[发明专利]忆阻器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术以及半导体器件领域，尤其涉及一种具有忆阻器(Memristor)特性的半导体器件及制作方法。

背景技术

加州大学伯克利分校的蔡少棠教授在1971年理论推导出除电阻、电容、电感外的第四种基本电路元素“忆阻器”概念[1]。忆阻器是一个与磁通量(φ)和电荷(q)相关的无源电路元件，其电阻满足M(q)＝dΦ/dq关系。简单地说，忆阻器的电阻值与外加电流和电压的历史数据相关，表现出具有记忆功能的非线性电阻特性。忆阻器的这种记忆特性使其在模拟电路、存储器件、神经网络等众多领域具有广阔的应用前景。在忆阻器被提出后的三十几年间，有关忆阻器的理论虽有发展却并没有引起人们足够的重视。直到2008年5月，惠普公司的科研研究人员在《自然》杂志上第一次成功展示了具有忆阻器行为特征的纳米尺度Pt/TiO2/Pt器件结构[2]，引发了国际上对忆阻器的研发热潮。美国《时代》杂志将忆阻器的发明评选为“2008年50项最佳发明”，美国《连线》杂志将其评选为“2008年10大科技突破”。忆阻器的发现足以媲美100年前发明的三级管，它的任何一项产业化应用都可能带来新一轮产业革命。为了推动忆阻器的进一步发展，开发新的材料，发展有效并且可行的工艺技术是忆阻器产业化的关键所在。

[1]L.O.Chua，“Memristor-the missing circuit element，”IEEE Trans.CircuitTheory，CT-18(5)，pp.507-519，1971。

[2]D.B.Strukov，G.S.Snider，D.R.Stewart，and R.S.Williams，“The missingmemristor found，”Nature，453，pp.80-83，2008。

发明内容

本发明的目的之一是为了提供一种与CMOS工艺完全兼容的忆阻器及其制备方法。

根据本发明的一个方面提供一种忆阻器包括：上导电电极；下导电电极；以及位于所述上导电电极和所述下导电电极之间的作为存储介质层的功能薄膜。

根据本发明的另一个方面提供一种忆阻器的制作方法包括：

在绝缘衬底上形成下导电电极；

在下导电电极上淀积作为存储介质层的功能薄膜；

在功能薄膜上形成上导电电极。

根据本发明提供的具有忆阻器特性的半导体器件，其器件结构和制作工艺简单，并且与CMOS工艺完全兼容。

附图说明

图1本发明实施例提供的一种忆阻器的结构示意图；

图2本发明实施例提供的一种制备忆阻器器件的工艺流程示意图；

图3本发明实施例具有忆阻器特性的半导体器件在多次正向电压激励下的电流-电压特性曲线；

图4本发明实施例具有忆阻器特性的半导体器件在多次负向电压激励下的电流-电压特性曲线。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提出了一种忆阻器器件包括：上导电电极14、作为存储介质层的功能薄膜13和下导电电极12。其中，上导电电极14的材料为Cu、Ag等易氧化金属。上导电电极14的厚度为5nm～500nm。下导电电极12的材料由金属材料(例如，W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta)、导电金属化合物(例如，TiN、TaN、ITO、IZO)或者其它的导电电极材料中的至少一种构成。下导电电极12的厚度为5nm～500nm。功能薄膜13由ZrO₂、HfO₂、TiO₂、SiO₂、WO_x、CuO_x、TaO_x和Si_xN_y材料中的至少一种或至少一种该材料经掺杂改性后形成的材料组成。功能薄膜13的厚度为1nm～500nm。

实施例1

上导电电极的材料为Cu。上导电电极的厚度为100nm。下导电电极的材料由金属材料W构成。下导电电极的厚度为50nm。功能薄膜由ZrO₂材料组成。功能薄膜的厚度为60nm。

实施例2

上导电电极的材料为Ag。上导电电极的厚度为300nm。下导电电极的材料由金属材料Al和Cu构成。下导电电极的厚度为150nm。功能薄膜由ZrO₂和CuO_x材料组成。功能薄膜的厚度为200nm。

实施例3