[发明专利]一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子材料与器件技术领域，更具体地，涉及一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器及其制备方法。

背景技术

1971年加州大学伯克利分校的蔡少棠教授理论最早预测了除电阻、电容、电感以外的第四种无源电路元件——忆阻器。它的基本特征是能够记忆流经的电荷，并以电阻的变化反应出来。由于忆阻器具备尺寸小、功耗低、速度快、非易失性等优点，因此成为了下一代非易失性存储器的重要候选。此外，忆阻器的电路特性使其能够实现存储和运算的融合，从而突破传统的冯·诺伊曼结构瓶颈，构建新型的计算机结构；其非线性的阻变行为使其在多值存储、震荡器、混沌电路及信号处理等领域都有潜在应用；而且，因其电荷记忆特性与生物神经元突触的学习功能极为相似，忆阻器还被认为是模拟神经元、实现认知存储和人工智能的绝佳器件。

2008年惠普实验室率先提出了基于TiO₂的忆阻器原型器件，并采用双层TiO₂层作为功能材料，一层TiO₂具有氧空位，另一层TiO₂则是没有氧空位的自然状态。此后，研究人员对忆阻器展开了广泛的研究，其中功能材料作为忆阻器中的重要部分，更是受到了极大的关注。例如，CN102738387A中公开了一种基于TiOx结构的忆阻器及其制备方法，其中采用一次溅射Ti层之后表面热氧化的方法取代了原本的两层结构ALD工艺，从而降低了制备成本；CN101864592A中公开了一种基于铁电金属异质结的忆阻器及其制备方法，其中通过将忆阻器铁电铌酸钾薄膜夹在两金属电极膜之间，以此方式构成微型忆阻器单元。

然而，研究发现，对于现有技术中的忆阻器及其制备工艺，仍然存在以下的不足：第一，由于目前常用的忆阻器功能材料由氧化物构成，通常需要采用多层氧化物的异质结构，这种异质结构需要较复杂的工艺来控制各个功能层之间的材料组分，相应增加了制备工艺上的困难；第二，现有技术的氧化物忆阻器虽然具备较好的阻变存储特性，但电阻的渐变特性较难控制；第三，现有技术中的制备方法需要较大的初始化电操作，之后才能展现出忆阻特性，而这对于工业化大批量生产过程而言是非常不利的。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷和/或技术需求，本发明的目的在于提供一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器及其制备方法，其通过对忆阻器功能材料的选择及其制备工艺上的改进，相应能够以低成本、便于操控，无需大的初始化电操作的方式来制备忆阻器元件，所制得的产品不仅可提供非易失性的中间阻态，同时还能实现对电阻的多级连续可调，而且在实现过程中没有发生相变，与现有技术中的相变存储器形成了明显区别。

按照本发明的一个方面，提供了一种基于AgInSbTe硫系化合物的忆阻器，该忆阻器包括上电极层、下电极层以及位于上下电极层之间的功能材料层，其特征在于：所述功能材料层由AgInSbTe硫系合金化合物制成。

作为进一步优选地，所述AgInSbTe硫系合金化合物为以下分子式结构的合金化合物中的任意一种或其组合：Ag₅In₅Sb₆₀Te₃₀、Ag_5.5In_6.5Sb₅₉Te₂₉、Ag₇In₃Sb₆₀Te₃₀、Ag₃In₄Sb₇₆Te₁₇、Ag_12.4In_3.8Sb_55.2Te_28.6、Ag_3.4In_3.7Sb_76.4Te_16.5、AgSbTe₂和AgInTe。

通过以上构思，由于采用AgInSbTe硫系合金化合物来构成忆阻器的功能材料层，可以充分运用该硫系合金化合物自身所具备的大量本征缺陷，由此既利于空间电荷限制电流等机制的产生，也利于导电Ag离子的迁移；此外，通过对该硫系合金化合物的分子构成进行研究，测试表明采用上述分子式结构的硫系化合物具备优良的忆阻特性，并能实现精确可控的电阻渐变性能，因此尤其适用于忆阻器的制造用途。

作为进一步优选地，所述功能材料层的厚度为5nm～600nm。