[发明专利]导电桥半导体器件及其制备方法

权利要求书

1.一种导电桥半导体器件，其特征在于，自下而上包括：下电极、阻变功能层、离子阻挡层和活性上电极，其中，所述离子阻挡层上开设有供活性导电离子通过的孔洞，所述孔洞为1个或大于1个，其中：

当所述孔洞大于1个时，并且当所述孔洞的面密度为第一密度时，所述导电桥半导体器件为单极性，当所述孔洞的面密度为第二密度时，所述导电桥半导体器件为双极性，所述第一密度小于所述第二密度；

所述孔洞在离子阻挡层上随机分布，其面密度介于10⁷/cm²～10¹⁴/cm²之间；

该导电桥半导体器件为导电桥选择器，所述离子阻挡层上的孔洞的数量大于1个，所述孔洞的径向宽度小于5nm。

2.根据权利要求1所述的导电桥半导体器件，其特征在于，该导电桥半导体器件为导电桥阻变存储器，所述离子阻挡层上的孔洞为1个，该孔洞的径向宽度介于5nm～200nm之间。

3.根据权利要求2所述的导电桥半导体器件，其特征在于，所述孔洞位于离子阻挡层的中央位置。

4.根据权利要求2所述的导电桥半导体器件，其特征在于，所述离子阻挡层采用石墨烯材料制备，所述孔洞的径向宽度介于5nm～100nm之间。

5.根据权利要求1所述的导电桥半导体器件，其特征在于，所述离子阻挡层采用石墨烯材料制备，所述孔洞的面密度为n×10¹⁰/cm²，n为正整数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的导电桥半导体器件，其特征在于，所述孔洞的形状为长方形、椭圆形、三角形或六边形。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的导电桥半导体器件，其特征在于：

所述下电极为以下材料其中的一种或多种制备的层状结构：TaN、TiN、W、Al、Ru、Ti与Pt中的一种或多种材料制备，其厚度介于10nm～200nm之间；

所述阻变功能层为以下材料其中的一种或多种制备的层状结构：TaO_x、MgO、HfO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂与ZrO₂，其厚度介于3nm～100nm之间；

所述离子阻挡层为以下材料其中的一种或多种制备的层状结构：Ta、TaN、TiN、TiW、单层或多层石墨烯，其厚度小于10nm；

所述活性上电极采用Ag，Cu，Ni单元素电极或者包含至少其中一种元素的合金电极，其厚度介于10nm～200nm之间。

8.一种如权利要求1所述导电桥半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

依次形成所述下电极、阻变功能层和离子阻挡层；

在所述离子阻挡层上加工孔洞；所述孔洞为1个或大于1个，其中：

当所述孔洞大于1个时，并且当所述孔洞的面密度为第一密度时，所述导电桥半导体器件为单极性，当所述孔洞的面密度为第二密度时，所述导电桥半导体器件为双极性，所述第一密度小于所述第二密度，所述孔洞在离子阻挡层上随机分布，其面密度介于10⁷/cm²～10¹⁴/cm²之间；以及

在具有孔洞的离子阻挡层上制备活性上电极。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，用光学曝光结合聚焦离子束刻蚀的方式在离子阻挡层上加工孔洞。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

所述离子阻挡层上的孔洞的数量大于1个；

通过高能离子轰击离子阻挡层来在离子阻挡层上加工孔洞，所述孔洞在离子阻挡层上随机分布，其面密度介于10⁷/cm²～10¹⁴/cm²之间。