[发明专利]一种高可靠性非挥发存储器及其制备方法

权利要求书

1.一种非挥发存储器，包括上电极、下电极和位于上下电极之间的阻变材料，其中，上电极位于器件顶部，其特征在于，下电极位于衬底上，在所述阻变材料的金属氧化物中掺杂金属，在上电极和阻变材料之间有增设一金属储氧层。

2.如权利要求1所述的非挥发存储器，其特征在于，所述阻变材料中金属氧化物对应的金属M1和掺杂金属M2，满足如下条件的任意一种：

M1与氧反应生成氧化物的吉布斯自由能ΔM1低于M2对应的吉布斯自由能ΔM2；

或者M2在对应氧化物中的价态低于M1在相应氧化物中的价态。

3.如权利要求1或2述的非挥发存储器，其特征在于，金属储氧层相应金属M3满足如下条件：

M1与氧反应生成氧化物的吉布斯自由能ΔM1高于M3对应的ΔM3。

4.如权利要求1所述的非挥发存储器，其特征在于，所述电极为图形化电极，所述衬底和金属储氧层表面具有一系列平行排列的条状锯齿结构，所述条状锯齿结构的截面为“^”形。

5.如权利要求1～4任意一项所述的非挥发存储器，其特征在于，所述衬底采用Si作为支撑性衬底，所述上、下电极材料选用导电金属或金属氮化物，可选择Pt、Al、Ti和TiN中的一种或多种，所述阻变材料选用过渡金属氧化物，可选择HfOx，TaOx，ZrOx，WOx中的一种或多种。

6.一种非挥发存储器制备方法，其步骤包括：

1）在衬底上溅射金属，通过工艺图形化形成下电极；

2）通过溅射方法先制备金属氧化物阻变材料覆盖于底层电极，再将相应的金属杂质掺杂到阻变材料中；

3）在阻变材料上通过溅射或蒸发方法制备相应的金属储氧薄层；

4）在金属储氧薄层上图形化上电极，完成制备。

7.如权利要求6所述的非挥发存储器制备方法，其特征在于，制备下电极时，在衬底上溅射金属Ti和Pt，厚度范围为：100～200nm，通过剥离工艺图形化下电极，其中Ti为粘附层，Pt为下电极。

8.如权利要求6所述的非挥发存储器制备方法，其特征在于，阻变材料中金属氧化物对应的金属M1和掺杂金属M2，满足如下条件的任意一种：

M1与氧反应生成氧化物的吉布斯自由能ΔM1低于M2对应的吉布斯自由能ΔM2；

或者M2在对应氧化物中的价态低于M1在相应氧化物中的价态。

9.如权利要求6所述的非挥发存储器制备方法，其特征在于，金属储氧层相应金属M3满足如下条件：

M1与氧反应生成氧化物的吉布斯自由能ΔM1高于M3对应的ΔM3。

10.如权利要求6所述的非挥发存储器制备方法，其特征在于，通过PVD溅射方法得到的阻变材料的厚度范围为20～50nm，通过离子注入将金属杂质掺杂到阻变材料中，金属储氧薄层通过PVD溅射方法，厚度范围为5～10nm。