[发明专利]一种Ru-Li共掺杂氧化镍薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体与器件领域，具体涉及一种Ru-Li共掺杂氧化镍薄膜的制备方法。

背景领域

目前使用的存储器主要有挥发性的随机存储器和非挥发性存储器，前者数据存储速度快但断电后存储的资料会消失，后者断电后仍能继续保存数据，因此发展新型非挥发性存储器尤为重要。近年来发展较多的非挥发性存储器主要有铁电存储器、磁存储器、相变存储器和阻变存储器，其中阻变存储器以制备简单、存储密度高、数据保持时间长、与传统CMOS工艺兼容性好等优点备受关注。NiO是一种具有3d电子结构的过渡金属二元氧化物，室温下的禁带宽度为3.6-4.0eV，具有绝缘性质，但实际制备过程中薄膜会产生Ni²⁺空位，使薄膜呈现宽禁带P型半导体特性。NiO薄膜在可见光谱区为透明状态，具有良好的光学及电学特性，已广泛应用于催化、气敏传感、光电转化和电池电极等领域。NiO薄膜还具有电阻开关特性，在阻变存储器领域中有很好的应用前景，且被认为是可能代替传统Flash存储器的新型非挥发存储器，因此得到研究者的广泛关注。

为了使氧化镍材料在阻变存储器领域得到实际应用，人们曾尝试用不同元素掺杂氧化镍薄膜以改善其电阻开关特性，如Li、Na掺杂可提高薄膜的开关稳定性、滞留性及热稳定性；Al掺杂可增加薄膜开关动作的持久性；Nb掺杂可减小V_SET电压的分布；W掺杂可改变薄膜开关极性。其中掺杂Al、Ti、Nb等高价元素是使薄膜由P-型传导变为N-型传导，增加薄膜中Ni⁰促进导电金属丝的形成，从而改善薄膜的开关特性。近年来，又出现两种或多种元素共掺杂改善氧化镍特性的研究，如Li-Ti共掺杂制备氧化镍薄膜。虽然上述所研究的各种掺杂具有薄膜开关高稳定性以及滞留性等优点，但掺杂元素并未改善NiO薄膜的开关阈值电压和开关比，而阈值电压与开关比是反映存储器阻变特性的主要参数：阈值电压是功耗的体现，各个研究组都在寻找降低阻变器件的阈值电压从而达到降低功耗的目的，开关比则是存储性能的外在表现，国内外也在为提高开关比而努力。虽然有通过制备异质结结构而提高NiO薄膜开关比的研究报道，但其制备方法复杂、步骤繁琐。

发明内容

针对现有的NiO薄膜存在的问题，本发明提供一种Ru-Li共掺杂氧化镍薄膜的制备方法，

通过制备Ru-Li共掺杂镍溶胶、清洗基片、旋涂镀膜和热处理等工艺步骤，制备具有高开关比的优良NiO薄膜。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）称取1.24-1.25gNi(CH₃COO)₂·4H₂O，溶于25mL乙二醇甲醚中，加入与Ni(CH₃COO)₂·4H₂O等摩尔的乙醇胺，在60-70 ℃的水浴条件下搅拌30-40 min后，加入质量比为3：（1-5）的RuCl₃·3H₂O和CH₃COOLi继续搅拌90-100 min，得到Ru-Li共掺杂的氧化镍溶胶，将其在空气中静置陈化24-48h；

（2）将基片依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声波清洗10-15min，再用无水乙醇冲洗，之后在加热平台上烘干；

（3）用匀胶机将静置陈化后得到的Ru-Li共掺杂氧化镍溶胶在基片上进行旋转涂膜，先在800-1000r/min的转速下向基片滴加溶胶5-10s，然后将基片在3000 -3500r/min的转速下旋转30-40 s，基片表面形成湿膜，将基片置于加热平台上于100-120 ℃温度下加热烘干，重复上述涂膜过程两次；

（4）最后以6℃/min的升温速率，在300-600 ℃条件下在空气中对薄膜热处理1-2 h，得到Ru-Li共掺杂氧化镍薄膜。

所述的基片是Si基片、ITO导电玻璃基片或玻璃基片。

本发明的基本原理是：Ru是优良的记忆金属和吸光金属元素，会使薄膜高阻态电阻较大，从而达到提高开关比的效果，而Li又具有提高开关稳定性等优点，因此Ru-Li共掺杂氧化镍薄膜具有良好的可重复电阻开关特性，有效提高了氧化镍薄膜的开关比。

与现有技术相比，本发明提出的技术方案具有以下有益效果：

1. 本发明的制备方法采用溶胶凝胶法，沉积设备简单、成本低，易控制薄膜组分；

2. 本发明制备的薄膜表面平整、致密性好，仅在边缘有些许裂纹；