[发明专利]一种Mn-Zn氧化物电致阻变薄膜及其非对称透光阻变电容的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子学和光电子学中的材料与器件领域，具体是一种在镀有透明导电氧化物薄膜的玻璃衬底上制备Mn-Zn氧化物（ZnMnO₃、ZnMn₂O₄）电致阻变薄膜及其非对称透光阻变电容的制备方法。所制备的ZnMnO₃、ZnMn₂O₄电致阻变薄膜及其非对称透光阻变电容可以实现可逆电阻转变并可应用于透明电致阻变存储器(RRAM)。 

背景技术

目前普遍应用的半导体动态随机存取存储器（DRAM）具有较高的集成度和较快的存储速度，其缺陷在于挥发性，即当电源关闭时，会从DRAM中擦除所有已存储的数据，使数据丢失。 

作为非挥发性存储器的代表，闪速存储器存在读写速度慢、存储密度低等技术障碍，同时还面临严重的缩放问题。随着传统存储单元结构发展已逼近尺寸极限，多种新型非易失性存储器已被广泛研究和开发，其中最具开发潜力的包括：电致阻变存储器（RRAM）、磁存储器（MRAM）、铁电存储器(FRAM)和相变存储器（PRAM）。MRAM是利用隧道结极化方向的改变来存储数据，但存取速度较慢；FRAM则利用铁电体的极化特性来存储数据，存读速度快，但数据保持能力有待提高；PRAM依赖于特定材料的相变电阻改变来存储数据，存储单元结构和制造工艺复杂，成本较高。

RRAM是利用电致阻变材料电阻的变化来实现存储的，因其具有结构简单、可缩小性好、存储密度高、功耗低、读写速度快、反复操作耐受力强、数据保持时间长、与Si集成工艺兼容等优点，引起了国际社会的广泛关注，极有可能成为传统Flash非挥发存储器的替代者。近年来国际上很多电子和半导体公司投下了大量的财力与人力致力于RRAM的研究，包括Sharp、Sony、Samsung Electronics、LSI Logic、Matssushita Electric Industrial、Winbond Electronics等。Sharp与University of shizouka合作，已开发出一个高速RRAM的原型产品，其数据的读写速度快于NAND型闪存三个数量级。

在RRAM研发中，高性能电致阻变材料的开发和单元器件结构的设计最为引人关注。近十来，在多种材料体系中均发现了电致阻变效应，如：稀土锰氧化物材料（Pr_0.7Ca_0.3MnO₃等）、过渡金属钙钛矿型结构材料（SrZrTiO₃、SrTiO₃等）、二元过渡金属氧化物材料（NiO、TiO₂、Cu_xO、Cu-MoO_x、ZnO、Mg-ZnO、Co-ZnO、Mn-ZnO、Fe₂O₃、ZrO₂等）、有机高分子半导体材料（pentacene等）以及一些硫化物材料。为达到RRAM实用化的目标，提高阻变材料高、低阻态的电阻比值及性能稳定性，减小设置电压（Vset）和复位电压（Vreset）、降低材料的制备成本等都是非常必要的。目前，获得具有稳定电阻转变及良好抗疲劳特性的材料体系是推动RRAM存储器进一步发展的关键。

此外，近年来，透明电子技术取得重大突破，先后成功制备出透明的高性能晶体管和透明集成电路，使透明电子学迅速成为新兴热点学科之一。利用透明的电极、透明的半导体以及由它们构成的透明晶体管和透明电路的“透明电子技术”，从汽车透明的挡风玻璃到手机、电视、复印机、太阳电池、太阳镜以及玩具等都可以得到应用。这一领域的发展非常之快，大约未来十年的时间里，透明集成电路可能就会在很广的范围内得以运用。除美国、日本外，很多国家和国际电子巨头已将透明电子学纳入其科学发展重点规划。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在镀有透明导电氧化物薄膜的玻璃衬底上制备Mn-Zn氧化物（ZnMnO₃、ZnMn₂O₄）电致阻变薄膜的化学溶液沉积(CSD)工艺方法和“金属薄膜/Mn-Zn氧化物薄膜/透明导电氧化物薄膜”非对称透光阻变电容的制备方法。该方法工艺简单且能满足集成电路平面工艺的要求。 

实现本发明目的的技术方案是：

一种Mn-Zn氧化物电致阻变薄膜及其非对称透光阻变电容的制备方法，包括如下步骤: