材料层由AgInSbTe硫系合金化合物制成。2.如权利要求1所述的忆阻器，其特征在干，所述AgInSbTe硫系合金化合物为以下分子式结构的合金化合物中的任意ー种或其组合:Ag5In5Sb6(lTe3(l、Ag5 5In6 5Sb59Te29>AgyIn3Sb60Te30' Ag3In4Sb76Te17' Agl2.4In3.8Sb55.2Te28.6、Ag3 4In3 7Sb76.4Te16.5、AgSbTe2 和 AgInTe。3.如权利要求1或2所述的忆阻器，其特征在于，所述功能材料层的厚度为5nm 600nmo4.如权利要求3所述的忆阻器，其特征在于，所述上、下电极层由Ag、Cu、Al、Pt、Ta、Au、T1、Ti具、W、Cr、ITO、TiN, TaN, IZO这些材质中的ー种或多种构成，且其厚度为IOnm 800nm。5.如权利要求1-4任意一项所述的忆阻器，其特征在于，所述忆阻器还具有衬底，所述上电极层、功能材料层和下电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪向水，张金箭，孙华军，王青，徐小华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：