[发明专利]一种基于氧化锌材料的电阻式RAM存储单元及制备方法

权利要求书

1.基于氧化锌材料的电阻式RAM存储单元，所述的存储单元包括开关元件和存储元件，其特征在于：

①开关元件以透明导电薄膜为底电极，以ZnO薄膜为中间层，以功函数较高的金属为顶电极的三明治结构；

②存储元件的底电极和顶电极均为功函数较高的金属，中间阻变层为ZnO薄膜，形成M/ZnO/M结构；

③存储单元由存储元件与开关元件串联而成，其中开关元件的顶电极与存储元件的底电极共用。

2.按权利要求1所述的存储单元，其特征在于所述的透明导电薄膜为FTO或ITO。

3.按权利要求1所述的存储单元，其特征在于所述的开关元件的开启电压为1.5-2V，电阻达10⁵数量级。

4.按权利要求1所述的存储单元，其特征在于所述的功函数较高的金属为Pt、Au或Ir。

5.按权利要求1所述的存储单元，其特征在于开关元件的高阻态和存储元件高阻态具有相同数量级的电阻，串联后有利于阀值电压的匹配。

6.制备如权利要求1所述的存储单元的方法，其特征在于采用氧等离子体辅助脉冲激光法制备两个ZnO中间层，其步骤是：

a)靶材准备：选择ZnO陶瓷作为靶材，将靶材通过打磨平整表面，然后放入乙醇和去离子水混合溶液中超声波清洗，烘干后置入真空室；

b)衬底准备：用乙醇和去离子水混合溶液超声清洗FTO或ITO衬底，用去离子水冲洗表面，然后用氮气吹干放入真空室中，抽真空至背景真空为3×10^-4Pa，加热衬底至温度200℃；

c)开关元件中的ZnO中间层薄膜的制备：向真空室充入高纯氧气，调整氧分压为2Pa，通过气体电离系统施加400V高压使氧气等离子化，电流为40MA，氧等离子体位于靶材和衬底之间；所采用的激光能量为5J/cM²；

d)中间共用电极的制备：采用电子束蒸发法，使用高纯Pt、Au或Ir靶，在1×10^-3Pa真空条件下在ZnO薄膜上沉积Pt、Au或Ir电极，之后重复步骤c制备出存储元件中的中间变阻层；

e)顶电极制备：采用孔洞直径为0.1mm的掩膜板置于作为中间阻挡层ZnO薄膜之上；采用电子束蒸发法，使用高纯Pt、Au或Ir靶，在1×10^-3Pa真空条件下沉积顶电极。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于步骤c的靶材和衬底的间距为10-15cm。

8.按权利要求6所述的方法，其特征在于中间共用电极和顶电极厚度为40-60nm。

9.按权利要求6所述的方法，其特征在于步骤c-d均在0-300℃条件下与CMOS工艺兼容。