[发明专利]基于铁酸铋薄膜体系的电阻式随机存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到非挥发性存储器的技术领域，特别是涉及到基于BiFeO₃基薄膜的电 阻式随机存储器及其制备方法。

背景技术

高速发展的信息技术依赖于大容量的、高速的、非挥发性的信息存储技术。非挥发 性信息存储技术具有在断电时仍然保持信息数据的优点，目前已经广泛应用于计算机、 汽车、现代工业等领域。目前主流的非挥发性存储器是闪存存储器(Flash Memory)， 但是闪存存储器存在着操作电压高、速度慢、耐力差等问题，随着对信息存储技术要求 的不断提高，必须开发具有低功耗、高速的、保持时间长的非挥发性存储器。目前，铁 电随机存储器(FeRAM)、磁随机存储器(MRAM)和电阻式随机存储器(RRAM)是 主要的候选者。RRAM的一般为金属-绝缘体-金属的结构，通过施加电脉冲可以控制 RRAM的电阻在高电阻状态和低电阻状态之间进行切换，实现信息的写入和擦除。 RRAM具有简单的结构、低的操作电压、高速的切换速度和长时间的保持信息的能力， 是目前非挥发性存储器研究的热点。

RRAM工作的关键技术就是电致电阻效应，即在外加电压脉冲下可以改变RRAM 的记录介质的电阻状态。目前，在钙钛矿氧化物(如：Pr_1-xCa_xMnO₃、La_1-xCa_xMnO₃、 Pb(Zr_1-xTi_xO₃)、LiNbO₃、SrTiO₃、SrZrO₃)、二元氧化物(如：NiO，、TiO₂，、HfO₂，、ZrO₂、 Nb₂O₅、ZnO、SiO₂)以及高分子材料中都发现了电致电阻效应，这为RRAM的应用打 下了良好的材料基础。

最近，我们在铁酸铋(BiFeO₃)基薄膜体系中也发现了明显的电致电阻效应。BiFeO₃是单相多铁性材料，即BiFeO₃中同时具有铁磁性和铁电性，铁磁性和铁电性通过磁电 耦合效应相互影响，可以通过电场控制铁磁性、同时也可以通过磁场控制铁电性，这使 得BiFeO₃在MRAM、FeRAM方面都有着潜在的应用价值，而BiFeO₃基薄膜电致电阻 效应的发现，使得BiFeO₃成为RRAM的候选材料。由于BiFeO₃的多铁性、电致电阻效 应等，势必在RRAM器件、多功能器件方面有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种基于铁酸铋薄膜体系 的电阻式随机存储器。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种基于铁酸铋薄 膜体系的电阻式随机存储器的制备方法。

铁酸铋薄膜的电阻式随机存储器结构：

基于铁酸铋薄膜体系的电阻式随机存储器，其特征在于：绝缘基底层为第一层， 下电极为第二层，铁酸铋薄膜为第三层，上电极为第四层。

上述绝缘基底层可以采用石英基底，其厚度可以在0.1-0.5mm左右，下电极和上电 极的厚度一般在100nm以上，铁酸铋薄膜的厚度控制在几百纳米的范围内，随着薄膜 厚度的增加，转变电压会增大。采用热蒸发或磁控溅射的方法在SiO₂层(基底层)上 生长下电极，采用采用磁控溅射、脉冲激光沉积或溶胶-凝胶的方法在下电极上生长铁 酸铋(BiFeO₃)基薄膜，最后利用掩膜板，采用热蒸发或磁控溅射的方法在铁酸铋 (BiFeO₃)基薄膜上生长上电极，或者采用热蒸发或磁控溅射的方法在铁酸铋(BiFeO₃) 基薄膜上生长上电极，再通过电子束、或者离子束刻蚀等方法得到上电极图形。