[发明专利]一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件和功能无机薄膜技术领域，具体涉及一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件及其制作方法。

技术背景

近年来，基于无机化合物的电子学已引起国内外学术界和产业界的高度重视。无机材料由于具有很高的稳定性对实际应用有利，因此，被认为是下一代信息处理器件的最佳候选之一。([1]A.P.Ramirez，Oxide Electronics Emerge，Science，315，1377(2007)；[2]Chih-YiLiu，et al.，Bistable Resistive Switching of a Sputter-Deposited Cr-doped SrZrO₃ Memory Film，IEEE Electron Device Letters，26，351(2005)；[3]Chun-Chieh Lin，et al.，Resistive SwitchingMechanisms of V-Doped SrZrO₃ Memory Films，IEEE Electron Device Letters，27，725(2006).)

但是，基于无机材料的薄膜器件，通常需要很高的驱动电压，而且制作工艺也比较复杂。因此，离实际应用还有较大距离。

与无机材料不同，基于有机材料的电子器件，薄膜的制作工艺简单，而且驱动电压较低。比如，我们前期就采用简单的M-Organic-M结构实现薄膜器件高电阻态和低电阻态的可逆转换以及可读出功能。([4]徐伟，吕银祥，华中一，一种电可擦写的分子基有机电双稳薄膜器件及其制作工艺，发明专利申请号01132374.4)。

在目前的状况下，如何制作高稳定性、低驱动电压的无机薄膜器件已成为本领域最具挑战性的课题。多数的无机化合物稳定很好，但是由于熔点很高，以及结构的特殊性，成膜很困难。但是也有少数有机化合物，具有比较低的熔点和热蒸发温度。硫氰酸钾(KSCN)就是比较特殊的一种无机化合物，熔点很低，可以采用真空热蒸发成膜。

我们发现，可以用硫氰酸钾代替一般的有机材料来制作功能介质层薄膜。这种功能介质层薄膜具有无机材料的典型特征和稳定性。基于这种功能介质层的薄膜器件具有很高的稳定性、低的驱动电压。我们的设计方案和技术路线将为无机薄膜电子器件的研制开辟出一条可行的新路。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可擦写、可读出的无机薄膜电双稳器件及其制作方法。

本发明提出的无机薄膜电双稳器件，采用夹层结构，如图1所示。器件的结构依次为：金属底电极(M1)、功能无机介质层、金属顶电极(M2)，即金属-无机介质层-金属(M1-Inorganic layer-M2)结构。其中，二端的金属层(M1和M2)作为电极，中间的无机介质层(Inorganic layer)作为功能介质层。该器件可通过正向和反向的电压脉冲激发来实现信号的写入和擦除，用小电压脉冲信号读出。

本发明还提出的无机薄膜电双稳器件的具体结构：底电极采用铜(Cu)，中间为功能介质层。其中的功能介质层(简称：CN)由铜膜和硫氰酸钾反应形成。即器件为Cu-CN-Al结构。

本发明中，金属顶电极可采用铝(Al)。

本发明还提出无机薄膜电双稳器件的一种简易制备方法，具体步骤如下：在绝缘基板上蒸镀一层铜膜作为底电极，然后蒸镀一层硫氰酸钾薄膜，最后蒸镀一层金属膜(如铝膜)作为顶电极，如图2(a)所示。由于在器件制作过程中，铜膜底电极的上部分会自发与硫氰酸钾薄膜反应，形成复合无机介质层，器件的结构就成为图2(b)形式，即说明书附图1。

绝缘基板可采用载波片、石英片以及其他各种表面平整的材料，包括聚合物薄膜。铜膜、硫氰酸钾薄膜以及顶电极，依次在真空镀膜机中沉积，薄膜的面积大小和形状由特定的掩膜控制。在铜膜的上表面沉积硫氰酸钾薄膜时，铜与硫氰酸钾发生反应，自发形成一层复合功能介质层CN，厚度为10-150nm。因此铜膜的厚度较大，一般为150-300nm，即一部分铜与硫氰酸钾反应生成CN层，剩余的未反应的铜膜作为底电极。