[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于氧化锌材料的新型电阻式RAM存储单元及其制备方法，更确切地说涉及的存储单元是FTO或(ITO)/ZnO/M开关元件和M/ZnO/M存储元件串联而成，属于高速存储器件领域。

背景技术

近年来，电阻式随机存储器(RRAM)由于其具有结构简单、速度高、存储密度高以及与现代半导体CMOS工艺匹配性优异等特点，逐渐成为新一代非挥发性存储器的研究热点[Meijer等Science 319(5870)：1625-1626]。

然而，当存储元件器件化后，读取指定存储元件数据时，周围存储元件对所要操作元件的电流有很大的干扰[Linn等Nature Materials，2010，9，403-406]，因此必须将开关元件串联到存储元件以避免这种错误操作，但是传统的硅基平面型的二极管与RRAM的三明治堆叠结构不兼容，因此人们致力于新型的与RRAM兼容的开关元件的开发。

虽然目前人们已经开发了几种与RRAM兼容、且具有二极管整流特性的开关元件[Lee等Advanced Materials 19(1)：73-76和Lee等Advanced FunctionaMaterials 19(10)：1587-1593]，但是这些具有二极管整流特性的开关元件不稳定，连续性差，且有很大的正向电流[Lee等advanced Materials，2007，19，3919-3923]，不利于低功耗存储器件的开发，因此单稳态的单极性电阻转变的开关元件应运而生。目前具有此种性能的开元件只有报道的VO₂[Lee等advanced Materials，2007，19，3919-3923]，未见其他的相关报道。

因此，寻找成本低廉，制备工艺简单，且与存储元件电学性能匹配的开关元件对RRAM实用化的推进由至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氧化锌材料的新型电阻式RAM(随机存储器)存储单元及制备方法，所述的存储单元包括开关元件和存储元件，均以ZnO薄膜为中间层。开关元件采用透明导电薄膜FTO或者ITO(1)为衬底，(即底电极)形成FTO(或ITO)/ZnO/M的结构，具有稳定的开关性能和较低的开启电压(1.5-2V)。存储元件与开关元件共用一个电极M，采用与开关元件相同的制备工艺，形成M/ZnO/M的结构。存储元件具有与开关元件开启电压几乎相同的高阻态和Set电压(从高阻态转为低阻态)，以利于最终阈值电压的匹配。串联叠层后，获得了稳定可逆存储单元，当读取数据时，可有效的避免误读操作。

本发明的目的之一是提供一种具有稳定开关性能的三明治结构的制备方法，并提供一种全ZnO基的性能稳定的存储单元。

本发明是全ZnO基开关元件与存储元件组成的存储单元，包括以下内容：

本发明采用开关元件的底电极为FTO或ITO，有良好的导电特性，且性能稳定。

本发明的开关元件和存储元件都采用ZnO，其成本低廉，电学性能稳定。

本发明的开关元件的结构是FTO(ITO)/ZnO/M，其电阻达到10⁵数量级，与存储元件串联后，reset电流和set电流都很小，有利于低功耗RRAM的开发。存储元件记录数据，开关元件控制在特定电压范围内进入存储元件读取数据。

本发明存储元件的制备方法采用与开关元件相同，其高阻态也达到10⁵的数量级，串联后，有利于阈值电压的匹配。

本发明的存储元件和开关元件的制备方法都是氧等离子体辅助激光脉冲沉积，衬底温度较低(低于300℃)，与CMOS工艺兼容。

本发明的开关元件和存储元件的阈值电压匹配，实现了存储单元的稳定可逆的高低电阻转变。本发明的最大优点是获得了性能稳定的开关元件，并且开关元件和存储元件采用相同的制备工艺和薄膜材料，大大简化了工艺流程，获得了可实现稳定可逆电阻转变的并可避免误读操作的存储单元。

附图说明

图1是实施例1堆叠结构的开关元件和存储元件组成的存储单元示意图；

图2是实施例1开关元件的单稳态特征曲线；

图3是实施例1存储元件的双稳态的特征曲线；

图4是实施例1存储单元的高低电阻转变的特征曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图的说明，进一步阐述本发明的实质性特点和显著的进步，但本发明决非仅局限于实施例。

实施例1