[发明专利]锰酸钇薄膜台阶低能耗阻变存储器及其制备、使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体非易失性存储器技术领域，尤其涉及一种锰酸钇(分子式：YMnO₃简写为：YMO，下同)薄膜台阶低能耗阻变存储器及其制备、使用方法。

背景技术

随着信息化的提高，半导体器件的耗能与散热已成为亟待解决的问题。根据摩尔定律，计算机的性能大约每18个月将提升一倍。然而，更高的计算性能势必需要散热量更大的组件、更高密度的封装与单位面积内更多的耗电需求。海量数据在存储、处理和传输过程中产生的高能耗以及其引起的污染、碳排放和气候变暖等问题，已经成为当今世界一个备受关注的问题，因此节能存储器的开发和使用已成为当今信息产业实现可持续发展的关键所在。

发明内容

本发明的目的是提供一种锰酸钇薄膜台阶低能耗阻变存储器及其制备、使用方法，具有工作特性高度稳定、低能耗、可反复循环使用的优点，能够有效克服信息存储过程中产生的耗电和散热问题，同时具有优良的循环耐受性、保持特性和擦写速度。

本发明采用下述技术方案：

一种锰酸钇薄膜台阶低能耗阻变存储器，包括Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底层和设置在Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底层上表面的YMO薄膜台阶层，YMO薄膜台阶层包括YMO薄膜厚层和YMO薄膜薄层，YMO薄膜台阶层的上表面设置有金属上电极层，Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底层中的Pt层作为下电极层。

所述的Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底层中的Pt层开设有多组竖向设置的开槽，使Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底层中的Pt层形成多组竖向设置的条状Pt下电极，金属上电极层由横向设置的多组条状金属上电极组成，竖向设置的多组条状Pt下电极、横向设置的多组条状金属上电极以及条状Pt下电极与条状金属上电极交叉处设置的YMO薄膜台阶层形成阵列式结构，且条状金属上电极位于Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底层上方，条状Pt下电极与条状金属上电极的交叉处均设置有YMO薄膜台阶层，且YMO薄膜台阶层的上表面与条状金属上电极的下表面连接，YMO薄膜台阶层的下表面与条状Pt下电极的上表面连接。

每组条状金属上电极均由三根平行设置的条状金属子电极组成，且两根条状金属子电极分别与对应的YMO薄膜台阶层中YMO薄膜厚层的上表面连接，另一根条状金属子电极分别与对应的YMO薄膜台阶层中YMO薄膜薄层的的上表面连接。

所述的金属上电极层采用Pt金属上电极层。

所述的条状金属上电极通过磁控溅射法制备，直径为10～100μm，厚度为20～200nm。

所述的YMO薄膜台阶层采用脉冲激光沉积法、分子束外延法、真空镀膜法或磁控溅射法制备。

所述的YMO薄膜台阶层为多晶薄膜台阶层。

一种如权利要求1至8所述的锰酸钇薄膜台阶低能耗阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：

A：将Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底浸泡后洗净并吹干，再在Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底上用光刻形成100～1000μm的条状Pt下电极。

B：在Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底上表面沉积YMO薄膜台阶层；

首先将带有正方形网格图形的金属掩膜板A固定在复合衬底上表面，使每一个掩模单元位于条状Pt下电极之上，随后在Pt/TiO₂/SiO₂/Si复合衬底上表面沉积YMO薄膜台阶层，控制沉积时间使YMO薄膜厚度达到10～50nm，形成YMO薄膜台阶层中YMO薄膜薄层；

然后，在YMO薄膜薄层上再设置另外一个金属掩模板B，遮挡从金属掩模板A中露出的部分YMO薄膜薄层，遮挡的面积为YMO薄膜薄层面积的1/3～1/2，然后在YMO薄膜薄层中未被遮挡部分继续沉积YMO薄膜，控制沉积时间使该部分YMO薄膜厚度达到60～550nm，形成YMO薄膜台阶层中YMO薄膜厚层；