[发明专利]一种光写入阻变存储单元及其制备、操作方法和应用

说明书

本发明提供了一种光写入阻变存储单元，其包括：玻璃衬底；位于所述玻璃衬底上的底电极；位于所述底电极上的阻变存储介质层；位于所述阻变存储介质层上的顶电极；其中，所述底电极和顶电极中至少有一个为透明氧化物电极，所述阻变存储介质层的材料为对光响应的非晶二元金属氧化物或对光响应的常温下未达到热平衡的多元金属氧化物，所述顶电极上还设置有Au层，并且其中，所述顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积，或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积。还提供了该光写入阻变存储单元的制备方法、操作方法及其应用。

技术领域

本发明涉及一种阻变存储单元，具体地涉及一种光写入阻变存储单元，以及该光写入阻变存储单元的制备方法、操作方法及其应用。

背景技术

阻变存储器(RRAM)利用某些薄膜材料在激励的作用下会出现不同的电阻状态(高、低阻态)的转变现象进行数据存储。RRAM的优势在于结构简单、功耗低、速度快、存储密度高、制造工艺简单，是下一代通用存储器的强有力候选者。

阻变存储器大体上分为两种。导电细丝型阻变存储器与界面限制型阻变存储器。阻变存储器的类型取决于薄膜材料以及电极材料的性质。对于单晶与多晶的薄膜，其缺陷态少，并且分布不均匀，容易形成导电细丝型阻变存储器。对于用Ag等活泼金属作为电极的阻变存储器，Ag离子会进入中间层而形成导电通道。对于非晶薄膜，其缺陷态分布均匀，采用惰性电极的阻变存储器时，在一定条件下可以形成界面限制型阻变存储器，但存在操作偏压高的问题。

二元金属氧化物中的离子在电场作用下是可以迁移的，通常用带正电荷的氧空位的迁移来描述。二元金属氧化物的导电性由离子导电与电子导电共同决定，通常离子导电不占主导。二元金属氧化物中的电中性氧空位能级较深，在室温下不能完全电离，在电场作用下或者满足阈值条件的光的照射下会进一步电离。同时，离化了的氧空位可以在电场作用下移动，移动方向与电场极性相关。

发明内容

本发明的目的在于对现有的阻变存储单元加以进一步改进，以提供一种制备简便、以无损的光照方式进行写入和赋值的光写入阻变存储单元，以及该光写入阻变存储单元制备方法、操作方法和应用。

本发明提供了一种光写入阻变存储单元，该阻变存储单元包括：

玻璃衬底；

位于所述玻璃衬底上的底电极；

位于所述底电极上的阻变存储介质层；

位于所述阻变存储介质层上的顶电极；

其中，所述底电极和顶电极中至少有一个为透明氧化物电极，所述阻变存储介质层的材料为对光响应的非晶二元金属氧化物，所述顶电极上还设置有Au层。

并且其中，所述顶电极的横截面积小于阻变存储介质层的横截面积，或者所述顶电极和阻变存储介质层的横截面积相等且均小于底电极的面积。Au层的横截面积可以与顶电极的横截面积相等。

该阻变存储单元可以是以普通玻璃为衬底，由底电极(例如ITO)、中间层(即阻变存储介质层，例如TiO₂)、顶电极(例如ITO)依次叠加而成的MIM三明治结构。其中，中间层与底电极可以是公用的，玻璃衬底上的底电极可以接地。

根据本发明的光写入阻变存储单元，其中，所述非晶二元金属氧化物选自TiO₂、ZnO、WO₃中的一种或多种。优选地，所述透明氧化物电极的材料选自ITO、ATO、FTO中的一种或多种，优选为ITO。