專利名稱：一種基于二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于非揮發(fā)性隨機讀取存儲器技術領域，涉及ー種基于ニ氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器及其制備方法。
背景技術：
存儲器是現(xiàn)代信息社會不可或缺的重要電子器件，在電子市場中占有相當大的份額。隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，存儲器朝著更高密度、更高速度、更低能耗、非揮發(fā)性的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的動態(tài)隨機讀取存儲器和靜態(tài)隨機讀取存儲器讀寫速度快，但斷電后儲存的信息迅速丟失，需要不斷刷新來維持存儲的信息，因此能耗較大。非揮發(fā)性存儲器具有斷電后能夠長期保持存儲信息的優(yōu)點，不需要刷新，因而能耗很低，目前已經(jīng)廣泛的應用在手機、數(shù)碼相機和移動存儲等產(chǎn)品上。據(jù)統(tǒng)計，全球非揮發(fā)性閃存的容量在過去的十年間以每年翻一翻的速度增長，市場規(guī)模越來越大。然而與動態(tài)隨機讀取存儲器和靜態(tài)隨機讀取存儲器相比，目前所用非揮發(fā)性閃存的器件結構與工作原理決定了其較低的存儲速度。因此研究開發(fā)新一代既具動態(tài)隨機讀取存儲器或靜態(tài)隨機讀取存儲器相當?shù)拇鎯λ俣?，又具非揮發(fā)存儲器斷電后保持信息特性的新一代存儲器具有非常重要的意義。作為ー種新型的非揮發(fā)性隨機讀取存儲器，電阻式隨機讀取存儲器具有功耗低、結構簡單、存儲速度快、可高密度集成等優(yōu)點，有望成為下一代通用的非揮發(fā)性存儲器。電阻存儲器的結構十分簡單，是基于M頂?shù)娜髦谓Y構，其中M —般為金屬電極，I為絕緣層或半導體薄膜，其中包括ニ元金屬氧化物薄膜(BMOs)、鈣鈦礦氧化物、硫系化合物和有機物等。在這些材料之中，ニ元金屬氧化物薄膜由于材料組分簡單，制備方法簡單，與硅集成電路エ藝相兼容等特點被認為是ー類有望應用于電阻存儲器的材料，也是目前研究最多的ー類材料。如 Nb2O5' Al2O3' Ta205、TiO2, Ni。、ZrxO, CuxO 及 ZnO 等等，其中，NiO 和 TiO2 是受到關注最多的材料。SnO2作為ー種重要的半導體材料,其集成優(yōu)勢明顯,制造成本低廉，由于具有獨特的電、磁和催化等特性，受到了廣泛關注。然而，關于SnO2在電阻存儲器的應用方面的研究卻未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基于ニ氧化錫薄膜的電阻式隨機讀取存儲器及其制備方法。本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案為
一種基于ニ氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器，該存儲器由重摻硅襯底、ニ氧化錫薄膜、金屬薄膜電極構成，ニ氧化錫薄膜位于重摻硅襯底、金屬薄膜電極之間，重摻硅襯底作為電阻式隨機讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機讀取存儲器的上電極。所述的重摻硅襯底的電阻率小于O. I Ω · cm。所述的ニ氧化錫薄膜的厚度范圍為10 lOOnm。
所述的金屬薄膜電極為在溫度100°C下呈固體的金屬材料。金屬材料優(yōu)選金、鉬、銅、招、鈦或鎳。制備上述電阻式隨機存儲器的方法，包括以下步驟
步驟1.采用半導體標準清洗エ藝清洗重摻硅襯底；
步驟2.采用磁控濺射法在重摻硅襯底上沉積ニ氧化錫薄膜；
步驟3.在ニ氧化錫薄膜上采用電子束蒸發(fā)法制備金屬薄膜電極。在步驟2中，利用磁控濺射法制備ニ氧化錫薄膜，具體條件為氬氣與氧氣流量比例為6 O. 75，濺射功率為6W，濺射時間2 20min，濺射時用高純金屬錫靶。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過采用新型的ニ氧化錫薄膜作為電阻式隨機讀取存儲器中的阻變層，可以獲得良好的電阻轉(zhuǎn)變特性。同時，與普通電阻式隨機讀取存儲器的存儲單元相比，這種新型的電阻式隨機讀取存儲器在直流電壓連續(xù)掃描激勵下表現(xiàn)出優(yōu)異的高、低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)變和記憶特性，其高低電阻態(tài)間的差值可大于IO2倍，器件需要的功耗較小，適用于計算機的低壓電路中，器件性能穩(wěn)定，井能很好地與硅集成電路エ藝相兼容。這些特性表明本發(fā)明在非揮發(fā)性存儲器件領域具有潛在的應用價值。


圖I是本發(fā)明存儲器結構示意 圖2是實施例I所制備的存儲器的I-V特性 圖3是實施例I所制備的存儲器的高阻態(tài)和低阻態(tài)的阻值隨開關循環(huán)次數(shù)的變化。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進ー步說明
如圖I所示，一種電阻式隨機讀取存儲器的存儲單元，包括金屬薄膜電扱/ニ氧化錫薄膜/重摻硅襯底結構的電阻存儲器。該存儲器由重摻硅襯底I、ニ氧化錫薄膜2、金屬薄膜上電極3構成。其中，作為存儲単元上電極的金屬，可以為金、鉬、銅、鋁、鈦、或鎳。ニ氧化錫薄膜作為存儲単元的工作層，起電阻轉(zhuǎn)變作用。重摻硅作為存儲単元的下電極及襯/ 。本發(fā)明采用磁控濺射法制備ニ氧化錫薄膜。所采用的重摻硅襯底的電阻率為10_2 10_3Ω .Cl將重摻硅襯底通過半導體標準清洗エ藝清洗干凈，放入磁控濺射儀，當腔體本底真空抽至8X 10_5Pa時，通入一定比例的氬氣和氧氣使腔體達到O. 25Pa的工作壓強，通過改變氬氣和氧氣的流量來控制混合氣氛中氬氣和氧氣的比例，氬氣與氧氣流量比例為6 O. 75。采用高純金屬錫靶在室溫條件下沉積ニ氧化錫薄膜。在濺射過程中。濺射電壓為300V，濺射電流為O. 02A，濺射功率為6W，通過改變?yōu)R射時間來獲得不同厚度的ニ氧化錫薄膜，濺射時間范圍為2 20min，薄膜厚度范圍為10 lOOnm。直徑為600 μ m的圓形金屬電極在電子束蒸發(fā)鍍膜儀中通過不銹鋼掩模板沉積在ニ氧化錫薄膜上。這樣所獲得的器件制備エ藝簡單、性能可靠，讀寫壽命高且具有較低的功耗。所述ニ氧化錫薄膜可以本領域常規(guī)用于物理沉積法制備ニ氧化錫薄膜得到，本發(fā)明所述沉積エ藝參數(shù)如下
IS氣和氧氣比6 O. 75派射時間2 20min
薄膜厚度10 IOOnm
更為優(yōu)選的，所述エ藝參數(shù)如下
氬氣和氧氣比1.5
派射時間5min
薄膜厚度30nm
下面根據(jù)具體實施例詳細說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實施例I
利用磁控濺射法在潔凈的重摻硅襯底上沉積ニ氧化錫薄膜，當腔體本底真空抽為8X10-5Pa時，通入氬氣和氧氣使腔體達到O. 15Pa的工作壓強，其中氬氣流量60sccm，氧氣流量為40 sccm，氬氣與氧氣的比例為I. 5: I。在濺射過程中，濺射電壓為300V，濺射電流為O. 02A,濺射功率為6W，濺射時間為5min，薄膜的厚度為25nm。再利用電子束蒸發(fā)通過掩模法在ニ氧化錫薄膜上制備金屬薄膜電極，電極為直徑100 μ m的圓形銅電極。存儲單元的結構如圖I所示。該存儲単元的電流-電壓特性測試結果如圖2。當掃描電壓為I. 4V吋，器件處于置位狀態(tài)，存儲單元從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持低阻態(tài)；當掃描電壓為O. 18V時，器件處于復位狀態(tài)，存儲單元從低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，并在沒有加電壓的條件下，能夠保持高阻態(tài)。存儲單元的置位電壓和復位電壓都在O +1. 5V之間，大大減小了器件的功耗，適用于計算機的低壓電路中。圖3是所制備的存儲器的高阻態(tài)和低阻態(tài)的阻值隨開關循環(huán)次數(shù)的變化。由圖可以看出，這種新型的電阻存儲器在直流電壓連續(xù)掃描激勵下表現(xiàn)出優(yōu)異的高、低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)變和記憶特性，其高低阻態(tài)阻值間的差值大于IO2倍，在連續(xù)30次高低阻態(tài)循環(huán)的過程中，高低阻態(tài)的電阻值表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，這些特性表明本發(fā)明在非揮發(fā)性存儲器件領域具有潛在的應用價值。實施例2
利用直流磁控濺射法在潔凈的重摻硅襯底上沉積ニ氧化錫薄膜，當腔體本底真空抽為8X10_5Pa時，通入氬氣和氧氣使腔體達到O. 15Pa的工作壓強，其中氬氣流量60SCCm，氧氣流量為40 sccm，氬氣與氧氣的比例為I. 5: I。在濺射過程中，濺射電壓為300V，濺射電流為O. 02A，濺射功率為6W，薄膜濺射時間為lOmin，薄膜的厚度為60nm。利用電子束蒸發(fā)通過掩模法在ニ氧化錫薄膜上制備金屬薄膜電極，電極為直徑100 μ m的圓形銅電極。存儲單元的結構如圖I所示。上述實施例只是本發(fā)明的舉例，盡管為說明目的公開了本發(fā)明的最佳實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于最佳實施例和附圖所公開的內(nèi)
容。權利要求
1.一種基于二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器，其特征在于該存儲器由重摻硅襯底、二氧化錫薄膜、金屬薄膜電極構成，二氧化錫薄膜位于重摻硅襯底、金屬薄膜電極之間，重摻硅襯底作為電阻式隨機讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機讀取存儲器的上電極。
2.如權利要求I所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特征在于重摻硅襯底的電阻率小于 0. I Q cm。
3.如權利要求I所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特征在于二氧化錫薄膜的厚度范圍為10 IOOnm0
4.如權利要求I所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特征在于金屬薄膜電極為在溫度100°C下呈固體的金屬材料。
5.如權利要求4所述的電阻式隨機讀取存儲器，其特征在于所述的金屬材料選用金、鉬、銅、招、鈦或鎳。
6.制備如權利要求I所述電阻式隨機讀取存儲器的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟I.采用半導體標準清洗工藝清洗重摻硅襯底； 步驟2.采用磁控濺射法在重摻硅襯底上沉積二氧化錫薄膜； 步驟3.在二氧化錫薄膜上采用電子束蒸發(fā)法制備金屬薄膜電極。
7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟2中，利用磁控濺射法制備二氧化錫薄膜，具體條件為氬氣與氧氣流量比例范圍為6 0. 75，濺射功率為6W，濺射時間2 20min,派射時用金屬錫革巴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于二氧化錫的電阻式隨機讀取存儲器及其制備方法?，F(xiàn)有的電阻式存儲器的讀寫壽命以及穩(wěn)定性較差。本發(fā)明存儲器由重摻硅襯底、二氧化錫薄膜、金屬薄膜電極構成，二氧化錫薄膜位于重摻硅襯底、金屬薄膜電極之間，重摻硅襯底作為電阻式隨機讀取存儲器的下電極，金屬薄膜電極作為電阻式隨機讀取存儲器的上電極。本發(fā)明方法是采用半導體標準清洗工藝清洗重摻硅襯底；然后采用磁控濺射法在重摻硅襯底上沉積二氧化錫薄膜；最后在二氧化錫薄膜上采用電子束蒸發(fā)法制備金屬薄膜電極。本發(fā)明通過采用新型的二氧化錫薄膜作為電阻式隨機讀取存儲器中的阻變層，可以獲得良好的電阻轉(zhuǎn)變特性。
文檔編號H01L45/00GK102623635SQ20121008723
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2012年3月29日
發(fā)明者季振國, 席俊華, 李紅霞, 牛犇 申請人:杭州電子科技大學