[发明专利]基于石墨烯氧化物的电阻型存储器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体存储器技术领域，具体涉及一种基于石墨烯氧化物（Graphene Oxide，GO）的电阻型存储器，尤其涉及一种能大规模化制备基于石墨烯氧化物的电阻型存储器的方法。

背景技术

电阻型存储器（Resistive Memory）技术是以薄膜材料的电阻可在电信号等作用下、在高阻态（High Resistance State，HRS）和低阻态（Low Resistance State，LRS）之间实现可逆转换为基本工作原理的。早在20世纪60年代就已经开始了电阻转变特性的研究，当由于材料技术和器件制造技术的限制未能引起关注。今年来随着材料制备技术和器件制造技术的飞速发展，电阻型存储器、成为近年的研究热点，由于其高密度、低成本、可突破工艺技术代发展限制的等特点引起广泛关注，其被认为是Flash存储器的未来替换技术之一。

图1所示为现有技术电阻型存储器的基本结构示意图。如图1所示，电阻型存储器一般包括上电极110、存储介质层120以及下电极130，存储介质层120设置在上电极110和下电极130之间。存储介质层120在外加电压作用下（上电极110和下电极130之间偏置电压信号），可以具有两种不同的电阻状态，即高阻态和低阻态，其具体可以用来表征存储器的“0”和“1”两种数据状态。在不同的外加电压的作用下，电阻型存储器的电阻值在高阻态和低阻态之间可实现可逆转换，从而来实现数据信息存储的功能。在其转换的机理解释方面，目前业界主要以在存储介质层120中导电熔丝（Filament）“形成”与“断裂”来分别解释“低阻态”和“高阻态”。其中，存储介质层120可以采用的材料体系多种多样，主要包括有PrxCa1-xMnO₃（PCMO）、LaxCa1-xMnO₃（LCMO）、La1-xSrxMO₃（LSMO）等复杂氧化物，锆酸锶（SrZrO₃）、钛酸锶（SrTiO₃）等三元钙钛矿氧化物，高分子有机材料以及二元金属氧化物如Al₂O₃、TiO₂、ZnO、NiO、ZrO₂、WO_x等。与其复杂氧化物相比，二元金属氧化物由于具有结构简单、制作成本低并能与现有CMOS工艺兼容的优点，更加备受关注。

其中，题为“Nonvolatile resistive switching in graphene oxide thin films”的文献（Applied Physics Letters 95，232101，2009年）中，C.L.He、F.Zhuge等人提出了基于GO作为电阻型存储器的存储介质层的MIM结构的电阻型存储器，其具有良好的不挥发存储特性，并且其结构也与图1所示的结构基本相同，只是存储介质层120为GO。

本领域技术人员已知，石墨烯（Graphene，G）是一种二维碳原子晶体，具有良好的导电性，而石墨烯的氧化物是一种相对具有绝缘特性的介质，其中包括含氧基团（Oxygen-containing groups），诸如羟基（hydroxyl）、环氧基（epoxy）等等。同时应该注意到，基于碳纳米管（Carbon nanotube，CNT）的场效应管已经被广泛制备研究，并很有可能在未来替代现有的基于体硅的场效应管。因此，可以预测到，同样基于碳的GO电阻型存储器与基于CNT的场效应管的制备容易兼容（同样都是基于C），因此易于集成在一起制备。

但是，C.L.He等人提出的基于GO电阻型存储器的制备方法中，其GO层薄膜是采用化学溶液法制备形成的，显然这种方法制备形成GO薄膜时，是不易于与微电子的制备工艺（例如CMOS工艺）兼容的，更不大可能实现大规模化生产的需要。从而，其必定限制GO电阻型存储器往低成本制备发展，并进一步限制其工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能与CMOS工艺兼容、且能大规模生产的GO电阻型存储器的制备方法。 

本发明提供的基于石墨烯氧化物的电阻型存储器的制备方法，其包括以下步骤：

（1）形成下电极；

（2）在下电极上构图形成石墨烯层；

（3）对所述石墨烯层采用反应离子刻蚀及远程等离子氧化处理形，成石墨烯氧化物层；以及

（4）形成上电极。

一种优选技术方案，在步骤（2）中，通过化学气相沉积的方法形成石墨烯层。