[发明专利]基于石墨烯的可编程非易失性电阻型存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，具体涉及一种可编程的非易失性存储器，尤其涉及一种基于石墨烯的可编程非易失性电阻型存储器及其制备方法。

背景技术

电阻型存储器（Resistive Memory）技术是基于电双稳材料可以在电场等信号的作用下在高阻态（high resistance state）和低阻态(low resistance stae)之间进行切换的工作原理。利用该原理做成电器元件时，可以对其施加不同的电流，使其进入到不同的状态，并即使是施加的电流消失后，仍然会保持着这种状态，即具有非易失性。随着微纳加工技术、材料制备技术的发展非易失性电阻型存储器成为近年的研究热点，由于其存储密度高、响应速度快、制造成本低、可实现三维存储等优点而被认为是最具有发展前景的下一代存储器之一。传统的电阻型存储器是基于上电极-存储介质-下电极竖直分布的结构。存储介质在上下电极偏置电压的作用下可以实现高阻态与低阻态的相互转化，即可以用来表征数字逻辑中的“0”和“1”两种状态，从而实现数据的存储功能。

石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构, 理论比表面积高达 2600m²/g，具有突出的导热性能( 3000W/(m·K)) 和力学性能(1060 GPa),以及室温下高速的电子迁移率(15000cm²/(V·s))。石墨烯特殊的结构 ,使其具有完美的量子隧道效应、 半整数的量子霍尔效应、 从不消失的电导率等一系列性质,引起了科学界巨大兴趣 ,石墨烯正掀起一股研究的热潮。

其中，以石墨烯及其衍生物作为电阻型存储器的存储介质已开始进行初步研究，而现有的存储介质大部分以氧化石墨烯（GO）或者石墨烯/有机材料复合材料为主。氧化石墨烯由于引入各种含氧基团，如羧基、羟基、羰基等而破坏了石墨烯的优良电学特性。并且这种基于氧化石墨烯的电阻型存储器存在较小的高低电阻比值，容易出现数据的误读。基于石墨烯/有机材料的电阻型存储器中有机分子的稳定性较差而导致该存储器的数据保持时间及可重复读写次数较少。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种基于石墨烯的可编程非易失性存储器，其高阻态和低阻态的低阻比值大，可达到六个数量级，器件结构简单；能实现数据的三维存储。

本发明的技术方案是：一种基于石墨烯的可编程非易失性电阻型存储器，包括基板以及设于基板上相互平行排列的复数条数据电极，其特征在于：进一步包括设于所述数据电极上的复数条相互平行排列的寻址电极，所述复数条数据电极和复数条寻址电极相互正交；一介质隔离层设于所述述数据电极和寻址电极之间；一对状电极，设于所述介质隔离层上且分别于所述的数据电极和寻址电极电性连接；一石墨烯片层，覆盖于对状电极表面，用于连接所述对状电极的两极。

本发明另一目的是提供一种基于石墨烯的可编程非易失性存储器的制备方法，该方法与硅基半导体工艺兼容，成本低。

本发明的基于石墨烯的可编程非易失性存储器的制备方法，特征在于，包括以下步骤：步骤一，在一基板上形成相互平行排列的复数条数据电极；步骤二，在所述数据电极上沉积介质隔离层，并采用光刻工艺在介质隔离层刻制位于所述数据电极上方的过孔；步骤三，在隔离介质层表面沉积电极层，并通过光刻工艺形成复数条与所述数据电极相互正交的寻址电极以及连接所述数据电极和寻址电极的对状电极；步骤四，在所述的对状电极表面沉积石墨烯层。