[发明专利]基于纤维的非易失性存储器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料与器件领域，具体涉及一种基于纤维的非易失性存储器件及其制备方法。

背景技术

研究发现，对简单的金属/金属氧化物/金属三明治结构施加电压能够改变器件的电阻，而且这种改变是持久的且是可逆的。通过改变电压的大小或极性，器件可以在两个阻态或多个阻态之间切换，这就是电致电阻效应。电致电阻效应可以追溯到1962年，当时Hickmott在铝/绝缘体/铝三明治结构中发现了电致负电阻效应，即电压引起高电阻态到低电阻态的转变。此后的六十年，人们相继在其他薄膜器件中发现了电致电阻效应，但当时并没有引起更多地关注。直到2000年，美国休斯顿大学的研究小组在巨磁阻氧化Pr_0.7Ca_0.3MnO₃(PCMO)薄膜中再次发现电致电阻现象，并进一步利用脉冲实现了两个阻态的翻转，而且电阻变化是非易失性的，他们证明了这种效应可以用于非易失存储器，由此引发了电致电阻研究的热潮。同一年，IBM研究小组发现SrTiO₃和SrZrO₃薄膜也有这种效应。电致电阻效应的重要性在2002年被广泛认识和接受。发现PCMO电脉冲诱导电阻转变现象的休斯顿大学研究组联合夏普(Sharp)公司一起提出非易失电阻随机存储器(RRAM)概念，并开发了基于PCMO的非易失电阻随机存储器原型器件。

所谓的非易失电阻随机存储器，就是使用电学脉冲擦写阻态，并且断电之后其阻态保持不变，信息由阻态表示：对应双阻态情况，高阻态(HRS)对应“0”，低阻态(LRS)对应“1”。这样的随机存储器在系统关闭或无电源供应时仍能保持数据信息。当时的原型RRAM已具有比闪存快100倍的数据读写速度。RRAM结构简单，一个存储单元可以是一个电阻器和一个二极管，或者一个电阻器和一个晶体管。这种简单结构不仅可以提高数据读写速度，还可以提高存储密度。此外，数据擦写的偏压在1V量级，电流可以小到nA量级，因此功耗也非常小。

电致电阻效应在非易失性存储器领域具有巨大的应用潜力，经历十多年的发展，利用电致电阻性质制备的新型非易失性存储器(RRAM)的材料体系日臻完善。众多材料体系中都存在电致电阻转变效应，为开发其他具有电致电阻效应的功能材料并应用于新型存储器提供了可能。二元过渡金属氧化物随机存储器具有功率更小，速度更快，微缩化程度更高，与CMOS工艺兼容性更好等优点，被认为是新一代非易失性存储器的有力候选者。

通过专利查询可知，山东大学颜世申课题组公布了一种集记忆电阻与隧穿磁电阻于一体的多功能自旋记忆电阻器件及制备方法(中国专利，公开号102945922A)，其多功能自旋记忆电阻器件采用Co/CoO-ZnO/Co磁性隧道结，在外加电压下具有双极阻变效应，在外加磁场下具有隧穿磁电阻效应。索尼公司公开了一种非易失性存储器件的制造方法(中国专利，公开号102456834A、102013454A)，该器件由第一磁性材料层、隧道绝缘膜和第二磁性材料层依次层叠而成，当电阻值随磁化反转状态变化时，信息被存储在该非易失性存储器件中，继续层叠有正负珀尔帖系数的材料层和电极，能够抑制由于焦耳热导致的所述信息存储层的温度上升，实现抑制读干扰现象的功能。中科院物理所韩秀峰(中国专利，公开号102856488A、102709470A、102593129A)公开了一种基于铁电及多铁材料可逆电致电阻效应的纳米多层膜逻辑器件，以及一种电场调控型纳米多层膜、电场调制型场效应管、开关型电场传感器及电场驱动型随机存储器的制备方法，在室温下通过电场调制多层薄膜中的电致电阻效应。三星会社(中国专利，公开号103972237A)公开了一种非易失性存储器件，其结构组成包括衬底、在衬底中的沟槽、两个栅电极及沟槽中间杂质区。

虽然众多学者在二元过渡金属氧化物和其他多种材料的研究中都发现了电阻转变现象(现代物理知识,2012,01:47-50)，但是现有电致电阻效应的研究主要集中在金属三明治结构模型，其制备工艺较为复杂，集成度相对有限，导致电阻改变的区域在纳米尺度或在表面/界面处，给机理的研究带来了巨大的挑战，也阻碍了非易失性电致电阻效应存储器的产业化进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于纤维的非易失性存储器件及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：基于纳米纤维的非易失性存储器件，包括基板、底电极、纳米纤维和顶电极，所述底电极位于基板表面，所述纳米纤维的两端通过顶电极与底电极相连接。