[发明专利]具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元及其制备方法

权利要求书

1.一种具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：自下而上依次主要由衬底层（1）、下电极层（2）、阻变层（3）和上电极层（4）结合而成，所述阻变层（3）为在非晶碳膜中掺杂有Fe的a-C/Fe薄膜阻变层，其中所述Fe的掺杂量为4.0at%。

2.根据权利要求1所述具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述下电极层（2）形成长条直板形结构，另外通过图案化方法使所述上电极层（4）形成平行栅条形的电极图案结构，并使所述上电极层（4）和所述下电极层（2）在所述阻变层（3）上的投影呈十字交叉阵列关系。

3.根据权利要求1所述具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述阻变层（3）的厚度为50~150nm。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述下电极层（2）为Ti电极层和Au电极层互相结合的复合电极层，其中Ti电极层和Au电极层的厚度分别为5~15 nm和100~200 nm。

5.根据权利要求1~3中任意一项所述具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元，其特征在于：所述上电极层（4）为Al电极层和Pt电极层互相结合的复合电极层，其中Al电极层和Pt电极层的厚度分别为150~250nm和5~15 nm。

6.一种制备权利要求1所述具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S1:衬底层预处理；

S2:在衬底层之上生长下电极层；

S3:在下电极层之上继续生长阻变层，包括以下步骤：

S3.1:采用Fe、C组成的复合靶材，在下电极层之上继续贴上薄膜掩膜版；

S3.2：将薄膜掩膜版放入磁控溅射的腔体中；

S3.3：开启机械泵、预抽阀，将腔体内的气压抽到8Pa以下；

S3.4：关闭预抽阀，开启前级阀，延时30s，长按电动插板阀至PV为100%；

S3.5：启动分子泵，将腔体内气压抽至10^-3Pa以下，关闭真空计；

S3.6：开启真空计，将腔体内气压抽至10^-3Pa以下，开启充气阀，向腔体中通氩气；

S3.7：调节溅射气压为0.4Pa，溅射功率100W；

S3.8：开始生长a-C/Fe薄膜，形成a-C/Fe薄膜阻变层；

S4：在阻变层之上继续生长上电极层，得到碳基材料阻变存储单元样件；

S5：将完成上电极层生长的碳基材料阻变存储单元样件与测试系统进行装配和并进行测试，通过测试达到技术标准的碳基材料阻变存储器样件即为达标阻变存储器单元成品。

7.根据权利要求6所述制备具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元的方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S1.1：采用普通钠钙玻璃作为衬底层；

S1.2：分别利用去离子水、丙酮和乙醇将所述衬底层超声清洗15分钟，洗去衬底层的表面的杂质与有机物；

S1.3：利用氩气将所述衬底层吹干。

8.根据权利要求6所述制备具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S2.1：在衬底层上覆盖下电极掩膜版；

S2.2：将下电极掩膜版放入双离子束镀膜腔体中，采用双离子束镀膜法依次在下电极掩膜版上生长Ti电极层及Au电极层，形成层状复合材料的下电极层。

9.根据权利要求6所述制备具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元的方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S4.1：在长好a-C/Fe薄膜阻变层后，在所述阻变层上覆盖上电极掩膜版；

S4.2：将上电极掩膜版放入双离子束镀膜腔体中，采用双离子束镀膜法分别生长Pt电极层以及Al电极层，形成层状复合材料的上电极层。

10. 根据权利要求6～9中任意一项所述制备具有反常阻变特性的碳基材料阻变存储单元的方法，其特征在于：在所述步骤S5中，将上电极层接地，将下电极层接扫描电压，限流1 µA进行测试。