[发明专利]一种基于多层氮化硼的RRAM器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多层氮化硼的RRAM器件及其制备方法，所述的RRAM器件包括介电层、下电极、上电极，所述的介电层为多层氮化硼，所述的下电极为铜箔，所述的上电极为钛和金。制备方法为：（1）采用化学气相沉积法生长氮化硼，得到最终的氮化硼/铜箔样品，氮化硼生长的衬底铜箔作为器件下电极；（2）使用电子束蒸镀仪和掩模板蒸镀钛电极和金电极。该器件与热门的高介电材料氧化铪器件相比，电学性质稳定；器件制备方法简单，避免二维材料常见的转移手段对样品造成的污染；使用掩膜版直接蒸镀上电极，避免光刻等微加工手段，工业化大规模生产前景广阔。

技术领域

本发明属于信息存储材料领域，涉及一种基于多层氮化硼的RRAM器件及其制备方法。

背景技术

电子信息存储已变成现代社会的主流需求，其中，闪存由于结构简单、集成度高、速度快等优点应用最为广泛。这一器件的核心基于电容器的充放电,并用一个传感器作为开关。但是，当器件尺寸缩小，这种结构出现很多物理缺陷。因此，急需新的存储信息的方法，而近些年在非易失性存储器中，随机阻变存储器 (RRAM) 引起很大的关注。

RRAM 的核心是金属-绝缘层-金属 (MIM) 结构，可以通过常规的微电子设备例如电子束蒸发仪、溅射仪、原子层沉积等制备。该存储器通过改变MIM 中绝缘层的电阻，形成高电阻状态 (HRS) 和低电阻状态 (LRS)，然而绝缘层的性能给存储器带来很大的影响。众所周知，存储单元的尺寸越来越小，而传统的二氧化硅已不能满足这样的发展趋势，原因在于尺寸减小使得二氧化硅出现隧道效应，增大漏电流，增大了能量消耗。此外，二氧化硅与栅极和基底有相互作用，降低载流子的迁移率，减弱了器件的性能。这时需要高介电材料，使得减小绝缘层厚度的同时具备较厚的介电层。研究者们引入氧化铪等高介电材料，可以解决尺寸见效带来的问题，但是氧化铪的电学性能不稳定，厚度不均容易产生散射，给器件带来新的问题。

氮化硼是一种类似石墨烯（晶格乱序只占1.7%）的sp2杂化的二维材料，具有优越的物理和化学性质，使得其在抗腐蚀修饰，可弯曲电容器，透明电极，自旋电子学，场效应晶体管等方面有着很大的应用前景。与石墨烯不同，氮化硼是绝缘体，禁带为5.2到5.9eV之间，介电常数介于2和4之间，这让氮化硼在逻辑电子器件中有很好的应用前景，例如，氮化硼可与石墨烯和硫化钼结合制备纯二维材料的金属-绝缘层-半导体结构(MIS)，这是数字器件的核心结构。用氮化硼替代传统绝缘层如铪、钛和铝的氧化物有以下几个优点：(i)现可制备厚度均一、平整的氮化硼，可明显降低场效应晶体管中的散射效应；(ii)氮化硼具有比石墨烯更强的化学稳定性，避免了与邻近的金属层和半导体层发生反应；(iii)氮化硼的高度的热稳定性可成为加强电子器件中热散发的优点；(iv)像其他二维材料一样，氮化硼具有柔性、机械性和透明性，可用于制备机械柔性光学器件。

发明内容

要解决的技术问题：本发明的目的在于克服高介电随机阻变存储器电学性质不稳定、易衰变的问题，引入先进二维材料，公开了一种基于多层氮化硼的RRAM器件及其制备方法。

技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明公开了一种基于多层氮化硼的RRAM器件，其特征在于，所述的RRAM器件包括介电层、下电极、上电极，所述的介电层为多层氮化硼，所述的下电极为铜箔，所述的上电极为钛和金。

优选的，所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件，所述的多层氮化硼的厚度为10nm到20nm。

优选的，所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件，所述的铜箔厚度为15-25µm。

优选的，所述的一种基于多层氮化硼的RRAM器件，所述的钛电极厚度为10nm到20nm，金电极厚度为30-60nm。

一种基于多层氮化硼的RRAM器件的制备方法，所述的制备方法包括下述步骤：